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Die Erfindung betrifft ein Haftmittel für den Auftrag auf die Mantelfläche eines Trockenzylinders zum Trocknen einer Faserstoffbahn wie einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Trockenvorrichtung zum Trocknen einer Faserstoffbahn wie einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, ein Verfahren zum Bestücken einer Vorrichtung zum Auftrag eines Haftmittels auf die Mantelfläche eines Trockenzylinders zum Trocknen einer Faserstoffbahn wie einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, die Verwendung eines erfindungsgemäßen Haftmittels sowie eine Kartusche, umfassend ein solches erfindungsgemäßes Haftmittel.
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Bei der Herstellung von Tissuepapieren wird die aus einer Faserstoffsuspension hergestellte Faserstoffbahn auf einem beheizten Trockenzylinder thermisch getrocknet. Dazu wird diese mit der Mantelfläche des Trockenzylinders, auch Krepp- oder Yankee-Zylinder genannt, in Kontakt gebracht. Dieser Trockenzylinder ist von einer Trockenhaube umschlossen, in dem die Papierbahn binnen hundertstel Sekunden bei Temperaturen oberhalb von 200 °C getrocknet wird.
Anschließend wird die der Faserstoffbahn vom Trockenzylinder mittels eines an die Mantelfläche desselben angelegten Schabers, wie Kreppschabers, abgenommen. Um die Mantelfläche des Trockenzylinders zu schonen, einerseits die Haftung und andererseits die Ablösung der getrockneten Faserstoffbahn vom Trockenzylinder zu verbessern, wird gemäß dem Stand der Technik auf die Mantelfläche des Trockenzylinders ein flüssiges Haftmittel aufgesprüht. Das wasser- und/oder ölbasierte, flüssige Haftmittel wird als eine sehr niedrigdosierte (ca. 1 %ige) Lösung auf die Oberfläche des Yankee-Zylinders gesprüht.
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Der Sprühauftrag mittels Düsen bringt jedoch verschiedene Nachteile mit sich: Er verlangt einen hohen Wasseranteil, um den Durchfluss durch die Düsen und einen gleichmäßigen Auftrag mittels Sprühtechnologie zu ermöglichen. Dieses zusätzliche Wasser muss jedoch beim Trocknungsvorgang wieder verdampft werden. Außerdem kühlt es den Yankee-Zylinder ab. Beide Effekte verlangen einen zusätzlichen Energieeintrag. Des Weiteren weist der Sprühauftrag eine niedrige Effizienz von 70-80% auf. Der Rest des Haftmittels verteilt sich als Sprühnebel in der Maschine. Dieser Sprühnebel verschmutzt Bespannungen und andere Maschinenkomponenten in der Nähe des Auftrags. Auch tendieren derartige Sprühsystem zu Verstopfung der Düsen. Hierdurch entstehen Bereiche in dem fertigen Papier mit unebenen Feuchtequerprofilen und unterschiedlichem Kreppverhalten. Ein weiterer Nachteil besteht in der Notwendigkeit von Mischaggregaten und den verbundenen Investitions- und Betriebskosten sowie dem Platzbedarf und dem Aufwand für das Mischen. Auch der Transport und die Lagerung der bereits gelösten Chemikalien in großen Kunststoffkanistern sind aus Sicht von Platzbedarf und Umweltressourcen nicht vorteilhaft.
