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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Verpackungspapier- oder graphischen Papierbahn, mit einem Stoffauflauf, einer Siebpartie zur Entwässerung einer über den Stoffauflauf eingebrachten Faserstoffsuspension und zur Bildung einer Faserstoffbahn aus der Faserstoffsuspension, einer Pressenpartie zur weiteren Entwässerung der Faserstoffbahn und einer Trockenpartie zur Trocknung der Faserstoffbahn.
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Gemeinsam mit Karton bilden Verpackungspapiere in der Praxis den größten Anteil an Verpackungsmaterialien. Sie sind universell einsetzbar, sauber und flexibel. Zu den Verpackungspapieren zählen alle Arten von Wellpappe, Sackkraftpapiere für die Papiersäcke, klassische braune Packpapiere und auch die Deckschichten von Gipsplatten. Sie besitzen in der Regel einen hohen Altpapieranteil. Wellenstoff wird bei der Herstellung von Wellpappe als Mittellage zwischen zwei Linerschichten, d.h. in den beiden auf der Innen- und Außenseite der Wellpappenverpackung oder Pappe verwendeten Schichten eingesetzt. Er wird in der Regel aus 100% Altpapier hergestellt.
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Bei den graphischen Papieren handelt es sich um Papiere zum Bedrucken, Beschreiben und Kopieren. Ihr Anteil am weltweiten Papierbedarf nimmt stetig zu.
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Um eine endlose Bespannung, beispielsweise einen Filz für einer Pressenpartie oder ein Sieb für eine Siebpartie in die Papiermaschine einzuziehen, waren bislang in Papiermaschinen sogenannte Cantilever- oder Biegeträger eingebaut, die von der Führerseite zur Triebseite und über die Triebseite hinaus reichten. Mit Hilfe der Cantilever- oder Biegeträger wurde die führerseitige Stuhlung zum Bespannungswechsel angehoben und Zwischenstücke entfernt, so dass Stuhlungsöffnungen entstanden sind, über die die Bespannung eingezogen werden konnte. Eine entsprechende Cantilever-Konstruktion nimmt jedoch relativ viel Platz in Anspruch und ist mit relativ hohen Kosten verbunden.
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Es sind bereits Vorrichtungen der eingangs genannten Art mit einem Nassteil ohne Cantileverung für einlagige Hybridformer sowie zweilagige Former in Kombination mit einer Duocentri Nipcoflex-Presse oder einer Tandem Nipcoflex-Presse bekannt. Dabei werden Bespannungen als Endlosbänder durch die belastete Stuhlung geführt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine durch ein einheitliches Maschinenkonzept sowohl zur Herstellung von Verpackungspapieren als auch zur Herstellung von graphischen Papieren geeignete Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die bei einer Minimierung der Investitions- und Betriebskosten und insbesondere bei geringeren Stillstandskosten durch geringere Stillstandszeiten insbesondere kompakter bzw. kürzer ausgeführt sein kann und damit eine reduzierte Maschinenhallenlänge erfordert.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der vorliegenden Beschreibung sowie der Zeichnung.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Verpackungspapier- oder graphischen Papierbahn, umfasst einen Stoffauflauf, eine Siebpartie zur Entwässerung einer über den Stoffauflauf eingebrachten Faserstoffsuspension und zur Bildung einer Faserstoffbahn aus der Faserstoffsuspension, eine Pressenpartie zur weiteren Entwässerung der Faserstoffbahn und eine Trockenpartie zur Trocknung der Faserstoffbahn. Dabei umfasst die Siebpartie einen Gapformer und die Pressenpartie wenigstens einen in Bahnlaufrichtung verlängerten Pressnip, insbesondere wenigstens einen Schuhpressnip. Sowohl die Stuhlung der Siebpartie bzw. des Gapformers als auch die Stuhlung der Pressenpartie ist jeweils ohne Cantilever-Träger ausgeführt. Die Bespannungen, als Endlosbänder, sind bei einem Bespannungswechsel somit durch die belasteten Stuhlungen führbar.
