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Verfahren zum Regeln des Feuchtigkeitsgehaltes endlos laufender Papier-, Zellstoff-oder Kartonbahnen und Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Feuchtigkeitsgehaltes endlos laufender Papier-, Zellstoff- oder Kartonbahnen, bei welchem der Feuchtigkeitsgehalt derBahn quer zu ihrer Laufrichtung gemessen und die Stoffzufuhr im Stoffauflauf der Papiermaschine bzw. die Leistung des Nachfeuchters derselben selbsttätig in Abhängigkeit vom wechselnden Feuchtigkeitsrest der Bahn geregelt wird.
Es ist bekannt, dass Bahnen aus den erwähnten Materialien nicht nur in der Laufrichtung, sondern auch quer hiezu starke Unterschiede in der Feuchtigkeit aufweisen. Diese Unterschiede rühren zum Teil aus den Ungleichmässigkeiten her, die bei der Blattbildung auf dem Sieb unvermeidlich sind, zum Teil daher, dass die Pressen und die Filze nicht gleichmässig arbeiten, und schliesslich aus Unregelmässigkeiten in der Trocknung, indem entweder der Druck des zur Trocknung benutzten Dampfes oder die Trocknungsfähigkeit des Papiers durch unterschiedliche Faserbeschaffenheit sich verändert.
Diese Veränderungen des Feuchtigkeitsgehaltes sind bei der Herstellung der Bahnen sehr störend, denn sie verhindern eine sonst gegebene Möglichkeit, nämlich die Austrocknung des Wassers nur so weit zu treiben, dass die fertig getrocknete Bahn sich im hygroskopischen Gleichgewichtszustand mit der Umgebungsluft im Verarbeitungraum befindet.
Um die Aufgabe zu lösen, ein im Feuchtigkeitsgehalt und im Flächengewicht möglichst gleichmässiges Papier zu erzeugen, sind bis heute viele Vorschläge bekannt geworden. Dem Stand der Technik nach ist es beispielsweise bekannt, durch geeignete Messgeräte das Flächengewicht der Bahn teils im nassen, teils im trockenen Zustand zu prüfen und über Regeleinrichtungen entweder dieFaserstoffmenge pro Zeiteinheit oder die Bahngeschwindigkeit zu verändern. Andere Vorschläge haben zum Inhalt, dass durch geeignete Messgeräte der Feuchtigkeitsgehalt der Bahn festgestellt wird, und dass entsprechend den Messergebissen entweder die Dampfzufuhr zu der Trockeneinrichtung der Papiermaschine oder die Geschwindigkeit der Bahn mittels geeigneter Regeleinrichtungen verändert wird.
Nach anderen Vorschlägen wird der Wassergehalt der Bahn durch geeignete Feuchtigkeitsmesser gemessen und in Abhängigkeit von diesem Feuchtigkeitsmesswert die von Befeuchtungseinrichtungen auf die Bahn aufgesprühte Wassermenge selbsttätig geregelt.
Die meisten Messgeräte und die damit verbundenen Regeleinrichtungen, die für diesen Zweck vorgeschlagen wurden, verarbeiten aber nur einen Mittelwert des Feuchtigkeitsgehaltes oder des Flächengewichtes. Die Regelung, die mit diesen Messgeräten verknüpft ist, wird, ganz gleich, nach welchem System sie arbeitet, stets auf den Durchschnitt aller Messwerte bezogen. Selbst in den Fällen, wo der Füh-
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zeitweiligüber die Bahn bewegt wird, ist es beim heutigen Stand der Technik nicht möglich gewesen, einzelne in einem bestimmten Teil der Bahn festgestellte Zustände quer zu ihrer Laufrichtung regeltechnisch zu erfassen.
Allen diesen Messgeräten und Reglern ist der Nachteil gemeinsam, dass es wohl möglich ist, von einem an einer bestimmten Stelle der Bahn gewonnenen Messwert aus den Verlauf der Feuchtigkeit in der Laufrichtung zu vergleichmässigen, nicht aber die weit nachteiligeren und eine wirtschaftliche Arbeitsweise behindernden Schwankungen des Feuchtigkeitsgehaltes quer zur Laufrichtung der Bahn. Diese Be-
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ander vergleichen zu können. Der Messwert des Feuchtigkeitsmessers wird gleichzeitig einem Regler 3 zugeführt, der in beliebiger Weise arbeiten kann. Das Stellglied des Reglers, in diesem Beispiel ein Elektromotor 4, bewegt den Arm 5, der durch die von den beiden Kurven 6 gebildete Nut über die Rolle 7 auf das Nadelventil 8 Einfluss nimmt.
