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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalandrieren einer unbeschichteten
Pappebahn, die zur Herstellung von Pappesorten, die unter den Handelsbezeichnungen
White Lined Chipboard (WLC) und Folding Box Board (FBB) bekannt
sind, verwendet wird.
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Ein
Yankee-Selbstabnahmezylinder wird üblicherweise zur Herstellung
von ausreichend steifen Pappesorten verwendet, die für Verpackungen
geeignet sind, zum Beispiel für
Keks-/Plätzchenverpackungen,
Kosmetikverpackungen usw., von denen eine Seite zusätzlich gute
Oberflächeneigenschaften benötigt. Nach
der Behandlung mit dem Yankee-Selbstabnahmezylinder wird die Pappeoberfläche, die
gegen den Yankee-Selbstabnahmezylinder lag, einer Oberflächenbehandlung
unterzogen. Falls erforderlich, wird die Pappebahn nach der Oberflächenbehandlung
ferner einer Endkalandrierung unterzogen. Die Bahn, die mit einem
Yankee-Selbstabnahmezylinder behandelt wurde, verfügt über gute Oberflächeneigenschaften,
gutes Volumen und Steifigkeit und geringe Schrumpfung an den Kanten.
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Die
wichtigsten Qualitätseigenschaften
von mit einem Yankee-Selbstabnahmezylinder hergestellter Pappe vor
der Beschichtung sind in einem Bereich von: Volumen 1,4 – 1,6 dm3/kg, Bendtsen-Rauhigkeit 50 – 250 ml/min
und PPS-s10-Rauhigkeit 3,5 – 7,5 μm.
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Ein
Problem bei der Verwendung eines Yankee-Selbstabnahmezylinders sind seine Laufeigenschaften.
Der Yankee-Selbstabnahmezylinder kann nur in einem relativ engen
Betriebsfenster betrieben werden. Die Bahn muss ausreichend feucht
sein, wenn sie an dem Yankee-Selbstabnahmezylinder
ankommt, damit sie durch die Anhaftungswirkung ordnungsgemäß an der
heißen
und weichen äußeren Oberfläche des
Mantels des Yankee-Selbstabnahmezylinders
anhaftet. Andererseits darf die Bahn nicht zu feucht sein, wenn
sie an dem Yankee-Selbstabnahmezylinder
ankommt, damit sie Zeit hat, um auf dem Yankee-Selbstabnahmezylinder
ausreichend zu trocknen. Wenn die Bahn keine Zeit hat, auf der Oberfläche des
Yankee-Selbstabnahmezylinders ausreichend zu trocknen, kann sie
an dem Austrittsende des Zylinders nicht von der Zylinderoberfläche abgenommen
werden. Die Trennung der Bahn von der heißen äußeren Oberfläche des
Yankee-Selbstabnahmezylinders erfolgt mittels eines Schabers. Die
oben erwähnten
Probleme mit den Laufeigenschaften haben die Laufgeschwindigkeit des
Yankee-Selbstabnahmezylinders mit Pappesorten dieser Art auf einen
Bereich von unter 600 m/min herum beschränkt. Üblicherweise liegen die Laufgeschwindigkeiten
des Yankee-Selbstabnahmezylinders in einem Be reich von ungefähr 200 – 400 m/min. Außerdem muss
der Mantel des Yankee-Selbstabnahmezylinders, dessen Durchmesser
7 m groß sein kann,
strengen Anforderungen hinsichtlich Verformung, thermischer Leitfähigkeit,
Verschleiß und
Korrosion genügen,
mit dem Ergebnis, dass der Yankee-Selbstabnahmezylinder relativ
teuer sein wird. Zusätzlich
wird normalerweise eine Pralleinrichtung in Verbindung mit dem Yankee-Selbstabnahmezylinder
verwendet.
