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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum
schrumpfungsbehinderten Trocknen einer Papierbahn, die sich der Reihe nach
durch ein nasses Ende und ein trockenes Ende einer
Trockenpartie einer Papiermaschine erstreckt, wobei das Verfahren
die im Oberbegriff des Patentanspruchs definierten Schritte
aufweist.
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Ein solches Verfahren wurde in dem Artikel mit der
Überschrift "Fortschritte im Trockenpartie-Laufwirkungsgrad",
Seiten 65 bis 69 im TAPPI Journal, Band 70, Nr. 9, September
1987, Norcross, CA, USA, angegeben.
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Das gleiche Verfahren wurde auch in jeder der EP-A-0345266
und EP-A-0345291, die beide am 13.12.1989 veröffentlicht
wurden, angegeben.
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Der oben genannte Artikel gibt an, daß ein hoher Unterdruck
von 1 kPa durch die Saugüberführungswalze erzeugt wird, um
die Bahn am Tuch um die Walze herum zu halten, wodurch die
Bahn an einer Schrumpfung quer zur Maschinenrichtung
gehindert wird. Eine einreihige Trockenpartie der Art, wie sie in
dem oben erwähnten Artikel geoffenbart ist, wurde am nassen
Ende der Trockenpartie verwendet. Der oben genannte Artikel
schlägt vor, das Einreihenkonzept auf die gesamte
Trockenpartie auszudehnen. Die Schrumpfung der Bahn ist jedoch sehr
gering, während sie von 40 auf 60 % Trockenheit getrocknet
wird. Wenn die Bahn einmal 60 % Trockenheit erreicht hat,
nimmt die Schrumpfung zu und setzt sich in einem hohen Maße
fort, bis die Bahn im wesentlichen Trocken ist.
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Die US-A-3868780 offenbart eine Trockenpartie, bei der es
lange Filzzüge zwischen benachbarten Leitwalzen gibt, so daß
ein Schrumpfen quer zur Maschinenrichtung gestattet ist. Die
Leitwalzen können einen durchlöcherten Mantel haben, so daß
sie als Querstromtrockner wirken können, wenn ein Unterdruck
innerhalb der Schleife des Filzes erzeugt wird, der
abwechselnd um Trockenzylinder und Leitwalzen herum geführt wird.
Da lange Spannen des Filzes von der Bahn nicht bedeckt sind,
wird Luft durch solche unbedeckten Filzspannen
hindurchgesaugt, wodurch das Niveau des auf die Bahn wirkenden
Unterdrucks erheblich verringert wird. Infolgedessen ist der
Unterdruck unzureichend, um eine Schrumpfung quer zur
Maschinenrichtung sowohl am nassen Ende als auch am trockenen Ende
der Trockenpartie zu unterbinden.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die Bahn gezielt am
Schrumpfen quer zur Maschinenrichtung während des Trocknens
der Bahn im trockenen Ende der Trockenpartie zu hindern.
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Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch erfüllt, daß ein
Unterdruckniveau von 1,49 bis 1,99 kPa (6 bis 8 Zoll WS) in
der Saugwalze angelegt wird, so daß, ein Schrumpfen der Bahn
quer zur Maschinenrichtung während des Trocknens der Bahn im
trockenen Ende der Trockenpartie unterbunden wird.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein Schrumpfen
quer zur Maschinenrichtung nicht nur während des Laufs der
Bahn um den Trockner herum, sondern auch um die
Saugleitwalze herum unterbunden wird. Außerdem führt die Tatsache, daß
die Saugleitwalze einen wesentlich kleineren Durchmesser als
der Trockner hat, zu einem gemeinsamen Lauf der Bahn und des
Filzes zwischen den Trocknern und den Leitwalzen, der
minimal ist, so daß die Bahn am Schrumpfen quer zur
Maschinenrichtung nahezu auf ihrem gesamten Lauf durch die
Trockenpartie hindurch gehindert ist.
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Durch die vorgenannte Schrumpfungsbehinderung der Bahn
verringert das Kanteneinrollen und -runzeln und die Körnigkeit
der resultierenden Bahn an ihren Kanten. Außerdem wird durch
die Bereitstellung einer solchen Schrumpfungsbehinderung der
Bahn die Stauöffnung im Stoffauflauf in die Lage versetzt,
gleichmäßiger zu sein, und das Faserorientierungsprofil in
der Querrichtung wird verbessert.
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Genauer ausgedrückt wurden verschiedene Labor- und
Fabrikuntersuchungen durchgeführt, um die ungleichmäßige
quergerichtete Bahnschrumpfung zu quantifizieren, die bei
herkömmlichen Trocknungsverfahren auftritt. Die vorgenannte
ungleichmäßige Schrumpfung ist verantwortlich für
Ungleichmäßigkeiten in den Stoffauflaufstauprofilen, in der
Faserorientierung und in der Bahndehnung und Absorption von Zugenergie.
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Die Zugenergieabsorption, die im folgenden als TEA
bezeichnet wird, wird im "Papierwörterbuch", vierte Ausgabe,
veröffentlicht 1980 als die Energie definiert, die absorbiert
wird, wenn eine Papierprobe bis zum Bruch auf Zug
beansprucht wird. Sie wird in Energieeinheiten pro
Flächeneinheit, z.B. kg-cm/cm², ausgedrückt. Sie ist bei der Bewertung
von Verpackungsmaterialien, die einer rauhen Handhabung
ausgesetzt sind, nützlich.
