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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zum
Verkleben von Deckschichten aus Pappe mit Wellpappenmedien bei der Herstellung
von Wellpappe zur Kartonagenherstellung
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Bisher wird zum Verbinden der Deckschichten mit dem Wellpappenmedium
die erste Deckschicht in einem Einfachkaschierwerk zu einer einseitigen Wellpappe
verklebt, und das wird erreicht, indem Klebstoff auf die Wellenspitzen aufgetragen
wird, während sich das Medium auf der Riffelwalze befindet, und dann die
Deckschicht unter Druck- und Wärmeeinwirkung angebracht wird. Die Kombination aus
Wärme aus der Riffelwalze und der Andruckwalze und dem mechanischen Druck
selbst bewirken die Entstehung einer Verbindung zwischen der ersten Deckschicht
und dem Wellpappenmedium. Im Anschluß daran wird die einseitige Wellpappe
einem Doppelkaschierwerk bzw. einer Doppelseitenwellpappenanlage zugeführt, wo
Klebstoff auf die Wellenspitzen aufgetragen und die Pappe über eine Reihe von
dampfbeheizten Walzen geführt wird, so daß die zweite Deckenschicht verklebt
wird. Auch durch ein Transportband über der Pappe und eine Reihe von auf diesem
Band laufenden kleinen Walzen wird dabei Druck ausgeübt. Das Durchlaufen der
doppelseitigen Wellpappe durch das Doppelkaschierwerk bzw. die
Doppelseitenwellpappenanlage wird durch ein Sandwich-Band nach den dampfbeheizten Walzen
unterstützt.
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Ein herkömmliches Werk zur Herstellung von Wellpappe ist ziemlich groß,
und die Produktionshalle muß sehr lang sein. Die Heizwalzen weisen eine große
Länge auf, um ein ausreichendes Abbinden der Klebeverbindung zu gewährleisten,
wenn die Pappe mit einer Geschwindigkeit von bis zu 300 bis 400 Metern pro Minute
über die Walzen geführt wird.
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Ein weiteres Merkmal herkömmlicher Wellpappen sind sogenannte
"Drucklinien", die durch den von der Druckwalze im Einfachkaschierwerk
ausgeübten Druck entstehen. Das wird noch vom "Waschbretteffekt" begleitet, womit der
Effekt beschrieben wird, der entsteht, wenn der Klebstoff beim Trocknen die
Deckschicht aus ihrer Linearität verzieht. Durch diese Effekte ist die Pappe nicht für
qualitativ hochwertiges Bedrucken auf dieser Seite geeignet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Qualitätsverbesserung von
Wellpappe und eine Verringerung der Größe der Anlage, die für die Produktion von
Wellpappe in kommerziell akzeptablen Geschwindigkeiten erforderlich ist.
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In diesem Sinne bietet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung von Wellpappe, bei dem mindestens eine Deckschicht unter Einsatz von
geringem mechanischen Druck mit dem Wellenmedium verklebt wird, wobei die
Klebverbindung durch Anwendung von Strahlungsenergie mit einer Wellenlänge
erfolgt, für die Wasser, Papier und Kleber einen niedrigen Absorptions-Koeffizienten
aufweisen. Bevorzugterweise liegt die Wellenlänge im nahen Infrarotbereich bei 1,0
bis 2,1 Mikron, am besten ist eine Wellenlänge von 1,0 bis 1,5 Mikron.
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Die Wahl des Wellenlängenbereichs ist für die vorliegende Erfindung von
entscheidender Bedeutung. Bereits zuvor wurde der Einsatz von
Strahlungswärmequellen zum Abbinden von Klebstoffen in Wellpappen und Laminatwerkstoffen
vorgeschlagen, die verwendeten Wellenlängen führten jedoch zu einer Absorption der
Strahlungsenergie nahe der Oberfläche der Pappe, und die Wärmezufuhr in die
Klebstoffschicht erfolgte über Wärmeleitung durch das Papier. Damit konnte keine
radikale Verbesserung bei der Geschwindigkeit der Ausbildung der Klebverbindung
erzielt werden, und im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren der Wärmezufuhr
konnten nur geringe Vorzüge erzielt werden. So schlagen beispielsweise die US-
Patente 4169007 und 4589944 den Einsatz von IR-Strahlung zum Erhitzen von
Wellpappe und Klebstoff vor, ohne daß dabei aber auf den Einsatz von Druck
verzichtet oder eine wesentliche Verkürzung der Abbindezeit erzielt wurde.