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Die
oben erwähnten
Pappesorten können auch
ohne einen Yankee-Selbstabnahmezylinder hergestellt werden, wobei
die Bahn mittels eines Nassständerkalanders
mit den gewünschten
Oberflächeneigenschaften
versehen werden kann. Der Nassständerkalander
wird durch einen Mehrfachwalzenspalt-Hartwalzenspalt-Kalander gebildet,
der Kalandrierprozess unterscheidet sich jedoch völlig von gewöhnlichem
Hartwalzenspalt-Kalandrieren. Der Nassständerkalander macht Gebrauch
von Feuchtigkeitsgradienten. Die Bahn wird vor dem Nassständerkalander
derart getrocknet, dass ihr Feuchtigkeitsgehalt nur ungefähr 1 – 2 % beträgt. Auf
dem Nassständerkalander
werden in Verbindung mit 1 – 3 Walzen
Wasserbehälter
verwendet, um einen Wasserfilm auf der äußeren Oberfläche des
Walzenmantels vor einem Walzenspalt zu bilden. Dieser Wasserfilm
wird auf die Oberfläche
der Bahn in den Walzenspalt gepresst. Die relativ dicke Bahn wird
nur von der Oberfläche
hiervon aus befeuchtet, wobei die Bahn durch die gleichzeitige Druckwirkung
verglichen mit dem übertrockneten
Inneren der Bahn mehr auf der Oberfläche kalandriert wird. Diese Art
von Kalandrieren ergibt ein gutes Verhältnis von Glätte zu Volumen,
d.h. eine gute Glätte
wird erreicht, ohne jedoch zu viel Volumen zu verlieren. Oberflächenbehandlung
und möglicherweise
Endkalandrieren der Bahn werden nach dem Nassständerkalandrieren ausgeführt.
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Die
Probleme mit den Laufeingenschaften sind auch mit dem Nassständerkalandrieren
verbunden. Wenn die Druckverteilung in den Walzenspalten, die mit
Wasserbehältern
versehen sind, nicht ausreichend gleichmäßig ist, kann Wasser durch
den Walzenspalt treten, wobei ein Wassersack unter der Bahn gebildet
wird. Dies verursacht Bahnrisse an dem nächsten Walzenspalt. Da das
Volumen ein kritischer Faktor bei Pappesorten ist, muss es möglich sein,
den Kalander mit einem für
jede Pappesorte notwendigen optimalen Walzenspaltdruck zu betätigen, wobei
dieser Druck in dem gesamten Bereich des Walzenspaltes unter Verwendung
von Wasserbehältern
ausreichend gleichmäßig ist.
Der Nassständerkalander
ist derart konstruiert, dass die Anzahl von Walzen darin variiert
werden kann und ablenkungsausgleichende Walzen derart angeordnet sind,
dass ein ausreichend gleichmäßiger Walzenspaltdruck
in den Walzenspalten erreicht wird, die mit Wasserbehälter versehen
sind. In dem Nassständerkalander
werden auf der Bahn auch leicht Falten gebildet, insbesondere auf
einer Bahn, die über
ein niedriges Flächengewicht
verfügt.
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Das
US-Patent 5,938,895 des Anmelders offenbart einen Nassständerkalander
mit einem Wasserbehälter,
der in Verbindung mit einem Profilwalzenspalt positioniert ist,
der durch eine ablenkungsausgleichende Walze gebildet wird, die
in der Mitte des Kalanders platziert ist. Das US-Patent 5,522,312 offenbart
einen Nassständerkalander,
in dem eine Dosiereinrichtung im Zusammenhang mit einem Wasserbehälter zur
Kontrolle der Dicke und Gleichmäßigkeit
eines Wasserfilms verwendet wird, der in einer Kalanderwalze angewendet
wird. Das Wasser wird von der Kalanderwalze zu der Bahn in einem Walzenspalt
weitergeleitet. Das US-Patent 5,607,553 offenbart einen Nassständerkalander,
in dem die Wasserbehälter
durch Wassersprüheinrichtungen zum
Sprühen
von Wasser in der Form von Tröpfchen auf
eine Gegenlaufwalze des Kalanders ersetzt worden sind. Das Wasser
wird von der Gegenlaufwalze an die Bahn in einem Walzenspalt weitergeleitet.