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Aufgrund dieser Ausbildung ist die Vorrichtung durch ein einheitliches Maschinenkonzept sowohl zur Herstellung von Verpackungspapieren als auch zur Herstellung von graphischen Papieren unter Minimierung der Investitions- und Betriebskosten geeignet. Durch kürzere Stillstandszeiten werden insbesondere die Stillstandskosten reduziert. Zudem kann die Vorrichtung kompakter bzw. kürzer ausgeführt sein, so dass sie eine kürzere Maschinenhallenlänge erfordert. Nachdem sowohl die Stuhlung der Siebpartie bzw. des Gap- oder Spaltformers als auch die Stuhlung der Pressenpartie jeweils ohne Cantilever-Träger ausgeführt ist, d.h. die Endlosbänder werden durch die belastete Stuhlung geführt, entfällt die bisher übliche, einen relativ großen Bauraum in Anspruch nehmende Cantilever-Konstruktion.
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Bevorzugt erstreckt sich der Gapformer zumindest im Wesentlichen in horizontaler Richtung.
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Durch eine entsprechende horizontale Bauweise des Gap- oder Spaltformers wird der Einsatz einer Bespannungseinziehvorrichtung durch die Stuhlung begünstigt. Im Vergleich zu Hybridformern ist die konzeptmäßig etwas höhere Längsorientierung bei der Blattbildung günstig, um das maximale Geschwindigkeitspotential ausnutzen zu können. Die dadurch beeinträchtigten Festigkeitseigenschaften in Querrichtung können durch Zusatzstoffe wie z.B. Stärke oder spezielles bzw. höherwertiges Fasermaterial kompensiert werden. Dabei können festigkeitssteigernde Additive wie z.B. Stärke dem Rohstoff zugegeben werden. Die Zugabe erfolgt entweder noch vor dem Stoffauflauf, im Stoffauflauf, in den Stoffstrahl oder in die Formerpartie in Form von Stärkesprührohren. Im Stoffauflauf bzw. im Stoffstrahl kann dies durch einen mehrlagigen Stoffauflauf erfolgen.
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Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn der Gapformer als Leistengapformer ohne Formierwalze ausgeführt ist. Bei einem solchen Leistengapformer handelt es sich um einen Gap- oder Spaltformer mit freistehenden initialen Entwässerungselementen, durch welche die Faserstoffbahn gebildet und entwässert wird.
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Zudem kann der Gapformer insbesondere auch ohne Saugwalze ausgeführt sein, womit er einen einfacheren und entsprechend kostengünstigeren Aufbau erhält.
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Die Pressenpartie umfasst vorteilhafterweise zwei in Bahnlaufrichtung verlängerte Pressnips, insbesondere zwei Schuhpressnips. Dabei kann die Pressenpartie insbesondere eine Doppelschuhpresse umfassen.
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Bei einer der Entwässerung der Faserstoffbahn dienenden Schuhpresse wird der Pressdruck nicht mit einer rotierenden Walze und Gegenwalze aufgebaut, sondern es drückt ein stationärer Schuh gegen eine rotierende Gegenwalze. Damit dies funktioniert, wird ein flexibler Kunststoffmantel um diesen Schuh geführt. Zwischen Schuh und Kunststoffmantel wird zur Schmierung ein Ölfilm aufgebaut. Das aus der Faserstoffbahn ausgepresste Wasser wird wie bei einer konventionellen Presse an wenigstens einen umlaufenden Filz abgegeben. Durch die Konstruktion des Schuhs kann der sogenannte Pressnip wesentlich länger sein als bei einer konventionellen Presse, womit die Verweildauer der Faserstoffbahn im Pressnip entsprechend zunimmt. Entsprechend wird auch der Bedarf an thermischer Trocknung geringer. Schließlich wird durch die relativ sanfte Entwässerung das Papiervolumen erhalten.
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Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Stoffauflauf zur separaten Zuführung der Faserstoffsuspension mit wenigstens zwei Schichten ausgeführt. Dabei kann er insbesondere mit drei Schichten ausgeführt sein.
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Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn der Stoffauflauf mit wenigstens einer aus dessen Stoffauflaufdüse herausstehenden Trennlamelle versehen ist.
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Eine überstehende Trennlamelle ermöglicht insbesondere eine gute Schichtentrennung und somit gute Abdeckqualitäten, d.h. ein vermindertes Durchscheinen der ungefärbten Gegenseite des Testliners.
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Um eine möglichst gute Bahnführung sicherzustellen, kann die Faserstoffbahn bis zum ersten Trockenzylinder der Trockenpartie durchgehend gestützt geführt sein. Damit wird einen sicherer Bahnlauf sichergestellt, durch den insbesondere die Gefahr von Bahnabrissen auf ein Minimum reduziert wird.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Trockenpartie zumindest teilweise mit Stahlzylindern ausgeführt.