Denkt man sich den Arm 5 so weit verschoben, dass die Rolle 7 zwii schen den Kurvenscheiben 6 liegt, so ist es verständlich, dass bei der Feststellung eines niedrigeren Feuchtigkeitswertes durch den Feuchtigkeitsmesser 1 für eine gegebene Stelle der Bahn das Nadelventil 8 weiter geöffnet oder bei einer feuchteren Stelle mehr geschlossen wird. Eine zu diesem Nadelventil gehörige Düse in dem Düsenbefeuchter 9 würde dementsprechend mehr oder weniger Wasser auf das Papier bringen.
Der Regler 3 erhält eine Sollwerteinstellung 10, mit deren Hilfe der gewünschte Sollwert im ) Feuchtigkeitsgehalt der Papierbahn festgestellt wird, so dass sich der Differenzwert zwischen dem Messwert vom Feuchtigkeitsmesser 1 und der Sollwerteinstellung 10 auf den Regelvorgang auswirkt und mit Hilfe des Nadelventiles die Wassermenge auf die betreffende Stelle der Papierbahn aufgesprüht wird, die, zusammen mit der schon vorhandenen Feuchtigkeit, den Sollwert ergibt.
Damit wäre die Funktion des Regelvorganges für die einzelne Düse beschrieben. Da es aber erforderi lich ist, nicht nur eine, sondern eine Vielzahl von Düsen in ihrer Leistungsfähigkeit ständig zu verändern, und es wirtschaftlich untragbar wäre, eine Vielzahl solcher Regeleinrichtungen herzustellen und in Betrieb zu halten, wird der Hebel 5 als das eigentliche Stellglied durch den Motor 11 in gleichem Schritt, wie die Bewegung des Fühlers des Feuchtigkeitsmessers auf der Bahn erfolgt, an den Nadeln vorbeigeführt, die zu den betreffenden Düsen gehören und in der gleichen Breite der Papierbahn liegen, in der sich der ) Messfühler befindet.
Man kann die Nadelventile alle in einer Reihe anordnen und durch den Motor den Arm 5 in gerader Richtung an diesen Nadelventilen vorbeibewegen. Noch günstiger ist es aber, alle Nadelventile kreisförmig um die Schwenkachse des Armes 5 anzuordnen und den Arm, der auf der Antriebsachse des Motors 11 axial verschiebbar ist, im gleichen Schritt wie den Messfühler hin und her zu drehen.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ergibt sich aus der kreisförmigen Anordnung der Nadelventile 8 um die Schwenkachse 5. Es lässt sich nämlich bei kreisförmiger Anordnung der Nadelventile 8 eine grosse Zahl derartiger Stellglieder anordnen, die ihrerseits mit je einer Sprühdüse, die sich-verteilt über die Breite der Papierbahn - innerhalb der Papiermaschine befinden, über Schlauchleitungen verbunden sind.
Die Verbindungsleitung zwischen den Nadelventilen 8 und den Druckluftzerstäuberdüsen 12 ist in Fig. 2 durch einen Wirkungspfeil gekennzeichnet.
Nunmehr wird auch der Zweck der Kurvenscheiben 6 verständlich, die so bemessen sind, dass sie am Beginn einen Abstand haben, der dem ganzen Regelhub des Stellgliedes entspricht, und in der Mitte genau den Abstand haben, der dem Durchmesser der Rolle 7 entspricht. Es kann nunmehr der Arm 5 mit dem Kurvenscheiben 6 für jede Stellung in der Drehbewegung, die der gleichen Stelle des Messfühlers auf der Bahn entspricht, eine andere Lage gegenüber den Rollen 7 der verschiedenen Düsen einnehmen, und die Nadelventile werden in ihrer Stellung jeweils nach dem zur Zeit vorhandenen Istwert des Feuchtigkeitsmessers verändert.