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WO
99/67462 offenbart ein Verfahren zum Kalandrieren von Papier oder
Pappe bei der Herstellung von beschichteten Papier- oder Pappesorten
in zwei Schritten. In dem ersten Schritt, d.h. der Vorkalandrierstufe,
wird die unbeschichtete Bahn mit einem Gleitschuh-Kalander kalandriert,
der eine Gleitschuhlänge
von mindestens 50 mm hat, wonach die Bahn beschichtet wird. In der
zweiten Stufe wird die beschichtete Bahn mit einem Kalander kalandriert, der
eine Walzenspaltlänge
von höchstens
50 mm hat. Der maximale Druck in dem Vorkalandrier-Walzenspalt wird
bei 0 bis 15 MPa gehalten, vorzugsweise bei 4 bis 12 MPa. Die Bahn
wird bei einer Feuchtigkeit und Temperatur vorkalandriert, wo zumindest die
Glasübergangstemperatur
des Werk stoffs erreicht wird, der den Oberflächenteil der Bahn bildet. Die
Bahn kann vorbehandelt werden, beispielsweise durch Dampfbehandlung
und/oder Befeuchtung mit Wasser oder eine Kombination von Vorbefeuchtung und
der Verwendung einer beheizten Gegenwalze in dem Gleitschuh-Kalander
kann verwendet werden, um die Glasübergangstemperatur zu erreichen.
Die Verweilzeit der Bahn in dem Kalander beträgt 3 bis 40 ms.
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WO
96/26809 offenbart eine beschichtete Pappe für geformte Artikel, beispielsweise
Flüssigkeitsverpackungspappe
oder weiße
Deckschicht. Die Pappe besteht aus einem Fasergrundgerüst in einer, zwei
oder mehr Schichten und einer Beschichtung und hat einen angemessenen
Oberflächenglanz
für jeden
speziellen Typ von geformten Artikeln. Die Pappe ist erst kalandriert
worden, nachdem sie mit einem beheizten Kalander mit einem weichen,
erweiterten Walzenspalt beschichtet wurde. Die Patentschrift führt auf,
dass die Kalandertemperatur üblicherweise
im Bereich von 140 – 250 °C liegt,
es sind jedoch auch höhere
Temperaturen möglich.
Die Länge
des Walzenspalts in dem sogenannten Supersoft-Kalander, der für die Kalandrierung
der beschichteten Bahn verwendet werden kann, soll 40 bis 60 mm
betragen. Obwohl der Hauptgedanke in diesem Dokument ist, nur die
beschichtete Bahn zu kalandrieren, d.h. nicht die unbeschichtete
Bahn, wird ausgeführt,
dass es auch möglich
ist, zusätzlich
zu der Kalandrierung der beschichteten Bahn auch die unbeschichtete
Bahn zu kalandrieren.
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WO
00/03087 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von oberflächenbehandeltem
Druckpapier. Die Bahn wird zuerst in der Trockenpartie üblicherweise
auf eine Feuchtigkeit von 2 bis 4 % heruntergetrocknet und dann
vor der Oberflächenbehandlung,
d.h. dem Kalandrieren in einem Mehrfachwalzenspalt-Kalander, wieder
befeuchtet, üblicherweise auf
eine Feuchtigkeit von 8 bis 12 %. Die Befeuchtungseinrichtung wird
vor dem Kalander angeordnet, so dass die Absorptionszeit des Wassers
0,2 bis 2,0 s beträgt,
bevor die Bahn den Kalander erreicht. Die Wassermenge, die in dem
Verfahren verwendet wird, beträgt
0,1 bis 10 g/m2 und die Tröpfchengröße in dem
Sprühbefeuchter
beträgt
10 bis 100 μ.
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US 5,836,242 offenbart ein
Kalandriersystem in einem Prozess für Papier- oder Pappeherstellung.
Das System umfasst mindestens einen Pressspalt und einen endlosen
Kalanderriemen, der eine Hülse
und einen zusammendrückbaren
elastischen Werkstoff umfasst, der mit der Hülse verbunden ist. Der Riemen
umfasst mindestens zwei Schichten, die über unterschiedliche Härten verfügen. Die
Bahnseite hat eine erste Härte
im Bereich von 75 bis 91 Shore A und die Schicht auf der Seite der
Presse hat eine zweite höhere
Härte.
Der Durchschnittdruck, der in diesem Kalander verwendet wird, ist
höher als
4 MPa.
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Wegen
der oben erwähnten
Einschränkungen
wäre es
im Falle der oben erwähnten
Pappesorten wünschenswert,
den Yankee-Selbstabnahmezylinder und den Nassständerkalander durch eine neue,
verbesserte Einrichtung zu ersetzen. Versuche mit dem Kalander mit
langem Walzenspalt als eine neue Einrichtung wurden ausgeführt, welcher
an sich bekannt ist, aber bis jetzt waren die Ergebnisse nicht gut
genug.