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Die ununterbrochene Schrumpfungsbehinderung bei der
Trocknung wirkt sich direkt auf die Eigenschaften der
fertigen
Bahn aus, indem sie die Querdehnung und die TEA-Profile
steuert. Zusätzlich verringert eine solche verminderte
Schrumpfung die Runzeln und Körnigkeit der Bahnkanten.
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In dem vorgenannten Wörterbuch sind Runzeln als "welliger
Zustand der Bahn infolge von ungleichmäßigem Trocknen und
Schrumpfen; er tritt gewöhnlich bei Papier auf, das eine
sehr geringe Schrumpfungsbehinderung während des Trocknens
hatte", definiert.
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Des weiteren wird Körnigkeit in dem vorgenannten Wörterbuch
definiert als kleine Unterschiede im Oberflächenbild eines
Papiers oder Kartons, die verschiedene Ursachen haben
können, wie z.B. die Abdrücke von Sieben oder Filzen,
unregelmäßige Verteilung von Farbe und ungleiches Schrumpfen beim
Trocknen.
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Durch das Hindern der Bahn am Schrumpfen in der Querrichtung
kann auch die Öffnung der Staulippe des Stoffauflaufs
gleichmäßiger gehalten werden, und es wird ein verbessertes
Faserorientierungsprofil in der Querrichtung erhalten, wie
im folgenden näher angegeben ist.
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Das Verfahren nach der Erfindung ergibt einen Bahnübergang
zwischen Trocknern, mit fester Unterstützung und
Schrumpfbehinderung der Bahn mittels Tuchdruck und Walzenunterdruck.
Durch die Kombination der vorgenannten Maßnahmen wurden das
Einfädeln der Bahn, der Maschinenlaufwirkungsgrad und die
Bahneigenschaften verbessert.
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Bei einer herkömmlichen Trockenpartie wird das nasse Papier
durch den periodischen Kontakt mit dampfbeheizten Trocknern
aus Gußeisen getrocknet. Der Wärmekontakt zwischen dem
Papier und dem Trockner wird durch die gespannten
Trockentücher aufrechterhalten, die einen Druck auf das Papier
ausüben, während es den Trockner umschlingt.
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Der vorgenannte Tuchdruck verbessert nicht nur den
Trocknungskontakt, sondern er auferlegt dem Papier auch
einen Zwang, um das Auftreten von Schrumpfung zu verhindern.
Eine solche Schrumpfungsbehinderung wird jedoch immer wieder
aufgegeben, wenn die Bahn durch die freien Züge zwischen
herkömmlichen Trockenzylindern läuft, wie oben beschrieben
wurde.
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Durch den Tuchdruck wird weiterhin etwas
Schrumpfungsbehinderung in der Maschinenrichtung durch die Aufrechterhaltung
eines Zuges in der Maschinenrichtung erhalten, aber in
Richtung quer zur Maschine ist das Papier praktisch unbehindert.
Das Papier schrumpft frei in der Querrichtung besonders an
den Kanten und etwas weniger in der Nähe der Bahnmitte, wo
die Bahn durch die äußeren Teile zumindest teilweise am
Schrumpfen gehindert wird.
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Eine solche ungleichmäßige Schrumpfung quer zur Maschine
führt zu ungleichmäßigen Bahneigenschaften in der
Querrichtung, wie Dehnung, TEA und Zugfestigkeit.
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Die Dehnung wird in dem oben genannten Wörterbuch definiert
als "die Verlängerung, die der Bruchstelle bei einer
Zugfestigkeitsmessung entspricht; sie wird üblicherweise in
Prozent von der ursprünglichen Länge angegeben".
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Die starke Schrumpfung an den Kanten in der Querrichtung
erhöht auch die Anfälligkeit der Bahn für Kantenrunzeln,
-einrollen und Körnigkeit.
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In dem oben genannten Wörterbuch wird Einrollen definiert
als "die Krümmung, die sich ergibt, wenn eine Seite eines
Papiermusters naß gemacht wird; es wurde formal als ein Maß
des Leimungsgrades verwendet".
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Das Fehlen einer Schrumpfungsbehinderung erhöht auch die
Feuchtdehnbarkeit und kann sich auch nachteilig auf die
Faserorientierung auswirken. Die Feuchtdehnbarkeit wird in dem
"Papierwörterbuch" definiert als "die Anderung in der Größe
des Papiers, die aus einer Änderung in der relativen Feuchte
der Umgebung resultiert; sie wird gewöhnlich in Prozent
angegeben und ist üblicherweise einige Male höher für die
Querrichtung als für die Maschinenrichtung. Diese
Eigenschaft ist von großer Bedeutung bei solchen Anwendungen, bei
denen die Abmessungen von Papierbögen und -karten oder
Baukarton (Wandkarton, Akustikziegel usw.) kritisch sind".
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Bei verschiedenen Fabrikversuchen war die erste Phase einer
solchen Studie auf das Quantifizieren der Ungleichmäßigkeit
auf handelsüblichen Papiermaschinen gerichtet, und dann
wurde die Auswirkung, welche die ungleichmäßige Schrumpfung auf
die Funktion der Maschine und auf die Eigenschaften der
fertigen Bahn hat, ermittelt.