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Es ist entsprechend Aufgabe der Erfindung, ein Haftmittel anzugeben, welches die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere liegt die Aufgabe darin, eine Alternative zum bekannten Sprühauftrag anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Besonders bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Die Erfinder haben erkannt, dass durch den Einsatz eines nicht-flüssigen Haftmittels die oben genannten Nachteile vermieden werden können. Sie kamen auf die Idee ein Haftmittel anzugeben, dass als Stückgut einfach und ohne Transportbehälter transportierbar ist. Dazu kann das Haftmittel z.B. als Feststoff vorliegen. Es wird dann direkt an die Mantelfläche des Trockenzylinders angedrückt, wo es durch die Drehbewegung und/oder die hohe Temperatur des beheizten Trockenzylinders abgetragen wird bzw. schmilzt und sich dann gleichmäßig über die gesamte Länge Mantelfläche des Trockenzylinders legt. Dadurch dass als Träger für die Chemikalien nun nicht mehr eine niedrigviskose Flüssigkeit dient, führen ein höherer Anteil an wirkenden Chemikalien und ein niedrigerer Anteil an Trägerstoffen in dem Feststoff zu einem geringeren Energiebedarf. Die Effizienz des direkten Auftrags liegt weit höher als die des Sprühauftrags, da kein Schwund durch Sprühnebel vorliegt. Ohne Sprühnebel reduziert sich auch die Verschmutzung der Umgebung erheblich. Ein weiterer Vorteil eines direkten Auftrags ohne Düsen ist die Vermeidung von Ausfällen durch Verstopfung von Düsen. Zudem kann die Dicke des Auftrags durch einen entsprechenden Anpressdruck an die Mantelfläche des Trockenzylinders eingestellt werden. Im Falle einer durch den Lieferanten vorbereiteten „Kartusche“ entfällt gegebenenfalls das Mischaggregat, das bei Sprühsystemen nötig wird. Dies hätte auch den Vorteil, dass ein unbeabsichtigtes, unwissentliches oder unerwünschtes Verstellen der Auftragszusammensetzung verhindert wird. Durch die feste, z.B. wachsartige Form des Haftmittels wird ein umweltfreundlicher und einfacher Transport ermöglicht: Statt Kunststoffkanistern wäre ein Einschlagen in Verpackungspapiere denkbar und ausreichend, wenn das Haftmittel seine Form im festen Aggregatzustand unter Umgebungsbedingungen beibehält.
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Unter einer Faserstoffbahn im Sinne der Erfindung ist ein Gelege bzw. Gewirre von Fasern, wie Holzfasern, Kunststofffasern, Glasfasern, Kohlenstofffasern, Zusatzstoffen, Additiven oder dergleichen zu verstehen. So kann die Faserstoffbahn beispielsweise als Papier-, Karton- oder Tissuebahn ausgebildet sein. Sie kann im Wesentlichen Holzfasern umfassen, wobei geringe Mengen anderer Fasern oder auch Zusatzstoffe und Additive vorhanden sein können. Dies bleibt je nach Einsatzfall dem Fachmann überlassen.
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Unter dem Begriff Haftmittel wird eine Chemikalie verstanden, die während des Betriebs auf den Trockenzylinder aufgegeben wird. Das Haftmittel wird als auch Coating oder Belag bezeichnet. Es befindet sich nur vorübergehend auf der Mantelfläche des Trockenzylinders, nämlich in dessen Betrieb. Haftmittel können auf Basis von Wasser und/oder Öl hergestellt sein. Sie können auch Polymere umfassen. Haftmittel bilden im Betrieb auf der Mantelfläche des Trockenzylinders den Belag in Form eines Films aus. Ein solches Haftmittel hat mehrere Aufgaben bei der Herstellung von Tissuepapier. Zum einen werden hierdurch der Schaber von der Mantelfläche des Trockenzylinders und der Trockenzylinder von der feuchten Papierbahn getrennt. Eine mechanische Abrasion und eine chemische Korrosion des Trockenzylinders werden dadurch minimiert. Zum anderen soll ein solches Haftmittel die Haftung der Papierbahn auf dem Trockenzylinder erhöhen. Durch die Fähigkeit der Polymere, chemische und physikalische Bindungen zur Papierbahn herzustellen, wird diese sicher auf dem Trockenzylinder fixiert. Dem Haftmittel können wiederum Trennmittel (sogenannte Release Agents) zugefügt sein, um ein einfacheres Ablösen der Papierbahn vom Trockenzylinder zu erzielen. Auch weitere Modifikatoren können dem Haftmittel beigefügt sein. Die Polymere im Haftmittel können bereits abschließend ausreagierte sein, d.h. diese polymerisieren nicht erst auf der Mantelfläche des Trockenzylinders.