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Stahlzylinder benötigen werkstoffbedingt eine geringere Wandstärke als Gusszylinder und ermöglichen somit einen höheren und damit besseren Wärmedurchgang. Insbesondere in Kombination mit einer höheren Trockensiebspannung kann eine weitere Erhöhung des Wärmeübergangs erreicht werden.
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Die Trockenpartie ist bevorzugt für Trockensiebspannungen > 5 kN/m ausgeführt. Die Vorrichtung kann somit mit Trockensiebspannungen > 5 kN/m in der Trockenpartie betrieben werden.
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Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn zumindest durch den in Bahnlaufrichtung betrachtet letzten Pressnip der Pressenpartie ein undurchlässiges unteres Transportband hindurchgeführt ist.
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Mit dem Einsatz eines solchen Transport- oder Transferbandes in der unteren Position des letzten Pressnips der Presse kann insbesondere bei leichterem Flächengewichtsspektrum die Rückbefeuchtung reduziert und damit der Trockengehalt insbesondere für leichtere Flächengewichte unter 100 g/m2 gesteigert werden.
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Das erfindungsgemäße Maschinenkonzept ist auf die optimalen spezifischen Investitionskosten abgestimmt. Berücksichtigt wird auch das Rohstoffpotential insbesondere im Hinblick auf Verpackungspapiere mit einem hohem und teilweise bzw. bis zu 100% Anteil an recyceltem Faserstoff. Dabei hat sich gezeigt, dass für Verpackungspapiere aus recyceltem Fasermaterial als Rohstoff die optimale Betriebsgeschwindigkeit wesentlich auch vom Festigkeitspotential des Rohstoffs abhängt. So gibt das Festigkeitspotential des Rohstoffs den Geschwindigkeitsbereich vor, in dem der Betrieb mit sinnvoller Maschineneffizienz erfolgen kann. Damit werden vor allem die Abrisszahlen in einen wirtschaftlich sinnvollen Rahmen gehalten und die notwendigen Stillstände an der Maschine auf ein Minimum reduziert. Nachdem Asien einen Hauptwachstumsmarkt für Verpackungspapiere darstellt, ist der dort eingesetzte und wirtschaftlich verfügbare Rohstoff zu berücksichtigen. Ein dafür geeigneter Geschwindigkeitsbereich für den Betrieb der Vorrichtung liegt zwischen 1100 und 1500 m/min. Damit ist auch der Trend zu leichteren Flächengewichten bei Testlinern und Wellenstoffsorten berücksichtigt.
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Im Hinblick auf das optimale Maschinenkonzept für die spezifischen Randbedingungen ist insbesondere die Produktion von zweischichtigen Produkten wie Testlinern mit einem einlagigen Formerkonzept unter Verwendung eines Zweischicht-Stoffauflaufs von Vorteil. Hierbei ermöglicht eine überstehende Trennlamelle eine gute Schichtentrennung und somit gute Abdeckqualitäten, d.h. ein vermindertes Durchscheinen der ungefärbten Gegenseite des Testliners. Es hat sich herausgestellt, dass durch die moderate Geschwindigkeit in Kombination mit leichteren Flächengewichten der Einsatz eines Roll-blade-Gapformers nicht mehr erforderlich ist und die geforderten Produktionsraten auch mit einem Blade-Gapformer mit reduzierter Entwässerungs- bzw. Produktionsleistung erreicht werden können. Ein solcher Blade-Gapformer kann insbesondere in horizontaler Bauweise ausgeführt sein, um den Einsatz einer Bespannungseinziehvorrichtung durch die Stuhlung zu begünstigen. Im Vergleich zu Hybridformern ist die konzeptmäßig etwas höhere Längsorientierung bei der Blattbildung günstig, um das maximale Geschwindigkeitspotential ausnutzen zu können. Die dadurch beeinträchtigten Festigkeitseigenschaften in Querrichtung können durch Zusatzstoffe wie z.B. Stärke oder spezielles bzw. höherwertiges Fasermaterial kompensiert werden. Dabei können festigkeitssteigernde Additive wie z.B. Stärke dem Rohstoff zugegeben werden. Die Zugabe erfolgt entweder noch vor dem Stoffauflauf, im Stoffauflauf, in den Stoffstrahl oder in die Formerpartie in Form von Stärkesprührohren. Im Stoffauflauf bzw. im Stoffstrahl kann dies durch einen mehrlagigen Stoffauflauf erfolgen.