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Die Bahnschrumpfung in der Querrichtung wurde durch das
Dosieren feiner Tintentropfen auf den Papierstoff, als er aus
der Staulippe des Stoffauflaufs ausgestoßen wurde, erhitzt.
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Der Abstand zwischen der Markierung am nassen Ende wurde
dann mit den Abständen am trockenen Ende verglichen, um das
Schrumpfungsprofil in Querrichtung zu bestimmen.
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Im folgenden werden die Ergebnisse für eine
Feinpapiermaschine diskutiert. Die Schrumpfung stellte sich als stark
ungleichmäßig heraus und war tatsächlich fast parabolisch.
Wie erwartet trat die größte Schrumpfung an den Kanten auf,
wo die Bahn die geringste Schrumpfungsbehinderung in
Querrichtung hat, und am niedrigsten war die Bahnschrumpfung in
der Nähe der Mitte, wo das Papier durch die äußeren Teile
zumindest teilweise am Schrumpfen gehindert wurde.
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Ein quergerichtetes Papiermuster wurde dann im Labor
untersucht, um die Abweichungen in den Bahneigenschaften
festzustellen, und diese Ergebnisse werden im folgenden genauer
diskutiert. Diese Ergebnisse zeigen, daß die
Maschinenrichtungsdehnung in der Querrichtung sehr gleichmäßig ist, weil
sie durch die Züge in der Maschinenrichtung gesteuert wird.
Die Querrichtungsdehnung ist jedoch sehr ungleichmäßig, die
eine direkte Spiegelung der Schrumpfung in Querrichtung zu
sein scheint. Anders ausgedrückt tritt die größte Dehnung an
den Kanten auf, wo die Bahn die stärkste Schrumpfung
durchgemacht hat.
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Es wurden auch die Zugfestigkeitsprofile in der
Maschinenrichtung und in der Querrichtung am gleichen Muster
gemessen.
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Die Zugfestigkeit wird in dem oben erwähnten Wörterbuch
definiert als "die maximale Zugkraft, die sich in einer Probe
vor dem Bruch unter vorgeschriebenen Bedingungen ergibt; sie
wird üblicherweise ausgedrückt als Kraft pro Breiteneinheit
der Probe".
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Wie im folgenden beschrieben war die Zugfestigkeit in der
Maschinenrichtung ziemlich gleichmäßig, denn sie wird wieder
zum Teil von dem Maschinenrichtungszug beeinflußt, der sich
in der Querrichtung nicht verändert. Das
Zugfestigkeitsprofil in der Querrichtung ist jedoch ungleichmäßig und hat
eine leichte hyperbolische Form. Die niedrigste Zugfestigkeit
findet sich in der Nähe der Bahnkanten, weil dort wieder die
Schrumpfung in der Querrichtung am größten war.
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Aus den vorgenannten Versuchen ist auch ersichtlich, daß
eine Erhöhung der Schrumpfungsbehinderung in der Querrichtung,
wie sie in der Nähe der Mitte der Maschine festgestellt
wurde, eine Dehnungsverringerung mit einer entsprechenden
Erhöhung der Zugfestigkeit hervorruft. Da sich die
Querrichtungs-Zugfestigkeit in der Querrichtung ändert, während die
Maschinenrichtungszugfestigkeit ziemlich gleichmäßig bleibt,
ändert sich auch das Zugfestigkeitsverhältnis, wobei das
größte Verhältnis an den Kanten auftritt.
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Das Zugfestigkeitsverhältnis ist das Verhältnis der
Zugfestigkeit in der Querrichtung zu der Zugfestigkeit in der
Maschinenrichtung und wird im folgenden näher beschrieben.
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Auch die TEA-Profile wurden an dem Muster gemessen. Das
Querrichtungsprofil reflektierte die Ungleichmäßigkeit der
Querrichtungsdehnung. Das TEA-Profil weist aber eine nicht
ganz so große Anderung wie die Querrichtungsdehnung auf,
weil der Verlust der Dehnung in der Nähe der Maschinenmitte
stark durch die Zunahme der Zugfestigkeit ausgeglichen wird.
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Die erhöhte Schrumpfung, die in der Nähe der Kanten
auftritt, wirkt sich auch nachteilig auf die Funktion des
Stoffauflaufs aus. Um ein ausgeglichenes Flächenmassenprofil
an der Rolle zu erzeugen, muß die Stauöffnung in der Nähe
der Kanten heruntergefahren werden. Dieses Herunterfahren in
der Nähe der Kanten der Stauöffnung verringert die
Flächenmasse an den Kanten als Ausgleich für die höhere
Schrumpfung, die in der Nähe der Kanten auftritt. Eine solche
Verringerung der Flächenmasse bewirkt, daß das Papier durch die
vorderen Trocknerpartien mit leichten Kanten hindurchgeht,
die schließlich schwerer werden, wenn die Kanten schrumpfen.
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Flächenmasse wird in dem oben genannten Wörterbuch definiert
als "das in Pfunden angegebene Gewicht eines Rieses, das auf
eine bestimmte Grundgröße zugeschnitten ist. Die Anzahl der
Bogen in einem Ries beträgt üblicherweise 500." Es ist
bekannt, daß die oben erwähnte ungleichmäßige Stauöffnung eine
Verzerrung der Faserorientierung durch induzieren von
Querströmungen hervorruft.
