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Die
Erfindung betrifft einen Kalander zum Glätten einer Papier- oder Kartonbahn
mit mindestens zwei Walzen, die mit einem gemeinsamen Mantel, der
unter der Wirkung von Stützschuhen
an den Walzen anliegt, eine der Anzahl der Walzen entsprechende
Anzahl von Behandlungsnips bilden. Ferner betrifft die Erfindung
ein Verfahren zum Glätten
einer Papier- oder Kartonbahn, bei dem die Bahn durch mehrere Behandlungsnips
geleitet wird, die zwischen einem gemeinsamen Mantel und einer der
Anzahl der Behandlungsnips entsprechenden Anzahl von Walzen gebildet
sind, wobei die Bahn in den Behandlungsnips mit Druck beaufschlagt
wird.
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Eine
derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren sind aus
EP 0 188 399 A1 bekannt.
Die dort beschriebene Vorrichtung dient zum Entwässern der Bahn, kann aber auch
zum Kalandrieren verwendet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel
wird die Bahn durch drei hintereinander geschaltete Behandlungsnips
geführt,
wobei die Bahn dabei zwischen einem umlaufenden Mantel und einem
Filz, der um die jeweiligen Walzen gelegt ist, geführt wird.
Die Stützschuhe
sind hierbei mit einer Magnetanordnung versehen, wobei die Magnetanordnung
mit der jeweils gegenüberliegenden
Walze zusammenwirkt, um die erforderliche Druckkraft aufbringen
zu können.
Aufgrund des Filzes hat die Bahn nach dem Durchlaufen der drei Behandlungsnips
eine relativ rauhe Oberfläche.
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WO
95/21962 A1 zeigt eine Breitnip-Presse, die zum Trocknen einer Papier-
oder Kartonbahn dient und nach dem Impulstrocknungsverfahren arbeitet.
Die Presse weist eine beheizte Walze auf, an der ein umlaufender
Mantel anliegt, um einen Breitnip zu bilden. Die Bahn wird bereits
vor dem Einlaufen in den Breitnip zur Anlage an die beheizte Walze
gebracht, so daß sich
eine Vorheizzone bildet. Nach dem Verlassen des Breitnips wird die
Bahn in einer Nachheizzone weiter an der beheizten Walze gehalten,
wobei sie in einem Teil der Nachheizzone durch ein Filz unterstützt ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Behandlungsmöglichkeiten
der Bahn beim Glätten
zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
daß entlang eines
Bahnlaufpfades zuerst eine heiße
Walze und dann eine kältere
Walze angeordnet ist.
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Damit
ist es möglich,
die Bahn in den Behandlungsnips zumindest einseitig mit unterschiedlichen
Temperaturen zu beaufschlagen. Eine heißere Walze dient beispielsweise
dazu, die Glätte
der Bahn zumindest einseitig zu verbessern. Die kältere Walze kann
dazu verwendet werden, einen erreichten Zustand "einzufrieren". Mit "Glätten" ist im folgenden
die Glättebildung
gemeint, die in einem Kalander erzielt wird. Dieser Vorgang wird
auch als "Satinage" bezeichnet. Durch
die Verwendung des nachgiebigen Mantels, der durch den Stützschuh
an die Walze gedrückt
wird, entsteht ein sogenannter Breitnip, d.h. ein Nip mit einer
relativ großen
Behandlungslänge
im Bereich von beispielsweise 70 bis 250 mm. Der Mantel bedeckt
also einen größeren Umfangsabschnitt der
Walze, als dies bei einem Nip der Fall wäre, der durch zwei einander
gegenüberliegende
Walzen gebildet ist. Durch die größere Behandlungslänge steht bei
ansonsten unveränderten
Bedingungen natürlich auch
eine längere
Behandlungszeit zur Verfügung, so
daß die
erhöhte
Temperatur der heißen
Walze über
einen längeren
Zeitraum auf die Bahn einwirken kann. Dies verbessert die Oberflächeneigenschaften der
Bahn zumindest an der Seite, die an der heißen Walze anliegt. In manchen
Fällen
hat dies aber den Nachteil, daß die
in der Bahn enthaltene Feuchtigkeit auf eine Temperatur erhitzt
wird, die zur Dampfbildung führt.
Der Dampf tritt nach dem Verlassen der heißen Walze sehr plötzlich aus
der Bahn aus. Dies ist zwar beim Trocknen der Bahn erwünscht, nicht
jedoch beim Glätten.
