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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn
für insbesondere einfach gestrichene Papiere.
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Gestrichene
holzhaltige Papiere, insbesondere gestrichene holzhaltige Papiere
im niedrigeren Flächengewichtsbereich < 70 g/m2 (> 70% Weiße, < 2,0 PPS-Rauheit
nach Parker Print Surf, > 45% Glanz)
und insbesondere solche mit Einfachstrich werden normalerweise mit
einer Stoffmischung aus Langfaserzellstoff, Deinkstoff (DIP, Deinked
Pulp) und mechanisch erschlossenen Langfaserhalbstoffen (TMP oder
PGW/GW/SGW ...; TMP = thermomechanischer Holzstoff, PGW = Pressurized
Ground Wood; GW = Ground Wood; SGW = Steinschliff) hergestellt.
Dabei wird die Mischung so gefahren, dass die Eigenschaften des
Rohpapiers den Ansprüchen des Streichprozesses genügen.
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Langfaserzellstoff
oder NBKP (gebleichter Nadelholzkraftzellstoff) trägt hierbei
hauptsächlich zu den Festigkeitseigenschaften bei. Dagegen
beeinflussen Holzstoffe aufgrund der hohen Feinstoffgehalte die
entsprechenden Oberflächeneigenschaften und die Dichtigkeit
des Rohpapiers.
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Deinkingstoff
(DIP) ist aufgrund der gemischten Zusammensetzung des Altpapiereintrags
eine Mischung aus den zuvor genannten Fasern und kann mit entsprechender
Aufbereitung bis zu 100% eingesetzt werden.
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Bei
der Papierherstellung wird stets eine Minimierung der Kosten des
Stoffeintrags beim jeweiligen Herstellungsprozess angestrebt. Dabei
ist abhängig von der regional hohen Verfügbarkeit
und des geringen Preises die Nutzung von Laubholz eine interessante
Alternative.
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Laubhölzer
bzw. Kurzfasern besitzen noch geringere Festigkeiten als Nadelhölzer
bzw. Langfasern, was auf deren unterschiedliche Fasermorphologie
zurückzuführen ist. Ein Ersatz des gebleichten Nadelholzkraftzellstoffs
(NBKP = Needle bleached kraft pulp) durch gebleichten Laubholz-
bzw. Hartholzzellstoff (LBKP = Leaf bleached kraft pulp) ist daher
wenig sinnvoll, da die Hauptaufgabe des gebleichten Nadelholzkraftzellstoffs
(NBKP) die Festigkeitssteigerung des Papiers ist. Diese Anforderung kann
der rein chemisch aufgeschlossene gebleichte Hartholzkraftzellstoff
(LBKP) nicht erfüllen.
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Auch
ein rein mechanischer Aufschluss des Laubholzes nach dem TMP oder
PGW-Verfahren (TMP = thermomechanischer Holzstoff; PGW = Pressurized
Ground Wood, Druckschliff) führt zu einem nicht verwendbaren
Holzstoff mit extrem geringer Festigkeit.
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Eine
weitere Art von Aufschlussverfahren für Laubholz besteht
im Prinzip aus einer Kombination von mechanischem und chemischem
Aufschluss. Solche Verfahren sind als BCTMP- oder beispielsweise
auch als APMP-Verfahren bekannt (BCTMP = Bleached chemo thermo mechanical
pulp, gebleichter chemothermomechanischer Zellstoff; APMP = Alkaline
Peroxid mechanical pulp). Der dabei produzierte Stoff wird allgemein
auch als Halbzellstoff oder ”Semichemical pulp” bezeichnet.
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Entsprechend
ist ein Halbzellstoff hinsichtlich einer Vielzahl von Eigenschaften
zwischen dem rein chemisch aufgeschlossenen Zellstoff und dem rein
mechanisch aufgeschlossenen Holzstoff anzuordnen. Durch die insbesondere über
den Chemie- und Energieeintrag beeinflussbare Fahrweise des Herstellungsprozesses
kann der Halbzellstoff eher festigkeitsorientiert oder eher volumenorientiert
hergestellt werden. Dabei ist aus der
DE 10 2006 051 024 A1 bereits
bekannt, dem Faserstoffgemisch zur Erhöhung des Volumens
der herzustellenden Bahn mindestens einen Teil gebleichten und chemisch
aufgeschlossenen Holzstoffes (BCTMP) zuzugeben.