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Die Faserorientierung wurde an dem vorgenannten Muster durch
Messen des Schallmodulprofils festgestellt, wie unten näher
beschrieben wird. Die Faserorientierung wird als Winkel der
Hauptachse der Modulhülle von der Maschinenrichtung
angegeben. Ein positiver Winkel zeigt an, daß die Fasern in
Richtung der Rückseite der Bahn ausgerichtet sind, und ein
negativer Winkel zeigt an, daß die Fasern in Richtung der
Vorderseite ausgerichtet sind.
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Wie erwartet sind alle Fasern auf die Maschinenmittellinie
ausgerichtet, weil die Stauöffnung in der Nähe der Kante
heruntergefahren ist, um die Kantenschrumpfung
auszugleichen.
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Die vorgenannten Vorteile, die durch das schrumpfbehinderte
Trocknen der Bahn erhalten werden. reflektieren sich in
beträchtlichen wirtschaftlichen Vorteilen gegenüber Bahnen,
die auf nicht schrumpfbehinderten Trockenpartien erzeugt
werden.
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Ein Unterdruckniveau von 1,49 bis 1,99 kPa (6 bis 8 Zoll
Wassersäule) in den Saugwalzen ist im wesentlichen gleich
dem Zwang, der von dem Trockentuch aufgebracht wird. Ein
solches Unterdruckniveau ist auch das Niveau, das für eine
gezielte Bahn-Schrumpfungsbehinderung erforderlich ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ergibt
sich aus der folgenden genauen Beschreibung in Verbindung
mit den verschiedenen Zeichungsfiguren und Schaubildern, von
denen zeigt:
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Fig. 1 eine Seitenansicht einer typischen vorbekannten
Doppelfilz-Trockenpartie;
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Fig. 2 ein Schaubild, das die prozentuale Schrumpfung von
der Vorder- bis zur Hinterkante der Bahn zeigt;
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Fig. 3 ein Schaubild, das die Bahndehnungsprofile in der
Maschinenrichtung und der Querrichtung der Maschine
vergleicht;
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Fig. 4 ein Schaubild, das die Bahnzugfestigkeitsprofile in
der Maschinenrichtung und der Querrichtung der
Maschine vergleicht;
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Fig. 5 ein Schaubild, das das Profil des
Zugfestigkeitsverhältnisses der Bahn von der Vorder- bis zur
Hinterkante der Bahn zeigt;
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Fig. 6 ein Schaubild, das die Profile der
Zugenergieabsorption der Bahn von der Vorder- bis zur Hinterkante
der Bahn für die Maschinenrichtung und die
Querrichtung der Maschine jeweils zeigt;
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Fig. 7 ein Schaubild, das das Trockengewicht einer Bahn von
ihrer Vorder- bis zu ihrer Hinterkante zeigt;
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Fig. 8 ein Stauprofil eines Stoffauflaufs, wobei das
Öffnungsprofil so geformt ist, daß ein Trockengewicht,
wie es in Fig. 7 gezeigt ist, erhalten wird;
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Fig. 9 ein Schaubild, das ein Profil der
Bahnfaserorientierung von der Vorder- bis zur Hinterkante der Bahn
zeigt;
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Fig. 10 ein Schaubild, das die Schrumpfung in
Maschinenrichtung und in Querrichtung der Maschine und die
Auswirkungen der Bahn-Schrumpfungsbehinderung durch
Unterdruck auf eine solche Bahnschrumpfung
vergleicht;
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Fig. 11 ein ähnliches Schaubild wie das von Fig. 9, wobei
aber die Wirkung der Bahn-Schrumpfungsbehinderung
durch Unterdruck auf Musterdehnung gezeigt ist;
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Fig. 12 ein Schaubild, das die Wirkung der
Bahn-Schrumpfungsbehinderung durch Unterdruck auf die
Musterzugfestigkeit zeigt;
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Fig. 13 ein Schaubild, das die Wirkung der
Bahn-Schrumpfungsbehinderung durch Unterdruck auf die Muster-TEA
zeigt;
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Fig. 14 eine Seitenansicht einer Einfilztrockenpartie oder
Serpentinenlauf- oder Uno-Lauf-Trockenpartie;
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Fig. 15 eine Seitenansicht einer TOTAL BEL RUN einreihigen
Trockenpartie, wie sie in EP-A-0345266 und
EP-A-0345291 beschrieben ist;
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Fig. 16 ein Schaubild, das die Muster-Schrumpfungskennwerte
in der Maschinenrichtung und in der Querrichtung der
Maschine jeweils zeigt;
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Fig. 17 ein Schaubild, das die Wirkung von
Schrumpfungsbehinderung im Vergleich zur Schrumpfung ohne
Behinderung auf die Feuchtdehnbarkeit zeigt;
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Fig. 18 eine mikrofotographische Aufnahme, die die
Oberfläche einer freigetrockneten Bahn zeigt; und
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Fig. 19 eine mikrofotographische Aufnahme, die die
Oberfläche einer mit Schrumpfungsbehinderung getrockneten
Bahn zeigt.
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In den Zeichnungen werden die gleichen Bezugszeichen für
gleiche Teile der verschiedenen Ausführungsbeispiele
verwendet.