Um negative Auswirkungen dieser sogenannten "Flashverdampfung" oder sogar die Flashverdampfung selbst
zu verhindern, wird die Bahn nach dem Verlassen des heißen Behandlungsnips
unmittelbar in einen kälteren
Behandlungsnip eingeführt,
d.h. einen Nip, der zwischen dem Mantel und der kalten Walze angeordnet
ist. Da auch im kalten Behandlungsnip eine relativ lange Behandlungsdauer
und damit eine relativ lange Einwirkungsdauer der kälteren Walze
auf die Bahn vorliegt, kann die Feuchtigkeit in der Bahn wieder
kondensieren, so daß ein
nennenswerter Austritt von Dampf aus der Bahn verhindert werden
kann. Darüber
hinaus hat diese Ausgestaltung in einigen Fällen den Vorteil, daß die glatte
Oberfläche
der Bahn, die sich in einem "angeschmolzenen" Zustand ergibt,
im kalten Nip durch Anlage an der kälteren Walze schockartig abgekühlt und
damit eingefroren wird. Der im heißen Behandlungsnip erreichte
Zustand wird damit konserviert. Außerdem wird die Feuchtigkeitsverteilung quer
zur Bahnlaufrichtung vergleichmäßigt. Der
Mantel kann auf unterschiedliche Arten ausgebildet sein. Eine Möglichkeit
ist die Verwendung eines relativ steifen Mantels, der elastisch
genug ist, um sich an die Krümmung
der Walze anzupassen, im übrigen aber
praktisch nach Art einer Walze umläuft. Dieser Mantel kann stirnseitig
mit Scheiben versehen sein. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung
eines weniger steifen Bandes, das über Stützrollen in einem Umlauf geführt wird,
wobei die Umlenkrollen praktisch ein Polygon definieren. Ein derartiges
Band kann auch relativ dünn
sein.
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Vorzugsweise
ist der Mantel zwischen den Walzen angeordnet. Der Mantel dient
damit gleichzeitig als thermischer Isolator zwischen der heißen Walze
und der kalten Walze. Dies steigert den Wirkungsgrad der Vorrichtung,
weil eine Wärmeübertragung
zumindest durch Wärmestrahlung
weitgehend unterbunden wird. Hierzu trägt bei, daß der Mantel aus einem relativ
nachgiebigen Kunststoff gebildet ist, wobei Kunststoffe in der Regel
eine schlechte Wärmeleitungseigenschaft
haben.
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Bevorzugterweise
wirken zwei Walzen mit Stützschuhen
zusammen, die eine entgegengesetzte Pressenrichtung aufweisen. Die
beiden Stützschuhe arbeiten
also sozusagen gegeneinander und stützen sich dabei gegenseitig
ab. Dies vereinfacht den Aufbau der Vorrichtung, weil man mit schwächeren Konstruktionen
zum Halten und Abstützen
der Stützschuhe
auskommt. Darüber
hinaus lassen sich die Drücke in
den Behandlungsnips einander angleichen.
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Bevorzugterweise
weist die heiße
Walze eine Temperatur von mindestens 100°C und die kalte Walze eine Temperatur
von höchstens
60°C auf. Durch
die Wahl einer Temperatur von mindestens 100°C ist sichergestellt, daß Feuchtigkeit,
die in der Bahn enthalten ist, verdampfen kann. Neben der verbesserten
Glättung
der Oberfläche
hat diese Ausgestaltung den Vorteil, daß die Feuchtigkeitsverteilung in
der Bahn vergleichmäßigt wird.
Durch die Temperatur der kalten Walze wird sichergestellt, daß die Bahn
relativ schnell abgekühlt
wird und die in der Bahn enthaltene Feuchtigkeit dort kondensieren kann.
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Hierbei
ist besonders bevorzugt, daß die Temperatur
der heißen
Walze im Bereich von 150 bis 250°C
und die Temperatur der kalten Walze im Bereich von 30 bis 50°C liegt.
Diese Temperaturen sind besonders geeignet.
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Vorteilhafterweise
verläuft
der Bahnlaufpfad zwischen zwei Behandlungsnips mit einem Abstand zum
Mantel. Damit wird verhindert, daß die Bahn zwischen den Behandlungsnips
unkontrolliert auf dem sich unter Umständen verformenden Mantel aufliegt. Sie
wird vielmehr kurzzeitig vom Mantel abgehoben. Die Entfernung zwischen
dem Mantel und der Bahn kann dabei klein bleiben. Durch den Abstand
werden Markierungen, die sich beispielsweise durch ein Schwingen
des Mantels zwischen den Behandlungsnips ergeben könnten, vermieden.