Es ist hiebei an eine Düsenzerstäubung des Wassers gedacht, bei der, wie in Fig. 3 gezeigt ist, die notwendige Anzahl von Druckluftzerstäuberdüsen 12 gemeinsam auf ein Rohr angeordnet sind, u. zw. in einer solchen Entfernung von der Bahn, dass die Bahn gerade in den Schnittpunkten der einzelnen Zerstäuberkegel liegt. Um die Grösse der Zerstäubungskegel und die Fördermenge der Düsen stets gleich gross zu halten, wird Luft mit konstantem Druck in das gemeinsame Zuführungsrohr 13 eingeführt. Die Wassermenge jeder Düse wird dann von dem ihr zugehörigen Nadelventil 8 verändert. So wird es erreicht, dass bei jeder Wassermenge, die von der Düse zu zerstäuben ist, eine gleichmässige Zerstäubung und eine gleichmässige Grösse des Zerstäubungskegels erzielt wird.
Mit der gleichen Anordnung kann auch die Beeinflussung des Stoffauflaufes erreicht werden. Da der hydraulische Widerstand der Zerstäubungsdüse einen gleichbleibenden Wert hat und der Wasserdruck vor den Nadelventilen 8 ebenfalls stets gleich hoch gehalten wird, ist es verständlich, dass in den Röhren hinter den Nadelventilen 8 eine Druckänderung stattfinden wird, die der zu jeder Düse zugeführten Wassermenge entspricht. Diese Druckänderung wird gleichzeitig zu einer Veränderung des Durchtrittsquerschnittes der Stoffauflaufdüse benutzt. Dfe Bauart der hiefür benötigten Einrichtung ist in Fig. 4 gezeigt. Die Lippe 14 des Stoffauflaufes muss. wie vorher schon geschildert, entsprechend den vom Feuchtigkeitsmesser festgestellten Werten verändert werden. Dieses erfolgt in gewöhnlicher Weise über die Spindel 15 mit dem Handrad 16.
Dabei ist die Mutter des Handrades 16 fest gelagert. Um eine selbsttätige Verstellung des Druchtrittsquerschnittes des Stoffauflaufes zu erreichen, wird die Mutter des Handrades 16 in dem schwenkbaren Hebel 17 gelagert, der über den Druckzylinder 18 mit seinem Kolben 19 und der Gegenfeder 20 auf die Stellung der Lippe des Stoffauflaufes 14 Einfluss nimmt.
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Jeder Düse des Befeuchtungsgerätes wird an der gleichen Stelle ein solcher Druckzylinder an der zu- gehörigen Lippe des Stoffauflaufes zugeordnet. Beide Teile sind durch die gemeinsame Wasserlen : : j ver- bunden. Jede Druckänderung in dieser Leitung, die durch das Nadelventil 8 hervorgerufen wird, bewirkt also gleichzeitig eine Änderung der Befeuchtung und eine Änderung der Stellung der Lippe des Stoffauf- laufes 14. Es werden also gleichzeitig sowohl die teilweisen Unterschiede im Flächengewicht als auch der daraus herrührende unterschiedliche Feuchtigkeitsgehalt der Bahn beseitigt.
Es entspricht durchaus der Erfindung, dass sowohl die eine als auch die andere Regelungsart, d. h. die
Befeuchtung und die Regelung des Stoffauflaufes, gemeinsam wie auch allein betrieben werden kann.
Die Befeuchtung mit Hilfe von Wasserzerstäubungsdüsen, insbesondere solchen, die die Zerstäubung mittels Druckluft bewirken, wird wegen der Möglichkeit einer genauen Begrenzung der Befeuchtungswir- kung stets die vorteilhafteste sein ; aber es ist auch möglich, andere Arten von Befeuchtungseinrichtungen in ihrer Wirkung quer über die Bahn hinweg unterschiedlich zu gestalten.
In der Fig. 5 ist eine solche Möglichkeit dargestellt. Die Nadelventile 8 stehen mit den Druckzylin- dern 21 in Verbindung, die über die ganze Breite der Befeuchtungsbürste in der gleichen Anzahl. wie Lip- pen am Stoffauflauf vorhanden sind, verteilt sind.