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Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer typischen Doppelfilz-
Trockenpartie, die im ganzen mit 10 bezeichnet ist, und
Trockner 11 und 12 einer oberen Reihe aufweist, die im
ganzen mit 13 bezeichnet ist. Die Trockenpartie 10 hat auch
untere Trockner 14 und 15 einer unteren Reihe, die im ganzen
mit 16 bezeichnet ist. Die Bahn W erstreckt sich sinusförmig
an jedem der Trockner 14, 11, 15 und 12 vorbei, so daß sich
abwechselnde Seiten der Bahn getrocknet werden, während sie
mit den jeweiligen Außenflächen 17, 18, 19 und 20 der
Trockner 14, 11, 15 und 12 in Kontakt kommen. Ein oberer Filz 21
erstreckt sich um eine Leitwalze 22 und dann um den Trockner
11 herum. Der obere Filz 21 erstreckt sich dann um eine
weitere Leitwalze 23 und den oberen Trockner 12 herum. Ähnlich
erstreckt sich ein unterer Filz 24, nachdem er sich um den
Trockner 14 herum erstreckt hat, um eine untere Leitwalze 25
um den Trockner 15 herum und dann um eine weitere untere
Leitwalze 26 herum.
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Obwohl diese vorbekannte Trockenpartie eine
Schrumpfungsbehinderung der Bahn während des Laufs um die oberen und
unteren Trockner 11, 12, 14 und 15 herum aufweist, ist die Bahn
ungeschützt und daher unbehindert gegen Schrumpfen während
des Übergangs der Bahn W beispielsweise zwischen den
Trocknern 14 und 11. Eine solche ungestützte Bahn ist auf dem
betreffenden Gebiet als freier Zug 27 bekannt. Da die Bahn W
während ihres Durchlaufs durch die freien Züge 27 ungestützt
ist, tritt eine Schrumpfung der Bahn quer zur
Maschinenrichtung mit dem sie begleitenden Kanteneinrollen, Körnigsein
und Kantenrunzeln auf.
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Das Schaubild von Fig. 2 zeigt die Ergebnisse für eine
Feinpapiermaschine, bei der festgestellt wurde, daß die
Schrumpfung stark ungleichmäßig ist, wobei die Kurve fast
parabolisch ist. Wie erwartet wurde die stärkste Schrumpfung an
den Kanten festgestellt, wo die Bahn die geringste
Schrumpfungsbehinderung in Querrichtung hat, und am niedrigsten war
die Bahnschrumpfung in der Nähe der Mitte, wo das Papier
durch den äußeren Teil zumindest teilweise am Schrumpfen
gehindert wurde. In dem Schaubild der Fig. 2 sind auf der X-
Achse Ablesewerte von der Vorderkante bis zur Hinterkante
der Musterbahn aufgetragen, und die Größe der Schrumpfung
ist in Prozent von der anfänglichen Breite gezeigt.
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Das Schaubild von Fig. 3 zeigt ein quergerichtetes
Profilmuster, das im Labor untersucht wurde, um die Abweichungen in
den Bahneigenschaften festzustellen. Wie in Fig. 2 gezeigt,
sind die Bahnfestigkeitsprofile in Maschinenrichtung und
quer zur Maschinenrichtung demonstriert. Die
Maschinenrichtungsdehnung ist in der Querrichtung sehr gleichmäßig, weil
sie durch die Züge in Maschinenrichtung gesteuert wird. Die
Dehnung quer zur Maschine ist jedoch sehr ungleichmäßig, wie
durch das Schaubild gezeigt ist. Ein Vergleich der Kurve 28
mit der Kurve 29 der Maschinenrichtung scheint zu zeigen,
daß eine direkte Spiegelung der Schrumpfung in Querrichtung
vorliegt, d.h. die größte Dehnung tritt an den Kanten auf,
wo die Bahn die größte Schrumpfung durchgemacht hat.
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Das in Fig. 4 gezeigte Schaubild beinhaltet eine Kurve der
Bahn-Zugfestigkeitsprofile für die Richtung 30 quer zur
Maschine und die Kurve für die Maschinenrichtung 31. Die
Zugfestigkeit in Maschinenrichtung, wie sie in Fig. 4 gezeigt
ist, ist ziemlich gleichmäßig, denn sie wird wieder zum Teil
durch den Maschinenrichtungszug beeinflußt, der sich in der
Querrichtung nicht ändert. Das Zugfestigkeitsprofil in der
Querrichtung ist jedoch ungleichmäßig. Es hat ein leicht
"hochgezogene" oder hyperbolische Form. Die niedrigste
Zugfestigkeit findet sich in der Nähe der Bahnkanten, weil dort
wieder die Schrumpfung quer zur Maschinenrichtung am größten
war.
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Mit den oben genannten Daten wird deutlich demonstriert, daß
eine Zunahme in der Schrumpfungsbehinderung quer zur
Maschinenrichtung, wie sie in der Nähe der Maschinenmitte
auftritt,
eine Verringerung der Dehnung mit einer
entsprechenden Zunahme der Zugfestigkeit hervorruft. Da sich die
Zugfestigkeit quer zur Maschinenrichtung in der Querrichtung
ändert, während die Zugfestigkeit in der Maschinenrichtung
ziemlich gleichmäßig bleibt, ändert sich auch das
Zugfestigkeitsverhältnis, wobei das größte Verhältnis an den Kanten
auftritt, wie durch die Zugfestigkeitsverhältniskurve 32 in
Fig. 5 gezeigt ist.