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Als Stückgut wird gemäß des gleichlautenden Wikipedia-Artikels, zuletzt aktualisiert am 24. Mai 2019, ein Transportgut verstanden, dass sich einzeln am Stück und ohne einen Transportbehälter transportieren lässt. Hingegen bilden Flüssigkeiten und Gase an sich kein Stückgut, wenn sie nicht ohne eigenen Behälter zu transportieren sind. Anders ausgedrückt ist alles Stückgut, was nicht durch Leitungen förder- also pumpbar ist. Man kann Stückgut auch so umschreiben, dass das als solches ausgebildete Haftmittel als Stück, Riegel oder Block vorliegt. Es kann in solch vergleichsweise kleinen Einheiten gestückelt sein, dass es an sich, also ohne ein Einschlagpapier, von einer Person von Hand getragen werden kann, ohne dass es seine ursprüngliche Form verliert oder gar auseinanderfällt. Das Stückgut kann daher derart fest sein, dass es an sich beim Transport oder beim Tragen von Hand nicht seine ursprüngliche Form verliert.
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Sobald für das Transportgut jedoch spezielle Transportbehälter erforderlich werden, wird im Sinne der Erfindung nicht mehr von Stückgut gesprochen. Vielmehr ist das Haftmittel dann in einer Kartusche gespeichert. Unter einer Kartusche wird ein Transportbehälter, z.B. ein nach oben offener Transportbehälter verstanden, der zur Aufnahme des Transportguts benötigt wird. Eine Kartusche kann dann leicht von Hand verformbare (knetbare) Feststoffe, Pasten oder Flüssigkeiten als Haftmittel aufnehmen. Daher dient die Kartusche zugleich der Stabilisierung und Formgebung des Haftmittels sowie dessen Schutz vor äußeren Einflüssen. Eine Kartusche kann auch in Form eines Schlauchs, z.B. nach Art einer Wursthülle vorliegen, der dann an seinen beiden Enden geschlossenen ist, um ein Austreten des Haftmittels zu verhindern.
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Als Transportbehälter sollen hierbei nicht Einschlagpapiere oder -folien gelten, in die das Haftmittel als Stückgut zwecks Transports eingeschlagen ist, um dieses lediglich von äußeren Einflüssen zu schützen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Haftmittel an den Trockenzylinder heranzuführen, das nicht in flüssiger Form vorliegt.
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Das Haftmittel kann derart ausgeführt sein, dass dieses unterhalb einer Schmelztemperatur von 60 °C im festen Aggregatzustand vorliegt. Oberhalb dieser Temperatur kann es dann in eine Schmelze, also Flüssigkeit übergehen. Die Flüssigkeit kann vergleichsweise niedrigviskos sein.
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Das Haftmittel kann auch als Paste vorliegen. Unter dem Begriff Paste wird ein Feststoff-Flüssigkeitsgemisch (Suspension) mit einem hohen Gehalt an Festkörpern verstanden. Eine Suspension ist eine grobdisperse Dispersion, die Feststoffe sind in der flüssigen Phase suspendiert. Eine grobdisperse Dispersion ist in dem nachfolgenden Artikel in Bezug auf ihre Teilchengröße definiert.