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Im weiteren Verlauf der Vorrichtung bzw. Papiermaschine ist eine Pressenpartie mit hohem Pressimpuls von Vorteil, um einerseits einen hohen Trockengehalt und andererseits eine hohe Blattverdichtung zu ermöglichen. Beides begünstigt die Blattfestigkeit bzw. Nassfestigkeit und somit die Runnability oder Lauffähigkeit der Maschine. Dazu ist vorteilhafterweise zumindest ein Pressnip als Schuhpressnip ausgeführt. Zweckmäßigerweise kann eine Doppelschuhpresse eingesetzt werden. Eine solche Doppelschuhpresse hat neben dem hohen Pressimpuls und somit dem hohen Trockengehalt den weiteren Vorteil einer durchgehend unterstützten Bahnführung durch die Pressenpartie.
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Eine zweckmäßige Variante bei leichterem Flächengewichtsspektrum ist dabei der Einsatz eines Transferbandes in zweiter unterer Position der Presse, womit die Rückbefeuchtung reduziert und damit der Trockengehalt insbesondere für leichtere Flächengewichte unter 100 g/m2 gesteigert wird.
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Hinsichtlich des Feuchtequerprofils ist zudem ein einfach gefilzter Pressnip von Vorteil. Ein gutes Feuchtequerprofil am Ende der Pressenpartie führt zu gleichmäßigen Bahnzugverhältnissen in Querrichtung der Maschine, womit wieder die Runnability oder Lauffähigkeit im kritischen Ausgangsbereich der Trockenpartie begünstigt wird. Feuchteunterschiede und dadurch resultierende Bahnspannungsunterschiede und Zugfalten werden vermieden.
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Im weiteren Verlauf der Faserstoffbahn durch die Trockenpartie ist grundsätzlich ein möglichst hoher Wärmefluss von Vorteil, womit die Effizienz der Trocknung erhöht und damit gleichzeitig die erforderliche Länge der Trockenpartie und damit auch die der gesamten Maschine sowie des Maschinengebäudes reduziert wird. Dabei ist allerdings zu beachten, dass ein zu hoher Wärmefluss zu Beginn der Trockenpartie eine Art Versiegeln der Bahnoberfläche mit sich bringen und somit für die Trocknungseffizienz nachteilig werden und das Blatt sogar beschädigen kann. Die jeweils mögliche und sinnvolle Heizleistung hängt vom Rohstoff und dem Flächengewicht ab. Speziell Verpackungspapiere sind hier wenig empfindlich und können mit relativ steilen Heizkurven beaufschlagt werden.
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Auch aus diesem Grund können hier mit Vorteil auch Stahlzylinder mit werkstoffbedingtem höherem Wärmedurchgang als Gusszylinder zum Einsatz kommen. Dies kann zudem insbesondere auch noch mit einer höheren Trockensiebspannung kombiniert werden. Dabei bewirkt die höhere Siebspannung eine weitere Erhöhung des Wärmeübergangs. Dabei wird die Vorrichtung vorteilhafterweise so betrieben, dass diese Trockensiebspannung im Bereich von 5 bis 8 kN/m liegt. Hier sind die Auswirkungen auf das Papier, speziell Verpackungspapiere, noch nicht qualitätsbeeinträchtigend. Zudem können die üblichen Trockensiebe mit Naht diese Spannung noch aushalten. Schließlich ist auch der Kostensprung für die Dimensionierung der weiteren Komponenten wie Siebspanner, Regler und Walzen noch relativ moderat und wirtschaftlich sinnvoll im Verhältnis zum Nutzen durch die schnellere, effizientere Trocknung.
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Zudem ist eine intensive Trocknung zu Beginn der Vortrockenpartie vorteilhaft für die Wirkung der im konstanten Teil oder Nassteil der Maschine zugesetzten Stärke oder sonstigen festigkeitssteigernden Additive. Diese Wirkung kann gezielt noch weiter dadurch intensiviert werden, dass zu Beginn der Vortrockenpartie Hochleistungstrockner wie beispielsweise Prallstromtrocknungshauben eingesetzt werden. Dabei sind beispielsweise zwei bis sechs Hauben wirtschaftlich und papiertechnologisch sinnvoll, um den Effekt der Festigkeitssteigerung bei moderaten Investitions- und Betriebskosten zu erzielen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere zur Herstellung einer Verpackungspapier- oder graphischen Papierbahn, und
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2 eine schematische Darstellung der Siebpartie einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt in schematischer Darstellung eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Verpackungspapier- oder graphischen Papierbahn.