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Fig. 6 zeigt zwei Kurven 33 und 34. Kurve 33 demonstriert
das TEA-Profil der Bahn in der Maschinenrichtung, während
die Kurve 34 das TEA-Profil der Bahn für die Richtung quer
zur Maschine zeigt.
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Die TEA-Profile wurden auch am gleichen Muster gemessen. Das
in Fig. 6 gezeigte Profil quer zur Maschinenrichtung
reflektiert die Ungleichmäßigkeit der Dehnung quer zur
Maschinenrichtung. Das TEA-Profil weist aber keine so große Änderung
wie die Dehnung quer zur Maschinenrichtung auf, weil der
Dehnungsverlust in der Nähe der Maschinenmitte teilweise
durch die Zunahme der Zugfestigkeit ausgeglichen wird.
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Fig. 7 zeigt eine Kurve 35, die das Trockengewicht einer
Probenbahn von ihrer Vorder- bis zu ihrer Hinterkante
angibt.
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Fig. 8 zeigt eine Kurve, die das erforderliche Stauprofil
zeigt, um das in Fig. 7 gezeigte Ergebnis zu erhalten. Wie
in Fig. 8 gezeigt, sind die Stauöffnungen an den jeweiligen
Kanten verringert, um eine relativ gleichmäßige
resultierende Bahn nach der Schrumpfung zu erhalten.
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Die Faserorientierung wurde an dem Muster durch Messen des
Schallmodulprofils festgestellt. Das Profil ist in Fig. 9
gezeigt, das eine Kurve von der Vorderseite bis zur
Rückseite der Bahn ist. Das Schaubild. zeigt tatsächliche
Ablesewerte an, wogegen die Kurve 36 die durchschnittliche
Orientierung zeigt. Die Faserorientierung ist als Winkel der
Hauptachse der Modulhülle von der Maschinenrichtung
angegeben. Ein positiver Winkel zeigt an, daß die Fasern auf die
Rückseite ausgerichtet sind, und ein negativer Winkel zeigt
an, daß die Fasern auf die Vorderseite ausgerichtet sind.
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Bei dem verwendeten Muster waren erwartungsgemäß alle Fasern
auf die Maschinenmittellinie ausgerichtet, weil die
Stauöffnung in der Nähe der Kanten heruntergedrosselt war, um die
Kantenschrumpfung auszugleichen.
BEISPIELE:
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Im Labor wurden zahlreichen Handbogenversuche durchgeführt,
die zeigten, daß eine erhöhte Bahnschrumpfungsbehinderung
während der Trocknung eine Verringerung der Dehnung, eine
Erhöhung der Zugfestigkeit und eine Erhöhung des Moduls
erzeugt.
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Anstatt Handbogen zu verwenden, wurden in dem Versuch die
Muster auf Zweisieb-Pilotmaschinen bei üblichen
Betriebsgeschwindigkeiten hergestellt. Diese Bahnen wurden dann auf
einem Trockentuch frei getrocknet, das durch einen
Saugkasten gestützt wurde. Die Bahnen wurden separat mit
verschiedenen Unterdruckniveaus in den Kasten getrocknet, um
verschiedene Schrumpfungsbehinderungsmaße der Bahn zu liefern.
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Ohne Unterdruck in dem Kasten konnte die maschinell
hergestellte Bahn ungehindert schrumpfen. Die gesamte Schrumpfung
in der Maschinenrichtung betrug ungefähr 1 % und die gesamte
Schrumpfung quer zur Maschinenrichtung betrug beinahe 7 %,
wie in Fig. 10 gezeigt ist. Als jedoch das Unterdruckniveau
(Schrumpfungsbehinderung bei der Trocknung) erhöht wurde,
nahm die Schrumpfung progressiv ab.
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Die entsprechenden Bahneigenschaften dieser Muster sind in
den Fig. 11 bis 13 für die Dehnung, die Zugfestigkeit und
die TEA gezeigt. Die gleichen Entwicklungen dieser
Eigenschaften haben sich bei den Fabrikversuchen gezeigt. Die
erhöhte Schrumpfungsbehinderung quer zur Maschinenrichtung,
die sich bei den Mittelproben der handelsüblichen Maschine
ergibt und durch den Saugkasten bei den Laborstudien erzeugt
wurde, verursachte ähnliche Veränderungen bei den
Eigenschaften der fertigen Bahn.
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Genauer ausgedrückt zeigt Fig. 10 die Wirkung der
Schrumpfungsbehinderung der Bahn mittels Unterdruck auf die
Bahnschrumpfung für die Maschinenrichtung, wie durch die Kurve
37 gezeigt, und für die Richtung quer zu der Maschine, wie
durch die Kurve 38 gezeigt.
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Fig. 11 zeigt die Wirkung der Schrumpfungsbehinderung der
Bahn mittels Unterdruck auf die Musterdehnung und zeigt die
Kurve 39 für die Maschinenrichtung und die Kurve 40 für die
Richtung quer zur Maschine.
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Fig. 12 zeigt die Wirkung der Schrumpfungsbehinderung der
Bahn mittels Unterdruck auf die Musterzugfestigkeit mit der
Maschinenrichtungskurve 41 und der Quermaschinenrichtung 42.
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Fig. 13 zeigt die Wirkung der Schrumpfungsbehinderung der
Bahn mittels Unterdruck auf die Muster-TEA, wobei die Kurve
43 die Maschinenrichtung und die Kurve 44 die Richtung quer
zur Maschine anzeigt.