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Es
hat sich nun aber gezeigt, dass andere Eigenschaften eines solchen
Halbzellstoffes wie insbesondere das Saugverhalten des Rohpapiers,
charakterisiert durch die Porosität und die Cobb-Unger-Ölaufnahme
bzw. Cobb-Unger-Wasseraufnahme, ungenügend sind. Das Rohpapier
ist wesentlich poröser und saugfähiger, so dass
die Streichfarbe stärker in das Papier wegschlägt
und die geforderten Oberflächeneigenschaften des Fertigpapiers,
wie insbesondere Glätte und Glanz nicht mehr erzielt werden. Zudem
ist die z-Festigkeit des Papiers (Scott-Bond) kritisch.
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Der
Einsatz gebleichten chemothermischmechanischen Zellstoffs (BCTMP,
z. B. Birke) kann also eine Erhöhung der Porosität
des Papiers mit sich bringen, was zu einem unerwünschten
Absacken der Streichfarbe in die Blattmitte führt. Demzufolge
können die Glanz- und Glättewerte des Papiers
schlechter werden oder abfallen.
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Im
Bereich holzfreier gestrichener Papiere, die üblicherweise
auch in einem höheren Flächengewichtsbereich > 65 g/m2 produziert
werden, wird angesichts ähnlicher Probleme zur Steuerung
des Wegschlagverhaltens der Streichfarbe eine Oberflächenleimung
des Papiers durchgeführt. Dabei wird durch einen Stärke-
oder Leimauftrag eine Hydrophobierung der Oberfläche erreicht,
wozu ein entsprechendes Auftragsaggregat mit nachfolgender Trocknung eingesetzt
werden muss. Eine solche Lösung ist nun aber für
die leichtgewichtigeren holzhaltigen Massepapiere schon aus Kostengründen
nicht möglich.
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In
Ausnahmefällen wird auch eine Leimung in der Masse durchgeführt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die zuvor genannten
Probleme beseitigt sind. Dabei soll das Verfahren bei möglichst
geringen Kosten insbesondere zur Herstellung leichtgewichtiger einfach
gestrichener Papiere geeignet sein.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung
einer Faserstoffbahn für insbesondere einfach gestrichene
Papiere, bei dem zur Bahnbildung ein Faserstoffgemisch verwendet
wird, das bezogen auf den Gesamtfrischfasereintrag einen Anteil
an Laubholz-Halbzellstoff > 50 Gew.-%
enthält, wobei der Mahlgrad des Laubholz-Halbzellstoffes > 55°SR gewählt
wird.
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Aufgrund
dieser Ausgestaltung des Verfahrens können nunmehr insbesondere
auch leichtgewichtige, einfach gestrichene Papiere mit Laubholz-Halbzellstoff
als Hauptkomponente bei minimalen Kosten mit einer insbesondere
im Hinblick auf Glanz und Glätte optimalen Qualität
hergestellt werden. Dabei wird der die Hauptkomponente des Gesamtfrischfasereintrags
bildende Laubholz-Halbzellstoff so aufbereitet, dass er möglichst
hoch ausgemahlen und festigkeitsorientiert hergestellt ist, was insbesondere
mit einem Mahlgrad > 55°SR
gewährleistet ist. Die Erfindung macht sich somit den Umstand
zunutze, dass durch die Fahrweise des Herstellungsprozesses und
insbesondere den Chemie- und/oder Energieeintrag der Halbzellstoff
eher festigkeitsorientiert oder eher volumenorientiert hergestellt werden
kann, wobei mit der erfindungsgemäß festigkeitsorientierten
Fahrweise und dem entsprechend höheren Mahlgrad Festigkeitseigenschaften
erzielt werden, durch die das Verfahren insbesondere auch zur Herstellung
leichtgewichtiger, einfach gestrichener Papiere mit Laubholz-Halbzellstoff
vorteilhaft anwendbar ist.
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Der
Frischfasereintrag kann zumindest im Wesentlichen nur Laubholz-Halbzellstoff
oder alternativ auch einen Anteil an Nadelholz-Halbzellstoff enthalten,
wobei der Mahlgrad des Nadelholz-Halbzellstoffes vorzugsweise > 60°SR gewählt
wird. Anstatt eines reinen Laubholz-BCTMPs oder -APMPs kann also
anteilig auch ein Nadelholz-Langfaser-BCTMP oder -APMP zum Einsatz
kommen, der hoch ausgemahlen, d. h. mit einem Mahlgrad > 60°SR, die
Porosität weiter verringern kann. Dabei ist beispielsweise
ein Einsatz von 80% Laubholz- und 20% Nadelholz-BCTMP und/oder -APMP
möglich. Durch die Variation des Anteils lassen sich die
Festigkeitseigenschaften und Qualitätseigenschaften wie insbesondere
Porosität und/oder Farbaufnahme steuern.