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Vorzugsweise
liegt die Bahn auf der Oberfläche
der Walzen auf. Die Oberfläche
der Walzen wird also zumindest im heißen Behandlungsnip unmittelbar
auf die Oberfläche
der Bahn abgebildet. Wenn die kalte Walze diesen Zustand einfrieren
kann, dann wird auch die Oberfläche
der kalten Walze auf der Bahn abgebildet.
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Vorzugsweise
sind zwei Walzen vorgesehen, die mit dem Mantel zusammenwirken,
wobei eine Dichtwalze an beiden Walzen anliegt. Damit wird durch
die beiden Walzen, die Dichtwalze und den Mantel ein Raum umgrenzt,
in dem sich ein Dampfdruck aufbauen kann. Wenn die Bahn aus dem
ersten, heißen
Breitnip herauskommt, besteht unter ungünstigen Bedingungen die Gefahr,
daß Dampf,
der sich aus der in der Bahn enthaltenen Feuchtigkeit gebildet hat,
schlagartig entweicht. Wenn in dem Raum aber bereits ein erhöhter Dampfdruck
herrscht, kann man dafür
sorgen, daß der
Dampfdruck innerhalb und außerhalb
der Bahn so weit aneinander angeglichen ist, daß ein schlagartiges Entweichen
des Dampfes aus der Bahn nicht möglich
ist. Der Dampf wird vielmehr in der Bahn gehalten und kann dann
im kälteren
Breitnip wieder kondensieren. Als positiver Nebeneffekt ergibt sich
hierbei ein hervorragender Feuchtigkeitsausgleich über die
Breite der Bahn.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß die
beiden Walzen, der Mantel und die Dichtwalze einen Raum umgeben,
in dem eine Leitwalze angeordnet ist. Die Leitwalze dient also dazu,
die Bahn in dem Raum von dem Mantel und von den beiden Walzen abzuheben, so
daß der
im Raum vorliegende Dampf die Bahn von beiden Seiten beaufschlagen
kann.
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Die
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
daß die Bahn
in mindestens zwei Behandlungsnips mit unterschiedlichen Temperaturen
zuerst beheizt und dann gekühlt
wird.
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Wie
oben ausgeführt,
läßt sich
auf diese Weise eine größere Vielfalt
beim Glätten
der Bahn erreichen. Durch das Beheizen wird die Glättung der Oberfläche der
Bahn gefördert.
Durch das Kühlen kann
die glatte Oberfläche
sozusagen wieder eingefroren werden. Darüber hinaus kann durch das Kühlen eine
Flashverdampfung verhindert oder ihre Auswirkungen zumindest gemildert
werden.
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Bevorzugterweise
verwendet man den Mantel zur thermischen Abschirmung zwischen den
Walzen unterschiedlicher Temperatur. Damit wird eine Wärmeübertragung
von der heißen
Walze zur kalten Walze durch Wärmestrahlung
weitgehend unterbunden.
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Vorzugsweise
führt man
die Bahn nach dem Beheizen durch einen geschlossenen Raum zum Kühlen. In
dem geschlossenen Raum kann sich dann ein Dampfdruck aufbauen, der
verhindert, daß Dampf
aus dem Inneren der Bahn nach außen tritt und damit die geglättete Oberfläche wieder
beschädigt.
Die in der Bahn enthaltene Feuchtigkeit, die möglicherweise als Dampf vorliegt,
kann im kälteren Breitnip
wieder kondensieren, so daß ein übermäßiges Austrocknen
der Bahn vermieden wird. Darüber hinaus
wird die Feuchtigkeit über
die Breite der Bahn stark vergleichmäßigt.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen
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1 eine
schematische Ansicht eines Kalanders zum Glätten einer Papier- oder Kartonbahn und
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2 eine
schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Kalanders.
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Eine
Vorrichtung 1 zum Glätten
einer Papier- oder Kartonbahn 2, die im folgenden kurz "Bahn" genannt wird, weist
eine erste Walze 3 und eine zweite Walze 4 auf.
Die erste Walze 3 ist mit einer Heizeinrichtung 5 versehen.
Diese Heizeinrichtung 5 ist nur schematisch dargestellt.
Die Beheizung der Walze 3 kann mit Hilfe einer heißen Flüssigkeit,
wie Wasser oder Öl,
oder mit Hilfe eines Dampfes erfolgen. Andere Möglichkeiten zur Beheizung der
Walze, beispielsweise mit Wärmestrahlung
aus Infrarotstrahlern oder mit Hilfe von elektromagnetischen Heizeinrichtungen,
sind ebenfalls möglich.