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Um ein ausgeglichenes Massenprofil ohne eine ungleichmäßige
Stauöffnung zu erzielen und um eine Bahn mit gleichmäßigen
Eigenschaftsprofilen in der Querrichtung zu erzeugen, ist es
notwendig, die Schrumpfung quer zur Maschinenrichtung zu
steuern. Da die Schrumpfung auftritt, wenn die Feuchtigkeit
entfernt wird, findet der größte Teil der Schrumpfung in den
freien Zügen statt, wo das Wasser schnell verdampft. Um die
Schrumpfung zu verringern, müssen die freien Züge durch ein
Mittel zur ausgeprägten Schrumpfungsbehinderung ersetzt
werden, wie es beispielsweise in der EP-A-0345266 und
EP-A-0345291 dargestellt ist.
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Eine allgemeine handelsübliche Maßnahme zum Vermeiden von
freien Zügen ist die Einfilz- oder Serpentinentrockenpartie,
die in Fig. 14 gezeigt ist.
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In Fig. 14 stellen die Trockner 100, 101 und 102 eine obere
Reihe dar, die im ganzen mit 103 bezeichnet ist, während die
Trockner 104 und 105 eine untere Reihe 106 darstellen. Eine
gemeinschaftliche Laufanordnung der Bahn WA und des Filzes F
erstreckt sich jeweils serpentinenförmig um die Trockner
100, 104, 101, 105 und 102 herum. Obwohl Blaskästen 107 und
108 die Bahn während ihres Übergangs zwischen den Trocknern
an den Filz ziehen, reicht dieser Unterdruck nicht aus, um
eine spürbare Schrumpfungsbehinderung der Bahn
hervorzurufen. Obgleich diese Anordnung die freien Züge eliminiert,
ersetzt sie nicht die freien Züge durch eine ausgeprägte
Schrumpfungsbehinderung, und sie trocknet die Bahn nur von
einer Seite.
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Fig. 15 zeigt die TOTAL BEL RUN -Anordnung, die in der
EP-A-0345266 und EP-A-0345921 geoffenbart ist und Trockner
200, 201 und 202 aufweist, die in einer Einzelreihe
angeordnet sind, die im ganzen mit 203 bezeichnet ist. Zwischen den
Trocknern 200 und 201 ist eine Saugleitwalze 204
zwischengeschaltet. Ferner ist eine weitere Leitwalze 205 zwischen den
Trocknern 201 und 202 angeordnet. Bei dieser Ausführung
wurden die unteren unwirksamen Trockner der
Serpentinenenpartie, die in Fig. 14 gezeigt ist, eliminiert und durch
Saugwalzen 204 und 205 ersetzt. Das zweiseitige Trocknen wird
bei dieser Anordnung durch Abwechseln von Oberfilz- und
Unterfilz-Einreihenpartien, wie sie in der EP-A-0345966 und
EP-A-0345921 gezeigt sind, aufrechterhalten.
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Die zwischenliegenden Saugwalzen 204 und 205 der
vorgenannten Einreihenpartie 203 haben ziemlich die gleiche Wirkung
wie der Tuchsaugkasten, der bei den vorgenannten
Laborstudien verwendet wurde. Dieser Unterdruck hält den Zwang
aufrecht, der von dem Trockentuchdruck auferlegt wird, wenn die
Bahn zwischen den Trocknern überführt wird.
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Der von herkömmlichen Serpentinenblaskästen eingeleitete
Unterdruck beträgt typischerweise nur 24,9 bis 49,81 Pa (0,1
bis 0,2 Zoll Wassersäule) und ist deutlich unzureichend, um
eine erhebliche Schrumpfungsbehinderung, wie sie von Fig. 9
gezeigt wird, zu schaffen. Außerdem erstreckt sich dieser
Niedrigniveauunterdruck nicht um den ganzen unteren Trockner
herum. Bei der großen Bahnlänge zwischen den oberen
Trocknern bleibt die Bahn ohne Schrumpfungsbehinderung während
eines erheblichen Teiles des Trocknungsprozesses bei der
herkömmlichen Serpentinentrockenpartie.
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Ein Unterdruckniveau von 1,14 bis 1,44 kPa (6 bis 8 Zoll WS)
in den Saugwalzen entspricht im wesentlichen dem Zwang, der
dem getrockneten Tuch aufgeprägt wird. Es ist auch das
Unterdruckniveau, das für eine ausgeprägte
Bahnschrumpfungsbehinderung, wie sie in Fig. 9 angegeben ist, erforderlich
ist.
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Die Bahnschrumpfungsbehinderung, die bei den oben genannten
Laborstudien verwendet wurde, wurde fortwährend angelegt. Um
die gleichen Eigenschaftsverbesserungen auf einer
handelsüblichen Maschine zu erzielen, muß die Schrumpfungsbehinderung
bei der Trocknung ebenfalls fortwähren oder zumindest in
denjenigen Abschnitten angelegt werden, wo die Schrumpfung
am größten ist. Spezielle Labortests wurden auf den
Pilotmaschinenproben durchgeführt, um die natürlichen oder
unbehinderten Schrumpfungskennwerte festzustellen. Die Ergebnisse
für eine dieser Proben ist in Fig. 16 gezeigt.