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Von
Vorteil ist insbesondere, wenn das Faserstoffgemisch bezogen auf
den Gesamtfrischfasereintrag einen Anteil an insbesondere rein chemisch aufgeschlossenem
Langfaser-Zellstoff von zumindest 10 Gew.-% enthält. Es
ist also insbesondere möglich, dass der neben dem Laubholz-Halbzellstoff vorgesehene
restliche Stoffeintrag aus zumindest 10% Langfaser-Zellstoff besteht.
Weiterhin ist es möglich, dass der neben dem Laubholz-Halbzellstoff vorgesehene
restliche Stoffeintrag aus zumindest 10% Langfaser-Holzstoff besteht.
Dabei wird als Langfaser-Holzstoff vorzugsweise Holzschliff und/oder
insbesondere hoch ausgemahlener thermomechanischer Holzschliff (TPM)
verwendet. Der Mahlgrad des Holzstoffes wird vorzugsweise > 60°SR gewählt.
Dadurch wird die Porosität der Faserstoffbahn gesenkt und
somit das Saugverhalten verbessert, d. h. reduziert, da die Faserstoffbahn dichter
wird.
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Gemäß einer
vorteilhaften praktischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens erfolgt eine Masseleimung des Rohpapiers. Dabei werden
für eine solche Masseleimung vorzugsweise > 0,2 Gew.-% Stärke,
insbesondere > 0,4
Gew.-% Stärke, und/oder > 0,1
Gew.-% CMC (Carboxymethylcellulosen), insbesondere > 0,2 Gew.-% CMC, insbesondere > 0,5 Gew.-% CMC, insbesondere > x Gew.-% CMC, mit
0,2 ≤ x ≤ 0,5, und/oder < 0,1 Gew.-% AKD (Alkylierte Ketendimere)
und/oder < 0,1 Gew.-ASA
(Alkenyl Succinic Acid) verwendet.
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Von
Vorteil ist insbesondere auch, wenn das Rohpapier vor dem Strich
vorkalandriert wird, wobei mit der Vorkalandrierung eine Porositätsverdichtung des
Rohpapiers von insbesondere > 10%
und vorzugsweise von > 20%
herbeigeführt wird, wobei die Kalandrierung vorzugsweise
mittels eines Hardnips, eines Softnips, eines Doppel-Softnips und/oder
eines in Bahnlaufrichtung verlängerten Schuhnips erfolgt.
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Dabei
ist die absolute Porosität stark von der aktuellen Rohstoffzusammensetzung
und -mahlung abhängig. Typischerweise ist die Porosität
am unkalandrierten Papier 800–1000 ml/min und nach dem Vorkalander
600–800 ml/min oder geringer. Bei einem Einsatz höherer
Mengen an Holzstoff kann die Porosität im unkalandrierten
Papier jedoch schnell auf geringere Werte sinken.
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Zur
Verbesserung der Verdichtungswirkung kann die Faserstoffbahn vor
einem Vorkalandrieren bzw. vor dem Vorkalander mittels eines Dampfblaskastens
und/oder mittels eines Wassersprühauftrags beaufschlagt
werden.
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Zur
stärkeren Verdichtung des Rohpapiers kann die Faserstoffbahn
in der Pressenpartie durch wenigstens einen Schuhpressnip geführt
werden.
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Dabei
sollte die Schuhpresse vorteilhafterweise hochbelastet werden, um
eine größtmögliche Entwässerung
und Verdichtung des Papiers zu erreichen, die dann oberhalb einer
Verdichtung in konventionellen Walzenpressen liegt. Vorteilhafterweise
wird der Spitzendruck im Schuhpressnip insbesondere in einem Bereich
von etwa 6 bis etwa 6 MPa, insbesondere in einem Bereich von etwa
8 bis etwa 10 MPa und vorzugsweise > 10 MPa gewählt.
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Dabei
stellen 10 MPa zwar den derzeit technisch realisierbaren Stand der
Technik in Bezug auf den maximalen Spitzendruck dar. Überdies
wären im Sinne der Erfindung jedoch auch darüber
hinausgehende höhere Drücke durchaus vorteilhaft.
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Von
Vorteil ist auch, wenn die Faserstoffbahn in der Pressenpartie in
Bahnlaufrichtung betrachtet vor dem Schuhpressnip in einem weiteren
Pressnip vorentwässert wird, wobei der Schuhpressnip in
der Pressenpartie vorzugsweise als zweiter Pressnip eingesetzt wird.