Führt man in die Zwischenleitung vom Nadelventil 8 zu dem zugehörigen Druckzylinder 21 ein künstliches Leck ein, so wird bei konstantem Wasserdruck vor dem Nadelventil und konstanter Wasser- menge vor dem Leck ein dem Differenzwert zwischen der Istfeuchtigkeit - die der Feuchtigkeitsmesser darstellt-und der Sollfeuchtigkeit-die am Regler eingestellt wurde-entsprechender Druck entstehen.
Dieser Druck bewirkt mit Hilfe des Kolbens 22 und der Gegenfeder 23 eine entsprechende Lageänderung des Prallbleche 24. Bei einer hohen Differenz der beiden Feuchtigkeitswerte wird das Prallblech tiefer in die Borsten der Bürste hineingedrückt und mehr Wasser abgeschleudert, während bei einem geringeren
Differenzwert zwischen den beiden Feuchtigkeitswerten das Prallblech weniger tief in die Borsten ein- greift, wodurch weniger Wasser von der Bürste auf das Papier geschleudert wird.
Bei Düsenzerstäubern, die mit einem Prallblech arbeiten, kann die gleiche Einrichtung verwendet werden. Der aus der Düse 25 ausströmende Wasserstrahl kann durch das Prallblech 24 in mehr oder weniger hohem Masse zerstäubt werden, so dass die Befeuchtung der Papierbahn auch hiebei abhängig ist von dem Differenzwert zwischen der vom Feuchtigkeitsmesser angezeigten Feuchtigkeit und der Einstellung des Sollwertes.
Da von den letzten beiden Befeuchtungsmöglichkeiten weder die eine noch die andere die für eine wirklich brauchbare Befeuchtung notwendige Genauigkeit der Verteilung des Wassers auf die einzelnen Teile der Bahn gewährleistet, sollen diese Einrichtungen nur zur Vervollständigung der Schilderungen der Anwendungsmöglichkeiten des Erfindungsgedankens dienen. Es ist selbstverständlich möglich, bei derartigen Befeuchtungseinrichtungen die Verbindung zwischen der Regelung der Befeuchtung und der Regelung der Stoffauflaufdüse zu schaffen und die gleiche Wirkung zu erzielen wie bei der Zerstäubung mittels Druckluftzerstäuberdüsen.
Es ist in der vorausgegangenen Beschreibung der Erfindung darauf hingewiesen worden, dass es mit Hilfe derselben nicht nur möglich ist, eine nachträgliche, die einzelnen Teile der Papierbahn unterschiedlich behandelnde Befeuchtung der Papierbahn zu erreichen, sondern darüberhinaus auch zu bewirken, dass die übermässige Austrocknung einzelner Teile der Papierbahn vermieden wird. In diesem Falle wird, wie in Fig. 2 dargestellt, die-Befeuchtungseinrichtung, vorzugsweise wiederum eine Einrichtung mit Druckluftzerstäuberdüsen, innerhalb der Trockenpartie eingesetzt, u. zw. an einer Stelle, an der die Papierbahn noch nicht so weit übertrocknet ist, dass die Oberfläche verhornt ist.
Wie ebenfalls vorher schon beschrieben, wird nunmehr dem Papier an den trockeneren Stellen mehr Wasser zugeführt, so dass das Papier feuchter wird und durch die damit an diesem Platz der Bahn notwendig gewordene grössere Verdamp- fungsleistung auch eine Rückführung der Oberflächentemperatur der nachfolgenden Trockenzylinder auf die für die übrigen Teile der Oberfläche gültige Grösse erreicht. Die gesamte Anordnung kann die gleiche bleiben, wie bisher beschrieben.
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Method for regulating the moisture content of endlessly running paper, cellulose or cardboard webs and device for carrying out the method
The present invention relates to a method for regulating the moisture content of endlessly running paper, cellulose or cardboard webs, in which the moisture content of the web is measured transversely to its running direction and the stock supply in the headbox of the paper machine or the performance of the re-moisturizer of the same automatically depending on the changing moisture residue the railway is regulated.
It is known that webs made of the materials mentioned show great differences in moisture not only in the running direction, but also transversely. These differences result partly from the unevenness that is inevitable when the sheets are formed on the screen, partly from the fact that the presses and felts do not work evenly, and finally from irregularities in the drying process, in that either the pressure of the used for drying Steam or the drying ability of the paper changes due to different fiber properties.