Die Heizeinrichtung 5 heizt die Oberfläche der Walzen auf eine Temperatur im
Bereich von 150°C
bis 250°C
auf. Die Temperatur der Walze 3 sollte so groß sein,
daß sie
in der Lage ist, Feuchtigkeit in der Bahn 2 zu verdampfen.
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Die
zweite Walze 4 ist mit einer Kühleinrichtung 6 versehen.
Die Kühleinrichtung 6 sorgt
dafür, daß die Temperatur
der Oberfläche
der zweiten Walze 4 höchstens
60°C beträgt, vorzugsweise
sollte die Temperatur in einem Bereich von 30 bis 50°C liegen. Auch
für das
Kühlen
gibt es mehrere Möglichkeiten, beispielsweise
die Verwendung von Kühlwasser
oder Kühlluft.
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Zwischen
den beiden Walzen 3, 4 ist ein umlaufender Mantel 7 angeordnet,
der von einem ersten Stützschuh 8 gegen
die erste Walze 3 und von einem zweiten Stützschuh 9 gegen
die zweite Walze 4 gedrückt
wird und walzenartig umläuft.
Damit ist zwischen dem umlaufenden Mantel 7 und der ersten Walze
ein erster Nip 10 und zwischen dem Mantel 7 und
der zweiten Walze 4 ein zweiter Nip 11 gebildet. Beide
Nips 10, 11 sind als sogenannte breite Nips oder
Breitnips (extended nips) ausgebildet, d.h. sie umfassen einen vorbestimmten
Umfangsabschnitt der beiden Walzen 3, 4. Der Mantel 7 kann
mit lediglich schematisch dargestellten Führungsrollen 12, 13 oder
mit anderen Hilfsmitteln abgestützt
werden. Die beiden Stützschuhe 8, 9 weisen
jeweils eine Andruckfläche 14, 15 auf,
deren Krümmung
im wesentlichen der Krümmung
der gegenüberliegenden
Walze 3, 4 angepaßt ist. Die Stützschuhe 8, 9 können beispielsweise
hydrostatisch geschmiert sein, so daß eine Reibung zwischen den
Stützschuhen 8, 9 und dem
Mantel 7 herabgesetzt wird.
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Der
Mantel 7 ist aus einem Kunststoff gebildet, der flexibel
genug ist, um sich in der dargestellten konvexen Form außen um einen
Umfangsabschnitt der beiden Walzen 3, 4 anzupassen.
Der Mantel 7 ist hier zwar – bis auf die Eindellungen
im Bereich der Walzen 3, 4 – annähernd kreisförmig dargestellt.
Diese Kreisform ist aber nicht unbedingt erforderlich.
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Die
beiden Stützschuhe 8, 9 sind
an einem gemeinsamen Träger 16 abgestützt. Sie
wirken in entgegengesetzte Richtungen mit annähernd gleicher Kraft, so daß der Träger 16 im
wesentlichen im Gleichgewicht ist.
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Die
Bahn 2 ist über
Umlenkrollen 17–20 und durch
die beiden Nips 10, 11 geführt. Die Umlenkrolle 18 ist
dabei so angeordnet, daß die
Bahn 2 nach dem Verlassen des ersten Nips 10 vom
Mantel 7 abgehoben wird. Im Nip 10 liegt sie mit
einer Seite an der glatten, harten Walze 3 an. Die Umlenkrolle 19 ist
so angeordnet, daß die
Bahn 2 zwischen den beiden Nips 10, 11 vom
Mantel 7 abgehoben bleibt und erst im Bereich des Nips 11 wieder
zur Anlage an den Mantel 7 kommt. Auch im zweiten Nip 11 liegt
die Bahn 2 an der glatten, harten Walze 4 an und
zwar mit der gleichen Seite. Der Abstand zwischen den beiden Nips 10, 11 ist
so auf die Geschwindigkeit der Bahn 2 abgestimmt, daß die Bahn
bereits ganz kurze Zeit nach Verlassen des ersten Nips 10,
wo sie aufgeheizt worden ist, in den zweiten Nip 11 eintritt.
Die Zeitdauer zwischen dem Verlassen des ersten Nips 10 und
dem Eintritt in den zweiten Nip 11 liegt im Bereich von
wenigen Hundertstel Sekunden und reicht für einen Dampfaustritt mit störenden Folgen
noch nicht aus.