US-A-4169007 schlägt den Einsatz von Strahlungsenergie mit einer Wellenlänge im
Bereich zwischen 2,6 und 3,5 Mikron zur Herstellung einseitiger Wellpappe vor,
ohne daß damit aber die zuvor erwähnten Vorzüge der vorliegenden Erfindung
erzielt wurden.
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Die von den Herstellern der IR-Ausrüstung zur Verfügung gestellten und in
Tabellenform zusammengefaßten Daten zeigen, daß der prozentuale Energieanteil,
der im Wellenlängenbereich 1,0 bis 1,5 Mikron und 2,5 bis 3,5 Mikron ausgestrahlt
wird, sich wie folgt mit der Spitzenwellenlängenübertragung ändert.
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Ein lnfrarot-Absorptionsspektrum, wie es von den Herstellern der IR-Lampe
bereitgestellt wurde, für eine typische Papierbahn mit einem Basisgewicht von
185 g/m² zeigt, daß im Wellenlängenbereich 2,5 bis 3,5 Mikron lediglich 5 % der
einfallenden Strahlung weitergeleitet werden, wogegen 95 % absorbiert werden und
Wärme im Papier erzeugen. Im Wellenlängenbereich 1,0 bis 2,1 Mikron werden
41,0 % der einfallenden Strahlung weitergeleitet. Nach diesen Zahlen stehen bei
Nutzung des bevorzugten Bereichs von 1,0 bis 2,1 Mikron dann 18,2 % der
Strahlungsenergie für das Erhitzen und Gelieren des Stärkeklebstoffs zur
Verfügung, wogegen im - vom US-Patent 4,169,007 vorgeschlagenen - Wellenbereich 2,5
bis 3,5 Mikron nur 0,7 % der Strahlungsenergie für diesen Zweck zur Verfügung
stehen.
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Bei unserem Einsatz der lnfrarotstrahlung geht es um eine effektive
Ausnutzung des weitergeleiteten Elements.
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Es ist entsprechend den von Stefan-Boltzmann und Wien beschriebenen
Gesetzmäßigkeiten ein Merkmal der Thermostrahlung, daß die Strahlungsemission
der thermischen Energiequelle proportional zur vierten Potenz der Temperatur der
Wärmequelle ist, und daß die Energie über einen Bereich von Wellenlängen
emittiert wird. Die Grundwellenlänge ist umgekehrt proportional zur Temperatur der
Wärmequelle.
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lnfrarotstrahlung aus einer Wärmequelle im Temperaturbereich zwischen
1100 ºC und 2300 ºC mit Spitzenwellenlängen im Bereich zwischen 2,1 und 1,0
Mikron ist die bevorzugte Strahlung zur effektiven Herstellung von
Klebeverbindungen zwischen Deckschichten und Wellpappenmedien. Bei diesen Wellenlängen
weisen Papier, Wasser und Klebstoff einen niedrigen Absorptions-Koeffizienten,
wobei die absorbierte Energie mit steigender Dicke des Papiers und des
Klebstofffilms zunimmt. Die thermische Strahlungsenergie dringt deshalb tief in die
Papierstruktur und den Klebstoff ein. Das führt zum schnellen Gelieren des Klebstoffs und
somit zu einer schnellen Herausbildung der Klebverbindung. Die hohe Konzentration
von Wasser insbesondere im Klebstoffilm oder in den Klebstoffperlen trägt zu einer
hohen Energieabsorption und einem hohen Temperaturanstieg im Klebstoff bei. Die
vollständig weitergeleitete Strahlung wird durch die Metalloberfläche, auf der das
Papier aufliegt oder durch Reflektoren gegenüber der Strahlungsenergiequelle in die
Papierschichten und den Klebstoffilm oder die Klebstoffperlen reflektiert.
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Im Temperaturbereich 1100 ºC bis 2300 ºC ist die Strahlenemission der
Strahlungsquelle ausreichend hoch, um ein effektives Verkleben der
Produktkomponenten bei den erforderlichen kommerziell akzeptablen Betriebsgeschwindigkeiten
zu gewährleisten, so daß die Verwendung kleiner Strahlungsbereiche praktikabel
wird, was durch die Einschränkungen kommerzieller Wellpappenanlagen
erforderlich ist.