Der Spitzendruck wird vorteilhafterweise wieder so gewählt
wie zuvor angegeben. Die Anordnung des Schuhnips als zweiter Nip
bringt unter anderem den Vorteil mit sich, dass die verdichtende
Wirkung nach einer Vorentwässerung in einer Walzenpresse
höher ist.
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Grundsätzlich
ist es auch denkbar, in der Pressenpartie zwei Schuhpressnips einzusetzen. Dabei
können diese Schuhpressnips insbesondere wieder die zuvor
genannten Bedingungen bezüglich des Spitzendrucks erfüllen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird in Bahnlaufrichtung betrachtet nach den beiden jeweils einen
Schuhnip umfassenden oder durch einen Schuhnip gebildeten Pres sen
eine als Walzenpresse ausgeführte dritte Presse eingesetzt,
um die Faserstoffbahn zu glätten und/oder zu verdichten.
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Zudem
können dem Rohpapier anorganische Fein- oder Füllstoffe
zugesetzt werden. Dabei können diese Fein- oder Füllstoffe
vorzugsweise feinkörniges PCC (Precipitated Calcium Carbonate,
ausgefälltes Kalziumcarbonat), GCC (Ground Calcium Carbonate,
gemahlenes Kalziumcarbonat), Kaolin und/oder dergleichen umfassen.
Dies führt zu einer Verdichtung und damit zu einer Verbesserung
des Saugverhaltens.
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Der
Trockengehalt der verwendeten Streichfarbe wird zweckmäßigerweise > 62%, vorzugsweise > 64% gewählt.
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Die
Streichfarbe kann insbesondere nach dem Filmstreichverfahren und/oder
dem Curtain-Coating-Verfahren aufgebracht werden. Das vorzugsweise
online eingesetzte Filmstrichverfahren stellt an die Bahnfestigkeit
im Vergleich zum Bladestreichverfahren geringere Anforderungen,
wodurch sich die Möglichkeit ergibt, die Faserstoffe stärker
in Richtung Qualität zu behandeln und weiter auszumahlen.
Das Curtain-Coating-Verfahren bzw. der Curtain-Coater stellt an
die Bahnfestigkeit noch geringere Anforderungen und bringt eine
noch geringere Penetration der Streichfarbe beim kontaktlosen Strichauftrag
mit sich.
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Mit
Vorteil kann insbesondere auch ein Multinipkalander, vorzugsweise
nach dem Strichauftrag eingesetzt werden, wobei ein solcher Multinipkalander
vorteilhafterweise zumindest vier Nips umfasst. Bevorzugt wird ein
Online-Multinipkalander verwendet. Ein Multinipkalander bringt den
Vorteil einer hohen Verdichtung des Papiers und einer stärkeren
Satinagewirkung mit sich.
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Alternativ
zu einem Multinipkalander sind beispielsweise auch ein oder zwei
Schuhkalander zur Glättung und Verdichtung des Papiers
denkbar, wobei bevorzugt Online-Schuhkalander eingesetzt werden.
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Alternativ
oder zusätzlich ist insbesondere auch der Einsatz eines
Roll-Blade-Gap-Formers und/oder eines Hybridformers denkbar, der
im Vergleich zu einem reinen Blade- oder Blade-Roll-Gapformer, der
grundsätzlich ebenfalls denkbar ist, eine Steigerung des
Scott-Bond mit sich bringt. Der Umschlingungswinkel an der Formierwalze
sollte hierbei zweckmäßigerweise jedoch < 32° sein,
um für den schnell entwässernden Faserstoff noch
genügend Wasser im Leistenteil zur Formationsverbesserung zu
halten.
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Alternativ
oder zusätzlich ist vorteilhafterweise auch eine Impingement-
oder Prallströmungstrocknung beispielsweise mittels eines
so genannten ”HiDryers” denkbar, wie er beispielsweise
aus der
EP 1 911 877
A und der
DE
10 2004 039 785 A1 bekannt ist. Ein entsprechender Impingement-
oder Prallströmungstrockner (”HiDryer”-Konzept/Voith)
kann insbesondere nach einer Presse der oben beschriebenen Anordnung
mit geschlossener Bahnführung vorgesehen sein, was angesichts
der Zugreduktion und dem geringen Festigkeitspotential der Bahn
von Vorteil ist. Bevorzugt sollte hierbei die Impingement- oder
Prallströmungstrocknung auf einen Trockengehalt von zumindest
56% am ersten Zylinder, d. h. dem ersten Zug von einer glatten Oberfläche,
ausgelegt sein.