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In Fig. 16 ist für den speziellen Faserstoff die Schrumpfung
in der Maschinenrichtung und quer zur Maschinenrichtung
jeweils durch die Kurven 300 und 301 angegeben, wobei die
Schrumpfung sehr gering ist, wenn die Bahn von 40 auf 60 %
Trockenheit getrocknet wird. Wenn die Bahn einmal eine
Trokkenheit von 60 % erreicht, nimmt die Schrumpfung zu und
setzt sich in einem hohen Maße fort, bis die Bahn im
wesentlichen trocken ist.
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Die Serpentinen- und Einreihentrockner wurden ohne
Saugleitwalzen am nassen Ende der Trockenpartie angewendet. Dies
wurde zur Verbesserung des Laufwirkungsgrads gemacht. Auf
der Grundlage der Ergebnisse von Fig. 16 sollte jedoch die
Einreihentrockenpartie in der Nähe des trockenen Endes der
Maschine angewendet werden. Zur Verbesserung der
Papiereigenschaften, für einen verbesserten Laufwirkungsgrad und für
eine verbesserte Bahnqualität sollte die Konfiguration der
Einreihentrockenpartie auf die ganze Trockenpartie
angewendet werden.
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Zusätzlich zu den vorgenannten Verbesserungen bei der
Bahnqualität, die aus der Bahnschrumpfungsbehinderung bei der
Trocknung resultiert, haben neuere Arbeiten gezeigt, daß mit
Schrumpfungsbehinderung getrocknete Bahnen eine erhebliche
Verringerung der Feuchtdehnbarkeit zeigen. Diese in Fig. 17
gezeigten Ergebnisse zeigen, daß die Bahn stabiler ist, wenn
sie mit Schrumpfungsbehinderung getrocknet wird, und zeigen
auch, daß die Feuchtdehnbarkeit der Bahn praktisch
unbeeinflußt durch Änderungen in der Bahndichte ist, d.h. vom
Pressen und der Feinteilgehalt als Folge der Feinbehandlung.
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Eine Bahn, die mit Schrumpfungsbehinderung getrocknet wurde,
unterscheidet sich erheblich von einer, die frei getrocknet
wurde.
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Die Verminderung der Schrumpfung verringert auch die
Anfälligkeit der Bahn, sich einzurollen, zu runzeln und körnige
Kanten zu bilden. Alle diese Bahndefekte werden durch die
Feuchtdehnbarkeit eingeführt und durch Ungleichmäßigkeiten
in der Z-Richtung durch die Dichte, Füllstoffverteilung,
Feinteilverteilung und Faserorientierung verschlimmert.
Durch Verringern der Feuchtdehnbarkeit können diese Fehler
erheblich verringert oder ausgeschaltet werden. Fig. 17
zeigt die Wirkung der Schrumpfungsbehinderung auf die
Feuchtdehnbarkeit, wobei die oberen Kurven 400, 401 und 402
frei getrocknete Bahnen darstellen, und die Kurven 403, 404
und 405 mit Schrumpfungsbehinderung getrocknete Bahnen
darstellen.
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Die in den Fig. 18 und 19 gezeigten mikrofotographischen
Aufnahmen vergleichen die Faseroberflächenkennwerte eines
von der Mitte der Maschine genommenen Bogens, der unter
einer teilweisen Schrumpfungsbehinderung quer zur
Maschinenrichtung steht, mit einem von den Kanten genommenen Bogen
ohne Schrumpfungsbehinderung quer zur Maschinenrichtung.
Diese Mikroaufnahmen zeigen die gleiche Verminderung der
Faserknicke und -stärke, wie sie bei den im Labor getrockneten
Mustern zu sehen ist.
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Zusammenfassend ist festzustellen, daß die Bahnschrumpfung
in Querrichtung, die während des Trocknungsprozesses
auftritt, stark ungleichförmig ist. Diese ungleichförmige
Schrumpfung beeinträchtigt direkt die Dehnung,
Zugfestigkeit, die Modul- und TEA-Profile quer zur Maschinenrichtung.
Die größte Schrumpfung tritt in der Nähe der Kanten auf. Um
ein ausgeglichenes Flächenmassenprofil an der Rolle zu
erhalten, muß die Stauöffnung des Stoffauflaufs in der Nähe
der Kanten verringert sein, um die Kantenschrumpfung aus
zugleichen. Die ungleichmäßige Schrumpfung beeinträchtigt
dadurch indirekt die Faserorientierung und eine
Einreihentrokkenpartie mit zwischengeschalteten Saugwalzen kann verwendet
werden, um die Schrumpfung quer zur Maschinenrichtung zu
steuern. Unterdrücke in den Zwischenwalzen oder Leitwalzen
im Bereich von 1,49 bis 1,99 kPa (6 bis 8 Zoll WS) setzen
die Schrumpfungsbehinderung fort, die von dem
Trockentuchdruck aufgebracht wird und verringern die Kantenschrumpfung
erheblich.
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Diese Steuerung der Schrumpfung erzeugt gleichmäßigere
Eigenschaftsprofile in der Querrichtung, ermöglicht es, die
Stauöffnung gleich zu lassen, verringert die Abweichungen
quer zur Maschinenrichtung in der Faserorientierung und
minimiert jegliche Tendenz zum Einrollen, Runzeln oder
Entwikkeln von körnigen Kanten. Außerdem wird die Bahn während des
Übergangs zwischen den Trockenpartien schrumpfungsbehindert.