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Bevorzugterweise sind die IR-Strahler axial entlang den Walzen angeordnet,
und nicht tangential. Die für das Verkleben notwendige Energiemenge kann
wesentlich reduziert werden, indem die Strahlerlampen axial und parallel zur
Papieroberfläche angeordnet werden. Eine solche Anordnung ermöglicht, daß die Bank der IR-
Lampen der Form der Papierbahn angepaßt werden, welche an den IR-Bänken
vorbeigeführt wird. Eine solche Formanpassung führt zu einer höheren Effektivität und
reduzierte die beim Klebevorgang verbrauchte Energiemenge um 60 %. Die
Möglichkeit der Formanpassung an kurvenförmige Oberflächen erlaubt eine
Konzentration des IR-Strahls und die Anwendung in Gebieten, wo nur wenig Platz zur
Verfügung steht.
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Bevorzugterweise sollte der Luftdruck an der Oberfläche der Wellpappe
neben der Strahlungsenergiequelle so weit wie möglich dem Umgebungsluftdruck
angepaßt sein.
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Entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
lnfrarotstrahlung anstelle von dampfbeheizten Walzen verwendet, um die
Wellpappenmedien für die Wellpappenherstellung vorzubereiten.
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Das traditionelle Verfahren des Erhitzens und Aufweichens des
Wellpappenmediums, um dessen Formanpassung an das Wellenprofil auf den Riffelwalzen und
die Beibehaltung dieser Formanpassung zu unterstützen, besteht im Erhitzen der
Walzen durch Dampfeinlassen in die Walzenkörper. Durch den Einsatz von
hochintensiver lnfrarotenergie, die auf die Wellpappenmedien wirkt, bevor diese in das
Wellpappenlabyrinth eingeführt werden, kann ein gleichartiges Erhitzen und
Aufweichen der Papierbahnen erreicht werden. Das hochintensive, kurzweilige Gerät
hat einen Abstimmungsbereich von 1,0 bis 2,5 Mikron, der zum optimalen Erhitzen
und Aufweichen von Papierbahnen unterschiedlicher Dicke eingesetzt wird.
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Ein weiterer Vorzug ist eine beträchtliche, wenn nicht sogar vollständige
Reduzierung der Verwendung von Dampf zum Erhitzen der Riffelwalzenkörper,
wodurch es nicht mehr erforderlich ist, die Riffelwalzen als Druckkessel herzustellen.
Durch diese Tatsache wird außerdem die Festigkeit der Walzenkörper und
Drehzapfen erhöht, was zu einer Senkung der Walzenschwingungen führt.
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Die Verwendung von hochintensiver Elektroenergie erfordert die Installation
von zusätzlicher Transformatorkapazität, Verkabelung und Schaltungseinrichtung.
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Traditionell wurden wasserlösliche Klebstoffe aus Stärke oder auf Stärkebasis
zum Verkleben der Wellpappebahnen verwendet. Stärkeklebstoffe sind relativ
akzeptabel für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung, und die
Abbindezeiten werden dabei beträchtlich gesenkt. Es sind jedoch auch Polymerklebstoffe
geeignet, sie zeigen ein geeignetes Klebverhalten, das vergleichbar mit oder noch
besser als das von Klebstoffen auf Stärkebasis ist.
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Die verschiedenen Aspekte dieser Erfindung sind sowohl für die Herstellung
konventioneller Wellpappen anwendbar, als auch für die Herstellung
nichtkonventioneller Wellpappen mit zwei Wellenmedien, die an ihren Wellenspitzen
miteinander verklebt sind. Dieser Typ Wellpappe und Verfahren zu deren Herstellung sind in
den Europäischen Patentschriften 213957, 279609 und in den Anträgen 88311884.6
und 89903961.4 vorgestellt.
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Es erfolgt nun eine detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit
Bezugnahme auf die Zeichnungen, von denen Fig. 1 eine schematische Darstellung
eines kürzlich vorgestellten herkömmlichen Einfachkaschierwerks, Fig. 2 eine
schematische Darstellung eines Einfachkaschierwerks entsprechend der vorliegenden
Erfindung und Fig. 3 eine schematische Veranschaulichung der Fertigung einer
nichtkonventionellen Doppelwandwellpappe mit zwei Wellenmedien ist, die ohne
Zwischenpapierlage an ihren Wellenspitzen miteinander verklebt sind.