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Mit
einem Kalander mit langem Walzenspalt ist ein Kalander gemeint,
bei dem ein Walzenspalt zwischen einer heizbaren Stahlwalze und
einem Riemen gebildet wird. Bei dem Kalander mit langem Walzenspalt
kann der Walzenspaltdruck in der Querrichtung (CD) der Maschine
einstellbar sein, wodurch es zum Beispiel möglich ist, das Endmaß des Papiers
zu profilieren. Der Kalander mit langem Walzenspalt kann aus einem
Riemenkalander gebildet werden, in welchem ein Riemen von zusätzlichen
Walzen geleitet um eine der Walzen mit Walzenspalt geführt wird, d.h.
die Walze arbeitet als Gegenwalze für eine Thermowalze. Dadurch
wird ein langer Walzenspalt zwischen einer Thermowalze und der anderen
Walze mit Walzenspalt, die den Riemen beaufschlagt, gebildet. Der
gebräuchlichste
Kalander mit langem Walzenspalt ist ein Gleitschuh-Kalander, in
dem ein Riemen angeordnet ist, der um ein feststehendes Tragwerk herum
läuft und
in welchem der Riemen gegen eine Thermowalze durch einen Beanspruchungsgleitschuh
beaufschlagt wird, der innerhalb der Schleife des Riemens angeordnet
ist und auf dem Tragwerk getragen wird. Der lange Walzenspalt wird
in dem Gleitschuh-Kalander zwischen der Thermowalze und dem Gleitschuh,
der den Riemen beaufschlagt, gebildet. Somit wird die Länge des
Walzenspaltes durch den Beanspruchungsgleitschuh des Gleitschuh-Kalanders
bestimmt. Das Verfahren gemäß der Erfindung
ist in erster Linie für
die Verwendung in Verbindung mit dem oben erwähnten Gleitschuh-Kalander geeignet.
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Bei
Gleitschuh-Kalandern, die nach dem Stand der Technik verwendet werden,
liegt die Länge des
Walzenspaltes üblicherweise
in einem Bereich von 50 – 70
mm, d.h. die Verweilzeit der Bahn in dem Walzenspalt ist wesentlich
geringer als 10 ms. Die Oberflächentemperatur
der Thermowalze, die als die Gegenwalze zu der Gleitschuhwalze dient,
liegt in einem Bereich von 80 – 200 °C, und der
maximale Walzenspaltdruck liegt in einem Bereich von 5 – 10 MPa. Die
Härte des
Kalanderriemens des Gleitschuh-Kalanders liegt in einem Bereich
von 80 – 100
ShA. Längere
Walzenspalte von ungefähr
270 mm sind in Pressen, die auf der Gleitschuhwalze basieren, verwendet
worden.
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In
dem Verfahren gemäß der Erfindung
sind völlig
unerwartet gute Kalandrierergebnisse durch das Kalandrieren der
Bahn mit einem Gleitschuh-Kalander in einem Parameterbereich erzielt
worden, der entgegengesetzt zu der derzeit vorherrschenden Meinung
eines Fachmannes ist.
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Die
Merkmale des Verfahrens gemäß der Erfindung
werden in Anspruch 1 dargelegt.
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In
Versuchen, die an einem Gleitschuh-Kalander ausgeführt wurden,
wurde unerwartet herausgefunden, dass durch Betreiben des Gleitschuh-Kalanders
mit Parame terwerten, die sich beträchtlich von den Parameterwerten
unterscheiden, die bis jetzt bekannt sind, insbesondere mit den
oben erwähnten Pappesorten
ein gutes Kalandrierergebnis erreicht wurde. Gemäß der Erfindung wird in dem
Gleitschuh-Kalander ein Walzenspalt verwendet, der beachtlich lang
ist, so dass eine Walzenspaltverweilzeit von über 10 ms, vorzugsweise von über 20 ms,
erreicht wird. Zusätzlich
werden in der Thermowalze ein sehr niedriger Walzenspaltdruck von
unter 3 MPa, vorzugsweise unter 1 MPa, und eine hohe Oberflächentemperatur
von über
200 °C,
vorzugsweise über
250 °C,
verwendet. Die Oberfläche
der Bahn, die gegen die Thermowalze gepresst wird, wird vor dem
Gleitschuh-Kalander einer Befeuchtung durch Wasser durch Sprühen von
zerstäubtem
Wasser auf die Bahnoberfläche
in einer Menge of 1 – 20 g/m2 unterzogen, so dass die Aktionszeit des
Wassers vor dem Walzenspalt ungefähr 0,1 – 2 s beträgt.