These changes in the moisture content are very disruptive during the production of the webs, because they prevent an otherwise existing possibility, namely to drive the drying out of the water only so far that the completely dried web is in a hygroscopic state of equilibrium with the ambient air in the processing room.
In order to solve the problem of producing a paper that is as uniform as possible in terms of moisture content and basis weight, many proposals have become known to this day. According to the prior art, it is known, for example, to use suitable measuring devices to check the weight per unit area of the web partly in the wet and partly in the dry state and to change either the amount of fiber per unit of time or the web speed via control devices. Other proposals have as their content that the moisture content of the web is determined by suitable measuring devices and that either the steam supply to the drying device of the paper machine or the speed of the web is changed by means of suitable regulating devices in accordance with the measurement results.
According to other proposals, the water content of the web is measured by suitable moisture meters and the amount of water sprayed onto the web by the humidifying devices is automatically regulated as a function of this measured moisture value.
Most of the measuring devices and the associated control devices that have been proposed for this purpose, however, only process an average value of the moisture content or the weight per unit area. Regardless of which system it works with, the regulation that is linked to these measuring devices is always based on the average of all measured values. Even in cases where the leader
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is temporarily moved across the web, it has not been possible with the current state of the art to record individual states determined in a certain part of the web transversely to its running direction.
All these measuring devices and controllers have the disadvantage that it is possible to use a measured value obtained at a specific point on the web to equalize the course of the moisture in the running direction, but not the far more disadvantageous fluctuations in the moisture content that impede economic operation across the running direction of the web. This loading
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to be able to compare others. The measured value of the moisture meter is simultaneously fed to a controller 3, which can operate in any way. The actuator of the regulator, in this example an electric motor 4, moves the arm 5, which influences the needle valve 8 via the roller 7 through the groove formed by the two curves 6.
If one imagines the arm 5 shifted so far that the roller 7 lies between the cam disks 6, it is understandable that when a lower moisture value is determined by the moisture meter 1 for a given point on the web, the needle valve 8 opens or closes a more humid place is closed. A nozzle belonging to this needle valve in the nozzle humidifier 9 would accordingly bring more or less water onto the paper.
The controller 3 receives a setpoint setting 10, with the help of which the desired setpoint in) the moisture content of the paper web is determined, so that the difference value between the measured value from the moisture meter 1 and the setpoint setting 10 affects the control process and, with the help of the needle valve, the amount of water on the relevant point of the paper web is sprayed, which, together with the already existing moisture, gives the setpoint.
This would describe the function of the control process for the individual nozzle. However, since it is necessary to change not just one, but a large number of nozzles in their performance, and it would be economically unacceptable to produce a large number of such control devices and to keep them in operation, the lever 5 is the actual actuator by the Motor 11 in the same step as the movement of the sensor of the moisture meter takes place on the web, passed the needles that belong to the relevant nozzles and are in the same width of the paper web in which the) sensor is located.
The needle valves can all be arranged in a row and the arm 5 can be moved in a straight direction past these needle valves by the motor. However, it is even more favorable to arrange all needle valves in a circle around the pivot axis of the arm 5 and to rotate the arm, which is axially displaceable on the drive axis of the motor 11, back and forth in the same step as the measuring sensor.
A particular advantage of the invention arises from the circular arrangement of the needle valves 8 around the pivot axis 5. With a circular arrangement of the needle valves 8, a large number of such actuators can be arranged, each with a spray nozzle that is distributed across the width the paper web - located inside the paper machine, connected via hose lines.
The connecting line between the needle valves 8 and the compressed air atomizer nozzles 12 is indicated in FIG. 2 by an action arrow.
The purpose of the cam disks 6 can now also be understood, which are dimensioned such that they have a distance at the beginning that corresponds to the entire control stroke of the actuator, and in the middle they have exactly the distance that corresponds to the diameter of the roller 7. It can now take the arm 5 with the cam 6 for each position in the rotary movement, which corresponds to the same position of the sensor on the track, a different position with respect to the rollers 7 of the various nozzles, and the needle valves are in their position each time after the current actual value of the moisture meter changed.