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Beim herkömmlichen Einfachkaschierwerk aus Figur 1 wird ein Medium 1
zwischen den Riffewalzen 4 und 5 in Wellenform gebracht. An der
Klebstoffauftragstation 6 wird Klebstoff auf die Wellenspitzen des Mediums 1 aufgetragen,
und eine Deckschicht 2 wird anschließend um die Druckwalze 7 geführt, um die
Deckschicht 2 auf das gewellte Medium 1 zu drücken, wodurch die einseitige
Wellpappe 3 entsteht.
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Beim in diesem Verfahren hergestellten Produkt treten die Drucklinien auf.
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In Figur 2 wird das Medium 1 in üblicher Weise durch den Spalt zwischen den
Riffelwalzen 10 und 11 geführt, und anschließend wird an der
Klebstoffauftragstation 12 Klebstoff auf die Wellenspitzen des Mediums 1 aufgetragen. Das
Medium 1 wird durch einen IR-Strahler 14 entsprechend der vorliegenden Erfindung
erhitzt, bevor es in das Wellpappenlabyrinth zwischen die Riffelwalzen 10 und 11
eingeführtwird.
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Eine Deckschicht 2 wird über die S-Wickelwalzen 13 geführt und so mit dem
wellenförmigen Medium 1 in Kontakt gebracht, daß sie leicht aneinander kleben. Die
Klebverbindung zwischen dem Medium 1 und der Deckschicht 2 wird mit Hilfe der
IR-Heizeinrichtung 14 entsprechend der vorliegenden Erfindung verfestigt, deren
Oberflächenform der Oberfläche der Deckschicht angepaßt ist, wenn diese über die
Riffelwalze 11 geführt wird. Die Heizeinrichtung 14 verläuft axial parallel zur
Walze 11. Die einseitige Wellpappe 3 wird somit gefertigt, ohne daß übermäßiger
Druck angewendet wird oder Drucklinien auf der einseitigen Wellpappe entstehen.
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In Figur 3 wird die Herstellung einer nichtkonventionellen Wellpappe
veranschaulicht, bei der zwei Medien 22 und 23 miteinander verklebt werden und die
Deckschichten 21 und 24 jeweils an die miteinander verbundenen Medien geklebt
werden, wie das im Europäischen Patent 213957 beschrieben wird.
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Die beiden Medien 22 und 23 werden jeweils auf den Riffelwalzen 33 und 34
bzw. 31 und 32 in Wellenform gebracht. IR-Strahler 44, die axial angeordnet und in
ihrer Form der Oberfläche der Riffelwalzen angepaßt sind, befinden sich in
unmittelbarer Nähe zu den Riffelwalzen 31 und 33, um jeweils die Medien 23 und 22
vorzuheizen und aufzuweichen, bevor sie in Wellenform gebracht werden. Wenn das
Medium 23 über die Walze 32 geführt wird, erfolgt durch die Klebstoffstation 35 das
Auftragen des Klebstoffs. Die Medien 22 und 23 werden dann an ihren
Wellenspitzen
zusammengeklebt, indem sie durch den Walzenspalt der synchronisierten
Walzen 32 und 34 geführt werden, und die miteinander verbundenen Medien
anschließend einer Trägerwalze 37 zugeführt werden. An der Klebstoffstation 38
wird auf das äußere Medium 22 Klebstoff aufgetragen, und die Deckschicht 21 wird
unter geringem Druck in Kontakt mit den Medien gebracht, indem beide durch eine
Reihe von Zuführungswalzen geführt werden, zu denen auch S-Wickelwalzen 39
gehören.
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Nach dem Ankleben der Deckschicht werden die Medien und die Deckschicht
gemeinsam durch eine Trägerwalze 37 an der Strahlungsenergiestation 44
vorbeigeführt, welche axial über der Trägerwalze 37 angeordnet ist. Die IR-Strahler 44
sind in ihrer Form der Oberfläche der Walze 37 angepaßt.
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Beim in den Klebstoffauftragstationen 12 in Figur 2 oder in den
Klebstoffauftragstationen 32 und 38 in Figur 3 verwendeten Klebstoff kann es sich um einen
Stärke- oder einen Polymerklebstoff handeln. Alternativ dazu kann auch eine
thermoplastische Folie, mit der sich eine Verbindung zwischen den Papierbahnen
herstellen läßt, in den Spalt zwischen den Riffelwalzen 10 und 11 in Figur 2 oder 32
und 34 in Figur 3 eingeführt und anschließend der IR-Strahlung ausgesetzt werden,
wodurch die Folie zu einer Klebstoffschicht geschmolzen wird. Desgleichen kann
eine Polymerfolie gemeinsam mit der Deckschicht 2 in Figur 2 oder der
Deckschicht 21 in Figur 3 eingeführt werden, wodurch keine
Klebstoffauftragstationen mehr erforderlich sind.