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In
dem Verfahren gemäß der Erfindung
wird auf der Gleitschuhwalze ein Kalanderriemen verwendet, der eine
Härte von
unter 100 ShA, vorzugsweise unter 80 ShA, aufweist.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figur in der Anlage beschrieben,
nach den Einzelheiten darin ist es nicht vorgesehen, dass die Erfindung
ausschließlich
darauf beschränkt
ist.
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Die
Figur zeigt schematisch einen Gleitschuh-Kalander, an dem das Verfahren
gemäß der Erfindung
angewendet werden kann. Der Gleitschuh-Kalander umfast hier eine
Gleitschuhwalze 10 und eine heizbare Gegenwalze 20,
d.h. eine Thermowalze. Die Gleitschuhwalze 10 wird durch
ein feststehendes Tragwerk 11 und einen Riemenmantel 12 gebildet,
der darum rotiert. Der Riemenmantel 12 wird gegen die Thermowalze 20 durch
einen Belastungsgleitschuh 13 beaufschlagt, der innerhalb
des Riemenmantels 12 vorgesehen ist und auf dem Tragwerk 11 durch
zwei Reihen von Antrieben 14a, 14b getragen wird,
die in regelmäßigen Abständen voneinander
in der Maschinenrichtung angeordnet sind. Die Antriebe 14a, 14b werden
zweckmäßigerweise durch
eine Zylinderkolbenkonstruktion gebildet. Der Belastungsgleitschuh 13 umfasst
Schmiermittelzufuhrleitungen 15, durch die ein Schmiermittel
in eine Schmiermitteltasche 16 zwischen dem Riemenmantel 12 und
der stirnseitigen Oberfläche
des Belastungsgleitschuhs 13 eingespeist werden kann, wobei es
von dieser Tasche einen Schmiermittelfilm zwischen dem Belastungsgleitschuh 13 und
dem Riemenmantel 12 bildet. Ein langer Walzenspalt N wird zwischen
dem Riemenmantel 12, der durch den Belastungsgleitschuh 13 geformt
ist, und der äußeren Oberfläche des
Mantels der Thermowalze 20 gebildet.
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Eine
Bahn W wird in den Kalander mit langem Walzenspalt von der Richtung
aus eingeführt, die
durch den Pfeil S aufgezeigt wird. Die Oberfläche der Bahn W, die gegen die
Thermowalze 20 gepresst wird, wird mittels einer Befeuchtungseinrichtung 30 befeuchtet,
be vor die Bahn W in den langen Walzenspalt N geführt wird. Der Feuchtigkeitsgehalt
der Bahn W vor der Befeuchtungseinrichtung 30 kann in einem
Bereich von 1 – 20
% liegen, vorzugsweise in einem Bereich von 1 – 10 %. Die Befeuchtung wird durch
Sprühen
von zerstäubtem
Wasser auf die Oberfläche
der Bahn in einer Menge von 1 – 20
g/m2 durchgeführt. Wasser wird auf die Oberfläche der Bahn
W gesprüht,
so dass seine Aktionszeit vor dem Walzenspalt ungefähr 0, 1 – 2 s ist.
Das Ziel hier ist, dass nur die Oberfläche der Bahn W, die gegen die Thermorolle 20 platziert
wird, befeuchtet wird. Falls erforderlich, können Mittel, die auf der Oberfläche aktiv
sind, auch in das Wasser gemischt werden, das zur Befeuchtung verwendet
wird, um das Wasser zu unterstützen,
in die Oberflächenstruktur
der Bahn einzudringen.