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Die Vorrichtung 10 umfasst einen Stoffauflauf 12, eine Siebpartie 14 zur Entwässerung einer über den Stoffauflauf 12 eingebrachten Faserstoffsuspension und zur Bildung einer Faserstoffbahn aus der Faserstoffsuspension, eine Pressenpartie 16 zur weiteren Entwässerung der Faserstoffbahn und eine Trockenpartie 18 zur Trocknung der Faserstoffbahn. Der Trockenpartie 18 kann unter anderem ein Roller 20 zum Aufrollen der getrockneten, fertiggestellten Faserstoffbahn nachgeordnet sein.
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Die Siebpartie 14 umfasst einen Gapformer 22. Dabei ist im vorliegenden Fall beispielsweise ein Roll-Blade Gapformer mit einer sich zumindest im Wesentlichen horizontal erstreckenden hinteren Entwässerungsstrecke 24.
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Die Pressenpartie 16 umfasst wenigstens einen in Bahnlaufrichtung L verlängerten Pressnip 26, insbesondere wenigstens einen Schuhpressnip.
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Sowohl die Stuhlung der Siebpartie 16 bzw. des Gapformers 22 als auch die Stuhlung der Pressenpartie 16 ist jeweils ohne Cantilever-Träger ausgeführt, d.h. die Bespannungen sind bei einem Bespannungswechsel durch die belasteten Stuhlungen führbar.
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Der durch den Doppelsiebteil gebildete Gapformer 22 kann sich, wie dargestellt, zumindest im Wesentlichen in horizontaler Richtung erstrecken. Zudem kann er insbesondere als Leistungsgapformer ohne Formierwalze ausgeführt sein. Es ist insbesondere auch eine Ausführung des Gapformers 22 ohne Saugwalze denkbar.
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Die Pressenpartie 16 umfasst im vorliegenden Fall beispielsweise zwei in Bahnlaufrichtung L verlängerte Pressnips 26, insbesondere zwei Schuhpressnips. Dabei kann die Pressenpartie 16 beispielsweise eine Doppelschuhpresse umfassen.
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Der Stoffauflauf 12 kann zur separaten Zuführung der Faserstoffsuspension mit wenigstens zwei und insbesondere mit wenigstens drei Schichten ausgeführt sein.
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Denkbar ist insbesondere auch eine solche Ausführung des Stoffauflaufs 12, bei der dessen Stoffauflaufdüse mit einer nach außen herausstehenden Trennlamelle versehen ist.
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Die Faserstoffbahn kann bis zum ersten Trockenzylinder 28 der Trockenpartie 18 durchgehend gestützt geführt sein. Zudem kann die Trockenpartie 18 zumindest teilweise mit Stahlzylindern ausgeführt sein.
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Darüber hinaus ist die Trockenpartie 18 insbesondere für Trockensiebspannungen > 5 kN/m ausgeführt. Die Vorrichtung bzw. Papiermaschine kann somit mit Spannungen der Trockensiebe der Trockenpartie 18 > 5 kN/m betrieben werden.
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Zumindest durch den in Bahnlaufrichtung betrachtet letzten Pressnip 26 der Pressenpartie 16 kann ein undurchlässiges unteres Transportband 30 hindurchgeführt sein.
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2 zeigt in schematischer Darstellung die Siebpartie 14 einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, die sich von der gemäß 1 zumindest im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass in der Siebpartie 14 die Formierwalze 25 fehlt und die gesamte Entwässerungsstrecke im Doppelsiebteil im Wesentlichen horizontal geführt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 12
- Stoffauflauf
- 14
- Siebpartie
- 16
- Pressenpartie
- 18
- Trockenpartie
- 20
- Roller
- 22
- Gapformer, Doppelsiebteil
- 24
- hintere Entwässerungsstrecke
- 25
- Formierwalze
- 26
- verlängerter Pressnip, Schuhpressnip
- 28
- erster Trockenzylinder
- 30
- unteres Transportband