It is thought of a nozzle atomization of the water in which, as shown in Fig. 3, the necessary number of compressed air atomizer nozzles 12 are arranged together on a pipe, u. between such a distance from the web that the web lies precisely at the intersection of the individual atomizer cones. In order to keep the size of the atomization cones and the delivery rate of the nozzles always the same, air is introduced into the common feed pipe 13 at constant pressure. The amount of water in each nozzle is then changed by the needle valve 8 associated with it. In this way it is achieved that with every amount of water that is to be atomized by the nozzle, uniform atomization and an even size of the atomization cone is achieved.
Influencing the headbox can also be achieved with the same arrangement. Since the hydraulic resistance of the atomizing nozzle has a constant value and the water pressure in front of the needle valves 8 is also always kept the same, it is understandable that a pressure change will take place in the tubes behind the needle valves 8 which corresponds to the amount of water supplied to each nozzle. This change in pressure is used at the same time to change the passage cross-section of the headbox nozzle. The type of device required for this is shown in FIG. The lip 14 of the headbox must. as previously described, can be changed according to the values determined by the moisture meter. This is done in the usual way via the spindle 15 with the handwheel 16.
The nut of the handwheel 16 is firmly mounted. In order to achieve an automatic adjustment of the flow cross-section of the headbox, the nut of the handwheel 16 is mounted in the pivotable lever 17, which influences the position of the lip of the headbox 14 via the pressure cylinder 18 with its piston 19 and the counter spring 20.
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Each nozzle of the humidifying device is assigned such a pressure cylinder at the same point on the associated lip of the headbox. Both parts are connected by the common water:: j. Each pressure change in this line, which is caused by the needle valve 8, thus simultaneously causes a change in the moistening and a change in the position of the lip of the headbox 14. So both the partial differences in basis weight and the resulting different Removes moisture content from the web.
It is entirely in accordance with the invention that both the one and the other type of regulation, i.e. H. the
Humidification and the control of the headbox can be operated together or alone.
Humidification with the aid of water atomization nozzles, in particular those which effect atomization by means of compressed air, will always be the most advantageous because of the possibility of precisely limiting the humidification effect; but it is also possible to make other types of humidifying devices different in their effect across the web.
Such a possibility is shown in FIG. The needle valves 8 are connected to the pressure cylinders 21, which are in the same number over the entire width of the humidifying brush. how lips are present on the headbox are distributed.
If an artificial leak is introduced into the intermediate line from the needle valve 8 to the associated pressure cylinder 21, with a constant water pressure in front of the needle valve and a constant amount of water in front of the leak, the difference between the actual humidity - which the humidity meter represents - and the target humidity - which was set on the regulator - corresponding pressure arise.
With the aid of the piston 22 and the counter spring 23, this pressure causes a corresponding change in the position of the baffle plate 24. If there is a large difference between the two moisture values, the baffle plate is pushed deeper into the bristles of the brush and more water is thrown off, while a lower one
Difference value between the two moisture values, the baffle plate engages less deeply in the bristles, which means that less water is thrown from the brush onto the paper.
The same device can be used for nozzle atomizers that work with a baffle plate. The water jet flowing out of the nozzle 25 can be atomized to a greater or lesser extent by the baffle plate 24, so that the moistening of the paper web is also dependent on the difference between the moisture displayed by the moisture meter and the setting of the setpoint.
Since of the last two humidification options neither one nor the other ensures the accuracy of the distribution of the water on the individual parts of the web that is necessary for a really useful humidification, these devices are only intended to complete the descriptions of the possible applications of the inventive concept. It is of course possible to create the connection between the control of the humidification and the control of the headbox nozzle in such humidifying devices and to achieve the same effect as with atomization by means of compressed air atomizer nozzles.
It has been pointed out in the preceding description of the invention that with the aid of the same it is not only possible to achieve subsequent moistening of the paper web that treats the individual parts of the paper web differently, but also to prevent excessive drying out of individual parts the paper web is avoided. In this case, as shown in FIG. 2, the humidifying device, preferably again a device with compressed air atomizing nozzles, is used within the drying section, and the like. or at a point where the paper web has not yet dried so much that the surface is horny.
As already described above, the paper is now supplied with more water at the drier points, so that the paper becomes more humid and, due to the greater evaporation power that has become necessary at this point on the web, the surface temperature of the following drying cylinders is reduced to that for the remaining parts of the surface reach the correct size. The entire arrangement can remain the same as previously described.
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