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Auch kann das Haftmittel als Dispersion vorliegen. Mit dem Begriff Dispersion ist in dem gleichnamigen Wikipedia-Artikel, zuletzt bearbeitet am 7. September 2019, ein heterogenes Gemisch aus mindestens zwei Stoffen, die sich nicht oder kaum ineinander lösen oder chemisch miteinander verbinden, gemeint. Dabei sind ein oder mehrere Stoffe (disperse Phase) fein verteilt in einem anderen kontinuierlichen Stoff (Dispersionsmedium). Synonyme für die disperse Phase sind dispergierte Phase, innere Phase, Nebenphase. Hingegen sind Synonyme für das Dispersionsmedium: Dispersionsmittel, Dispergens, kontinuierliche Phase, äußere Phase, Hauptphase. Die einzelnen Phasen können deutlich voneinander abgegrenzt und in der Regel durch physikalische Methoden wieder voneinander getrennt werden (z. B. Filtrieren, Zentrifugieren), oder sie entmischen sich von selbst (Sedimentieren). Für die Erfindung vorteilhaft ist es, wenn das Dispersionsmedium eine Flüssigkeit (wie Wasser und/oder Öl) oder ein Festkörper ist. Die disperse Phase kann dabei ein Feststoff, eine Flüssigkeit oder ein Gas darstellen.
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Bevorzugt kann das Haftmittel insbesondere bei Umgebungsbedingungen von 20 °C Lufttemperatur und 1 bar Luftdruck oder unmittelbar vor dem direkten Kontakt mit der Mantelfläche des Trockenzylinders als nicht-fluide, bevorzugt nicht-wässrige Dispersion vorliegen. Das Dispersionsmittel kann ein Feststoff sein. Die dispergierte Phase kann ein Feststoff, eine Flüssigkeit oder ein Gas sein. Das Dispersionsmittel kann ein Lösungsmittel und die dispergierte Phase Makromoleküle umfassen, sodass die Dispersion als Gel ausbildet ist.
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Wenn im Sinne der Erfindung von Trockenzylinder die Rede ist, kann damit ein beheizter Trockenzylinder, z.B. ein mit Öl oder Dampf beheizter Trockenzylinder gemeint sein. Ein Beispiel für einen solchen ist ein Yankee-Zylinder für die Herstellung von Tissuepapier.
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Mit Umgebungsbedingungen sind die Bedingungen gemeint, die um die Papiermaschine herrschen, in der der Trockenzylinder angeordnet ist. Im Zuge der Erfindung werden diese auf 20 °C Lufttemperatur und 1 bar Luftdruck festgelegt.
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Die Betriebstemperatur (Oberflächentemperatur) des beheizten Trockenzylinders kann in dessen Betrieb mehrere hundert Grad Celsius betragen.
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Unter Festkörper (auch Feststoff) wird Materie im festen Aggregatzustand verstanden. Es handelt sich dabei um einen Stoff (wie das erfindungsgemäße Haftmittel), der bei einer Temperatur von 20 °C, also bei Umgebungsbedingungen, einen festen Aggregatzustand aufweist, wobei die Bezeichnung Feststoff in diesem Fall stoffspezifisch, jedoch nicht temperaturspezifisch ist.
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Die Viskosität bezeichnet im Sinne der Erfindung die Zähflüssigkeit oder Zähigkeit von Fluiden (Flüssigkeiten und Gasen). Je größer die Viskosität ist, desto dickflüssiger (weniger fließfähig) ist das Fluid; je niedriger die Viskosität, desto dünnflüssiger (fließfähiger) ist es. Unter hoher Viskosität wird eine Viskosität von größer gleich 105 mPas verstanden. Ein hochviskoses Haftmittel kann z.B. die Konsistenz von Wachs haben, es ist bei Umgebungsbedingungen von Hand knetbar oder verformbar, erreicht es seine Schmelztemperatur, z.B. oberhalb von 60 °C, so geht es in eine niedrigviskos Flüssigkeit über. Unter niedriger Viskosität hingegen eine Viskosität von kleiner 102 mPas. Hier verhält sich das Haftmittel vergleichsweise dünnflüssig, ähnlich wie ein Sirup. Gemäß der Erfindung wird die Viskosität unter Umgebungsbedingungen gemessen.