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Es soll hier darauf hingewiesen werden, daß die in Figur 3 dargestellte
Vorrichtung auch zur Herstellung herkömmlicher Wellpappe genutzt werden kann,
indem einfach die Riffelwalzen 31 und 32 nicht zum Einsatz kommen.
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Bei den Strahlungsenergiequellen 14 in Figur 2 und 44 in Figur 3 handelt es
sich um Glühstrahlungsguellen mit einer Temperatur von 2100 ºC, die ihre Strahlung
in einem Wellenlängenbereich emittieren, dessen Zentrum bei 1,2 µm liegt. Die
Oberfläche der Trägerwalze 37 dient dabei als Reflektor.
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Die IR-Lampen befinden sich bevorzugterweise in einem Abstand von 30
- 40 mm von der Oberfläche der Deckschicht, die verklebt wird. Kühlungsluft kann den
Lampen zugeführt werden, um die Lebensdauer der Lampen zu erhöhen und ein
schnelles Abkühlen zu ermöglichen, und sie sollten einen Auslaßluftdruck im
Bereich von Null bis 70 mm Wassersäule haben.
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IR-Geräte mit einem Luftdruck von Null oder Klebgeräte mit "geschlossener
Oberfläche", bei denen Luft an der Betriebsfläche angesogen wird, stellen eine
Alternative dar, welcher die gleiche Effektivität oder sogar eine größere Effektivität
als den IR-Geräten bescheinigt wird, deren Kühlung durch Ansaugen von Luft aus
dem Inneren der Geräte und Auslassen der Luft auf die Papierbahn erfolgt.
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Nach dem Verlassen der Trägerwalze 37 wird Klebstoff auf das offenliegende
Medium 23 aufgetragen, und eine Deckschicht 24 wird durch die Walze 42 auf die
aus einer Deckschicht und zwei Wellenmedien bestehende Struktur aufgebracht.
Die Zuführung der Deckschicht 24 zur Walze 42 erfolgt über eine herkömmliche
Anordnung von Walzen, zu der auch die S-Wickelzuführungswalzen 41 gehören.
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Die klebeverbindung wird durch Einsatz von Strahlungsheizgeräten 44
entsprechend der obigen Beschreibung hergestellt.
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Bei der zweiten Deckschicht wird eine Reflektorplatte 45 verwendet, um die
Strahlung wieder auf die Wellpappe zu reflektieren. Bevorzugterweise wird ein
Luftkissen über der Oberfläche der Reflektorplatte 45 gebildet, um die
Reflektorbeschichtung vor Abrieb durch die Wellpappe zu schützen.
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Bei Geschwindigkeiten von 80 bis 100 Metern pro Minute können Klebzeiten
von weniger als einer Sekunde erreicht werden, gegenüber herkömmlichen
Klebzeiten von bis zu vier Sekunden beim herkömmlichen Doppelkaschierwerk.
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Durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung erzeugen die Klebstellen
zwischen Deckschicht und Medium keine "Drucklinien" oder "Waschbretteffekte",
und beide Seiten der Doppelwandwellpappe sind zum Bedrucken geeignet.
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Die wesentlichen Vorzüge des Verfahrens sind:
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1. Vermeidung des Einsatzes dampfbeheizter Walzen, die in der herkömmlichen
Fertigungsstrecke einen großen Anteil des verfügbaren Platzes einnehmen.
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2. Vermeidung der "Brücke" zwischen dem Einfachkaschierwerk und dem
Doppelkaschierwerk, was bisher Transportbänder und Einrichtungen zur Unterstützung
der Zuführung zum Doppelkaschierwerk erforderlich machte. Die Vorzüge 1 und 2
ermöglichen den Einsatz auf einer viel geringeren Grundfläche.
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3. Reduzierung von Verlusten, da beim Anhalten der herkömmlichen Maschine
Pappe im Bereich der Dampfwalze verbleibt, und diese Pappe durch Überhitzung
die erforderliche Qualität verliert.
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4. Reduzierung der erforderlichen Klebstoffmenge im Vergleich zu herkömmlichen
Doppelkaschierwerken.