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Der
Laubholz-Halbzellstoff kann insbesondere durch das BCTMP- und/oder
das APMP-Verfahren hergestellt sein (BCTMP = Bleached chemo thermo
mechanical pulp; APMP = Alkaline peroxid mechanical pulp).
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1 zeigt
ein rein beispielhaftes Maschinen-Layout für leichtgewichtige
gestrichene Qualitäten mit gleichzeitigem Online-Filmstrich
und Online-Kalander.
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Dabei
sind im Anschluss an die einen Stoffauflauf und Former 10,
eine Pressenpartie 12 sowie eine Trockenpartie 14 umfassende
Papiermaschine 16 ein Film-Coater 18, eine Lufttrocknung 20,
ein Online-Kalander 22 und eine Aufrollung 24 vorgesehen. Es
ist grundsätzlich jedoch auch ein anderes Maschinen-Layout
denkbar.
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Zur
Herstellung einer Faserstoffbahn insbesondere für leichtgewichtige,
einfach gestrichene Papiere wird zur Bahnbildung ein Faserstoffgemisch verwendet,
das bezogen auf den Gesamtfrischfasereintrag einen Anteil an Laubholz-Halbzellstoff > 50 Gew.-% enthält,
wobei der Mahlgrad des Laubholz-Halbzellstoffes > 55°SR gewählt wird.
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Beim
vorliegenden Ausführungsbeispiel für ein entsprechendes
Maschinenkonzept kann beispielsweise ein DuoFormer TQv, d. h. ein
vertikaler Roll-Blade-Gapformer, eine Tandem-NipcoFlex-Presse (TNFP),
eine Hardnip-Vorglättung, ein Online-Speedsizer für
einen Strichauftrag und/oder ein Online-Januskalander mit z. B.
1·10 Walzen vorgesehen sein. Es ist beispielsweise eine
Masseleimung mit AKD und/oder ASA von beispielsweise etwa 0,1 Gew.-%
denkbar. Der Stoff-, d. h. Gesamtfrischfasereintrag kann beispielsweise
50 Gew.-% nach dem APMP-Verfahren hergestellter Laubholz-Halbzellstoff,
30 Gew.-% nach dem NBKP-Verfahren hergestellter Laubholz-Zellstoff
und 20 Gew.-% Holzschliff-Nadelholz umfassen. Dabei kann der Mahlgrad
für den APMP-Laubholz-Halbzellstoff beispielsweise ~55°SR,
für den NBPK-Laubholz-Halbzellstoff ~24°SR und
für Holzschliff ~70°SR betragen.
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Die
maximale Betriebsgeschwindigkeit bei einem Endflächengewicht
im Bereich von etwa 48 bis etwa 65 g/m2 (etwa
34 bis etwa 35 g/m2 Rohpapier) kann beispielsweise
etwa 1800 m/min betragen. Die Glanzwerte können beispielsweise
im Bereich von etwa 42 bis etwa 65%, vorzugsweise im Bereich von etwa
52 bis etwa 56% liegen. Alternativ oder zusätzlich kann
das Maschinenkonzept insbesondere auch wenigstens eines der zuvor
genannten Aggregate umfassen (z. B. Vorkalander mit Hardnip, Softnip, Doppel-Softnip
und/oder in Bahnlaufrichtung verlängerter Nip; Dampfblaskasten
und/oder Wassersprühauftrag vor dem Vorkalander; zumindest
einen Schuhnip in der Pressenpartie, insbesondere als zweiter Nip;
zwei Schuhnips in der Pressenpartie; zwei Schuhnips gefolgt von
einer dritten Presse, die als glättebildende und/oder verdichtende
Walzenpresse ausgeführt ist; ein Filmstreichaggregat und/oder
ein Curtain Coater; ein Multinipkalander mit vorzugsweise zumindest
vier Nips, vorzugsweise als Online-Multinipkalander; ein oder zwei
Schuhkalander zur Glättung und/oder Verdichtung; Roll-Blade-Gapformer;
Hybridformer; Hidryer oder Hochleistungstrockner).
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- 10
- Stoffauflauf
und Former
- 12
- Pressenpartie
- 14
- Trockenpartie
- 16
- Papiermaschine
- 18
- Film-Coater
- 20
- Lufttrocknung
- 22
- Online-Kalander
- 24
- Aufrollung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006051024
A1 [0009]
- - EP 1911877 A [0035]
- - DE 102004039785 A1 [0035]