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Die Erfindung betrifft auch eine Kartusche, umfassend ein Haftmittel für den Auftrag auf die Mantelfläche eines Trockenzylinders, wobei das Haftmittel erfindungsgemäß ausgeführt ist oder in festem Aggregatzustand, in pastöser oder flüssiger Form in der Kartusche gespeichert ist.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Trockenvorrichtung, umfassend zumindest einen Trockenzylinder, eine Vorrichtung zum Auftrag eines Haftmittels auf die Mantelfläche des Trockenzylinders, Mittel zum Heranbringen des Haftmittels unmittelbar an die Mantelfläche des Trockenzylinders, um im Kontakt mit der Mantelfläche des Trockenzylinders durch Abtrag Haftmittel auf diese aufzubringen, wobei das Haftmittel erfindungsgemäß ausgeführt ist.
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Um ein kontinuierliches Auftragen des Haftmittels zu ermöglichen, kann es vorteilhaft sein, wenn die Mittel zur Aufnahme oder die Mittel zum Heranbringen des Haftmittels wenigstens einen Zwischenspeicher aufweisen. Für den Transport oder die Verteilung ist es dabei vorteilhaft, wenn das Haftmittel in pastöser Form vorliegt oder durch Erwärmung in diese gebracht wird.
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Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Haftmittels oder einer erfindungsgemäßen Kartusche in einer Trockenvorrichtung, umfassend zumindest einen Trockenzylinder.
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Die Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zum Bestücken einer Vorrichtung zum Auftrag eines Haftmittels auf die Mantelfläche eines Trockenzylinders, umfassend Mittel zur Aufnahme des Haftmittels sowie Mittel zum Heranbringen des Haftmittels unmittelbar an die Mantelfläche des Trockenzylinders, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Haftmittels als Stückgut oder in einer Kartusche; Beschicken der Mittel zur Aufnahme des Haftmittels mit dem Haftmittel als Stückgut oder Kartusche.
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Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Trockenvorrichtung, umfassend einen Trockenzylinder, umfassend die folgenden Schritte: a) Heranbringen eines Haftmittels als Stückgut oder als Kartusche an die Mantelfläche des Trockenzylinders, b) In Kontakt bringen des Haftmittels zu dessen Abtrag unmittelbar an die Mantelfläche des Trockenzylinders. Bevorzugt sind noch weitere Schritte vorhanden, nämlich c) In Kontaktbringen einer zu trocknenden Faserstoffbahn mit einem Teil der mit Haftmittel versehenen Mantelfläche des Trockenzylinders; d) Trocknen der Faserstoffbahn auf dem Trockenzylinder; e) Abnehmen der Faserstoffbahn vom Trockenzylinder, insbesondere mittels eines an die Mantelfläche des Zylinders angelegten Schabers, wie Kreppschabers. Bevorzugt können die Schritte c) bis e) (zeitlich) nach den Schritten a) bis b) erfolgen.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung ohne Einschränkung der Allgemeinheit näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
- 1 eine teilweise, schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Trockenvorrichtung 1 als Teil einer Tissue-Papiermaschine.
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Die thermisch zu trocknende und zu kreppende Faserstoffbahn 2, hier als Tissuepapierbahn bezeichnet, wird von rechts unten her kommend auf einer Bespannung 6 über einen Pressnip 5 auf die radial äußere Mantelfläche eines beheizten oder beheizbaren Trockenzylinders 3, wie Yankee-Zylinder überführt. Der Trockenzylinder 3 ist hier ohne eine entsprechende Trockenhaube dargestellt. Die Tissuepapierbahn wird hierauf getrocknet und anschließend mittels eines Kreppschabers 4 von der Mantelfläche des Trockenzylinders 3 durch Kreppen abgelöst.