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Die
heiße
Walze 3 weist eine so hohe Oberflächentemperatur auf, daß Feuchtigkeit,
die noch in der Bahn 2 enthalten ist, verdampfen kann.
Bevorzugte Temperaturwerte liegen im Bereich von 150 bis 250°C. Bevor
nun dieser Dampf quasi explosionsartig nach dem Verlassen des ersten
Nips 10 die Bahn 2 verlassen kann, tritt die Bahn
in den zweiten Nip 11 ein, wo sie gekühlt wird. Natürlich wird
man nicht verhindern können,
daß etwas
Dampf aus der Bahn 2 austritt. Die austretende Dampfmenge
ist jedoch noch so gering, daß eine
nennenswerte Störung
der Oberfläche
der Bahn 2 damit nicht verbunden ist. Die kalte Walze 4 weist
eine so niedrige Oberflächentemperatur
auf, daß die
Bahn 2 nach dem Verlassen des Nips 11 insgesamt
auf einer Temperatur ist, in der der Dampf im Innern vollständig kondensiert
ist.
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Die
Entfernung zwischen dem ersten Nip 10 und dem zweiten Nip 11 ist
auch so klein, daß die Bahn
mit glatter, angeschmolzener Oberfläche nach der Erhitzung direkt
schockartig gekühlt
und sozusagen eingefroren werden kann.
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Der
Mantel 7 schirmt die heiße Walze 3 von der
kalten Walze 4 ab. In nicht näher dargestellter Weise kann
die erste Walze 3 noch von einem Gehäuse oder einer anderen Abschirmung
umgeben sein, die eine Wärmeabstrahlung
verhindert. Ein Wärmeübergang
zwischen der heißen
Walze 3 und der kalten Walze 4 wird durch den
Mantel 7 verhindert. Hinzu kommt, daß der Mantel 7 auch
schlecht wärmeleitfähig ist,
so daß auch
ein Wärmetransport weitgehend
verhindert wird.
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Der
durch die Umlenkrollen 18, 19 bewirkte Abstand
der Bahn 2 vom Mantel 7 muß nicht groß sein. Es sollte nur verhindert
werden, daß die
Bahn 2 in dem Bereich zwischen den beiden Nips 10, 11 den Mantel 7 berührt.
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2 zeigt
eine andere Ausgestaltung eines Kalanders, bei dem Teile, die denen
der 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen
versehen sind.
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Im
vorliegenden Fall stehen die Pressenrichtungen der Breitnips 10, 11 in
einem Winkel von etwa 90° zueinander.
Die beiden Walzen 3, 4 und der Mantel 7 sind
demnach wie ein umgekehrtes V angeordnet. Zusätzlich ist eine Dichtwalze 21 vorgesehen, die
an den beiden Walzen 3, 4 anliegt. Auf diese Weise
wird ein Raum 22 umgrenzt, in dem eine Leitwalze 18 angeordnet
ist. Wenn der Raum 22 stirnseitig abgedichtet ist, dann
ist es möglich,
in diesem Raum 22 einen Dampfdruck aufzubauen. Dieser Dampfdruck kann
entweder durch externe Mittel erzeugt werden, beispielsweise durch
Einspeisen von Dampf in den Raum 22. Der Dampfdruck ergibt
sich aber in der Regel mehr oder weniger automatisch nach einer
kurzen Betriebszeit dadurch, daß Dampf
aus der Bahn 2 entweicht, die im heißeren Breitnip 10 aufgeheizt worden
ist. Über
kurz oder lang herrscht dann im Raum 22 ein Dampfdruck,
der annähernd
gleich ist mit dem Dampfdruck im Innern der Bahn 2, so
daß der
Dampf nach dem Verlassen des Breitnips 10 nicht mehr aus
der Bahn 2 entweichen und die Oberfläche beschädigen kann. Dadurch, daß die Bahn 2 mit
Hilfe der Leitwalze 18 von der Oberfläche des Mantels 7 abgehoben
wird, kann der Dampf beide Seiten der Bahn 2 erreichen.
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Die
im Innern der Bahn 2 als Dampf vorliegende Feuchtigkeit
wird dann im kälteren
Breitnip 11 kondensiert. Zuvor hat aber ein Druckausgleich
im Innern der Bahn 2 stattgefunden, d.h. der Dampf hat sich
in der Bahn 2 in Breitenrichtung gleichmäßig verteilt,
so daß nach
dem Verlassen des Breitnips 11 eine relativ gleichmäßige Feuchtigkeitsverteilung
in der Bahn 2 vorliegt.