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Die
Länge L
des langen Walzenspaltes N wurde gemäß der Laufgeschwindigkeit für jede einzelne
Zeit ausgewählt,
so dass die Verweilzeit der Bahn W in dem langen Walzenspalt N über 10 ms
beträgt,
vorzugsweise über
20 ms. Beispielsweise soll die Länge
des Walzenspaltes bei einer Laufgeschwindigkeit von 1500 m/min ungefähr 500 mm
betragen, um eine Verweilzeit von 20 ms zu erreichen.
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Der
Belastungsgleitschuh 13 wird belastet, so dass die Bahn
W in dem Walzenspalt N einem Kompressionsdruck von unter 3 MPa unterworfen
ist, vorzugsweise einem Kompressionsdruck von unter 1 MPa. Der Kompressionsdruck
hat natürlich
auch eine untere Grenze, der ge wünschte
Kalandriereffekt wird bei Drücken
unter dieser Grenze nicht erreicht. Gemäß der bestehenden Erfahrung
liegt diese untere Grenze bei ungefähr 0,1 MPa.
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Die
Thermowalze 20 wird beheizt, so dass die Temperatur der äußeren Oberfläche ihres
Mantels über
200 °C,
vorzugsweise über
250 °C,
liegt. Die Thermowalze 20 kann durch Zirkulieren eines
Heizmediums in der Thermowalze, das in einer Heizeinrichtung aufgeheizt
wird, die außerhalb
der Thermowalze vorgesehen ist, beheizt werden. Die Thermowalze 20 kann
zusätzlich
beheizt werden, beispielsweise mit einem Induktionsheizapparat 40,
der in Verbindung mit der äußeren Oberfläche des
Mantels der Thermowalze 20 oder innerhalb der Thermowalze
platziert ist. Beispielsweise kann Wasser, Dampf oder Öl als ein
Heizmedium verwendet werden.
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In
den ausgeführten
Versuchen wurde herausgefunden, dass die Bahn, die zur Herstellung
von Pappesorten verwendet wird, die unter den Handelsbezeichnungen
White Lined Chip-board (WLC) und Folding Box Board (FBB) bekannt
sind, mit dem Gleitschuh-Kalander kalandriert werden konnte, der mit
den oben erwähnten
Parameterwerten versehen war, so dass die Qualität des kalandrierten Produktes so
gut oder besser als die Qualität
entsprechender Pappe war, die auf einem Yankee-Selbstabnahmezylinder
hergestellt wurde.
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Die
wichtigsten Qualitätseigenschaften
einer Bahn, die mit dem Verfahren gemäß der Erfindung vor dem Be schichten
kalandriert wird, liegen somit mindestens in dem folgenden Bereich:
Volumen 1,4 – 1,6
dm3/kg, Bendtsen-Rauhigkeit 50 – 250 ml/min und
PPS-s10-Rauhigkeit
3,5 – 7,5 μm.
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Die
Verwendung eines Yankee-Selbstabnahmezylinder und als Alternative
dazu eines Ständerkalanders
kann durch das Verfahren gemäß der Erfindung
bei der Herstellung dr Pappesorten WLC und FBB des oben erwähnten Typs
ersetzt werden. Demzufolge kann die Effizienz der Pappeherstellung
beträchtlich
gesteigert werden. Die Laufgeschwindigkeit eines Yankee-Selbstabnahmezylinders
liegt in einem Bereich von weniger als ungefähr 600 m/min und andere Probleme
mit den Laufeigenschaften sind mit einem Nassständerkalander verbunden. Demgegenüber können wesentlich
höhere
Laufgeschwindigkeiten durch den Gleitschuh-Kalander gemäß der Erfindung
erreicht werden und seine Laufeigenschaften sind gut. Das Verfahren
gemäß der Erfindung
kann auf einen Gleitschuh-Kalander angewendet werden, so dass selbst
Laufgeschwindigkeiten von über
2000 m/min erreicht werden. Der Gleitschuh-Kalander legt an sich
keine Begrenzungen in technischer Hinsicht an die Kalandriergeschwindigkeit
fest.
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Die
Ansprüche
werden im Folgenden dargelegt und die Einzelheiten der Erfindung
können
sich innerhalb der erfinderischen Idee, die durch die Ansprüche definiert
ist, von der obigen Offenlegung unterscheiden, die nur als Beispiel
angeführt
ist.