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Im Betrieb der Trockenvorrichtung bzw. Tissuepapiermaschine wird ein Belag 7 (Coating) aus einem Haftmittel auf die Mantelfläche des Trockenzylinders 3 aufgetragen. Durch den Belagsauftrag wird eine stabile Produkt- also Kreppqualität erzielt. Ferner wird durch den Belag eine Gleitschicht für den Kreppschaber 4 eingestellt, so dass die Oberfläche des Trockenzylinders nicht direkt auf diesem reibt. Damit wird der Verschleiß des Kreppschabers 4 und des Trockenzylinders 3 vermindert. Schäden an der Mantelfläche des Trockenzylinders 3 werden vermieden.
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Der Belag, der sich im Betrieb der Trockenvorrichtung 1 wie ein Film um die Mantelfläche des Trockenzylinders 3 legt, wird durch ein Haftmittel 8 gebildet. Gemäß der Erfindung liegt das Haftmittel 8 als Stückgut oder ist in einer Kartusche 10 gespeichert.
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Der Trockenvorrichtung 1 sind zwischen dem Schaber 4 und dem Pressnip 5 vorliegend Mittel zur Aufnahme des Haftmittels 8 oder der Kartusche 10 sowie Mittel zum Heranbringen des Haftmittels 8 unmittelbar an die Mantelfläche des Trockenzylinders 3 zugeordnet. Die erstgenannten Mittel dienen der Speicherung oder Bevorratung des Haftmittels 8, die zweitgenannten Mittel dem Anpressen des Haftmittels direkt an die radial äußere Mantelfläche des Trockenzylinders 3. Die Mittel zum Heranbringen des Haftmittels 8 unmittelbar an die Mantelfläche des Trockenzylinders 3 können einen Aktuator umfassen, der das Haftmittel in Radialrichtung gegen die Mantelfläche anpresst.
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Das Haftmittel 8, wenn es als Stückgut ausgeführt ist, befindet sich bevorzugt in festem Aggregatzustand, zumindest unter Umgebungsbedingungen. Es kann aber derart ausgeführt sein, dass es oberhalb einer Schmelztemperatur von 60 °C und 1 bar Luftdruck in einen flüssigen Zustand übergeht. Bei Andrücken an die Mantelfläche des Trockenzylinders 3 wird es von dem heißen Trockenzylinder bzw. dadurch, dass sich der Trockenzylinder 3 relativ dazu dreht und beide in Kontakt miteinander sind, abgetragen. Das Haftmittel wird somit im Betrieb der Trockenvorrichtung 1 kontinuierlich abgetragen, über die (gesamte) Mantelfläche des Trockenzylinders 3 verteilt und bildet dort einen entsprechenden Belag 7.
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Das als Stückgut oder in einer Kartusche 10 vorgesehene Haftmittel 8 kann von der Länge her so bemessen sein, dass es einem Teil der Länge des Trockenzylinders 3 entspricht. Dies ist durch die gestrichelten Linien angedeutet. So können mehrere in von einem Menschen von Hand tragbare Einzelteile (wie einzelne Blöcke oder Riegel an Haftmittel 8 oder mehrere identische Kartuschen) gegliedert werden, um besser transportier- oder handhabbar zu sein. Die Einzelteile werden dann in der Trockenvorrichtung in Längsrichtung des Trockenzylinders 3, also entlang dessen Längsachse 9 hintereinander in die Mittel zur Speicherung oder Bevorratung des Haftmittels eingeschoben.
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Ist das Haftmittel 8 an sich selbst nicht als Stückgut ausgeführt, sondern muss es in einem Transportbehälter, wie einer Hülle gespeichert werden, so kann es in pastöser oder flüssiger Form in der Kartusche 10 gespeichert sein. Die Kartusche kann als formgebende Einmalverpackung, z.B. nach Art eines an seinen beiden Enden geschlossenen Schlauchs oder als wiederverwendbare, z.B. zum Trockenzylinder 3 hin offenes Gefäß ausgebildet sein, um das Haftmittel 8 aufzunehmen.
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Durch die Erfindung werden die eingangs genannten Vorteile besonders gut erfüllt.
