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Vorrichtung zum Zerfasern von Papierstoff Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zum Zerfasern von Papierstoff, bei der sich an ihren freien Enden mit
Schneidkanten versehene Messer über eine ringförmige Gegenplatte, die mit radialen,
eine Kante und eine ebene Arbeitsfläche aufweisenden Rippen versehen ist, hinwegbewegen.
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Bei der Bearbeitung von Papiermassen in einer Maschine zur Herstellung
von Papierstoff ist es in den meisten Fällen wünschenswert, die Masse drei verschiedenen
Bearbeitungsarten zu unterwerfen.
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Die erste Bearbeitungsart besteht in der Zerfaserung, wobei die einzelnen
Fasern voneinander getrennt werden.
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Die zweite Art ist die Hy dratisierung, wonach die einzelnen Fasern
gequetscht und gerieben werden und gleichzeitig eine Wasserabsorption durch die
Faser eintritt.
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Die dritte Bearbeitung besteht in dem Schneiden, um die Faser auf
die gewünschte Länge zu bringen. Es ist auf alle Fälle erforderlich, daß die Papiermasse
der ersten Bearbeitungsstufe unterliegt, daß also die Fasern voneinander getrennt
werden. Jedoch können für die Herstellung bestimmter Papierarten die schneidende
Bearbeitung und die Hydratisierung der Fasern auf ein Mindestmaß beschränkt werden.
EineBearbeitungsart kann gegenüber einer anderen vorherrschend sein. Es ist heute
noch ein Problem bei der Papierherstellung, zielbewußt diejenige Type und diejenige
Bearbeitung der Masse zu erreichen, die erforderlich ist, um ein Papier gewünschter
Eigenschaften zu erhalten.
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Maschinen zum Zerfasern von Papierstoff sind bekannt. Es ist auch
bekannt, die Papiermassen zwischen Metallteilen zu bearbeiten, und zwar zwischen
mit Schneidkanten versehenen Messern und einer ringförmigen Gegenplatte. Dabei sind
an der Gegenplatte einzelne Rippen in großer gegenseitiger Entfernung voneinander
angeordnet. Auf dem
Wege zwischen benachbarten Rippen überziehen
sich die Schneidkanten jedoch mit einem dicken Faserüberzug, wodurch eine gute Zerfaserung
erheblich beeinträchtigt wird.
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Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Vorrichtung zu schaffen, welche einen unüblichen Grad der Hydratisierung erzielt,
um damit eine unübliche Festigkeitsentwicklung bei dem darauf hergestellten Papierblatt
zu erhalten. Dabei soll dieser Grad der Hydratisierung in möglichst kurzer Zeit
und mit einem möglichst geringen Energieaufwand eintreten. Der hohe Grad der Hydratisierung
soll außerdem von einem minimalen Zerschneiden der Faser begleitet sein, um auf
diese Weise eine hohe Festigkeitsentwicklung zu erreichen, ohne daß etwa ein größerer
Verlust an Zugfestigkeit damit Hand in Hand geht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
soll es außerdem ermöglichen, die Hydratisierung oder die Schnittbearbeitung in
den Vordergrund treten zu lassen. Die zerfasernde Bearbeitung soll stets die verfeinernde
Bearbeitung der Vorrichtung ergänzen, unabhängig davon, ob die Vorrichtung nun auf
Hydratisierung oder für Schnittbearbeitung eingestellt ist. Diese zerfasernde Bearbeitung
wird ohne wesentliche Zunahme des Energieverbrauches vollzogen, der für die Hydratisierung
und zum Schneiden der Masse erforderlich ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll zur Aufnahme von roher, unzerfaserter
Masse geeignet sein, die zerfasert und gleichzeitig im gewünschten Maße hydratisierf
und geschnitten wird. Der Energieverbrauch soll denjenigen nicht übersteigen, der
erforderlich ist, um eine gleichwertige Hydratisierung oder ein gleichwertiges Schneiden
je für sich allein im gleichen Apparat vorzunehmen. Der Energieverb,rauch soll kleiner
sein als derjenige, der zur Hydratisierung und zum Schneiden allein in Verfeinerungsvorrichtungen,
wie Holländern oder Jordanmühlen, bekannter Arterforderlich ist.
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Dies wird dadurch erreicht, daß bei einer Vorrichtung zum Zerfasern
von Papierstoff, bei der sich an ihren freien Enden mit Schneidkanten versehene
Messer über eine ringförmige Gegenplatte, die mit radialen, eine Kante und eine
ebene Arbeitsfläche aufweisenden Rippen versehen ist. hinwegbewegen, erfindungsgemäß
die Rippen der Gegenplatte in derart geringer Entfernung voneinander angeordnet
sind, daß die über sie hinwegstreichenden Schneidkanten der Messer nur über eine
solche Strecke durch den Stoff bewegt werden, die gerade ausreicht, um die Schneidkanten
mit einem dünnen Faserbelag zu bedecken, worauf die überzogenen Schneidkanten in
Arbeitseingriff mit den Arbeitsflächen der der Gegenplatte zugehörigen Rippen gelangen,
und daß die Schneidkanten unter Aufrechterhaltung eines elastischen Druckes zwischen
ihnen und den Rippen über die Arbeitsfläche derselben bewegt werden.
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Die Zeichnung zeigt' eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, und zwar Fig. i im Aufriß, -Fig. 2 im Schnitt nach Linie 2-2 der Fig.
i, Fig. 3 eine Stirnansicht des Rotors und der Gegenplatte im vergrößerten Maßstab,
Fig. 4 einen Vertikalschnitt nach Linie 4-4 der Fig. 2 im vergrößerten Maßstab,
Fig. 5 einen Schnitt nach Linie 5-5 der Fig. 4, Fig. 6 ein Messer für sich im Aufriß,
Fig. 7, 8 und 9 einen Schnitt durch das Messer, entsprechend den Linien 7-7, 8-8,
9-9 der Fig. 6, Fig. io, i i und 12 ähnliche Schnitte durch ein Messer anderer Art,
Fig. 13 einen Schnitt nach Linie 13-i3 der Fig. 2. Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen vom
Behälter, in dem die Vorrichtung angeordnet ist, abgesehen, die Vorrichtung. Diese
besteht aus einer Gegenplatte i und einem die Messer 3 tragenden Rotor 2. Die Gegenplatte
besteht aus einer ringförmigen Scheibe, welche auf ihrer Arbeitsfläche miteinander
abwechselnd radiale Rillen 4 und Rippen 5 besitzt (Fig. 7 bis 12).
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Der Rotor 2 sitzt auf einer Welle 6. Mit ihren radial innenliegenden-
Enden sind die Messer unter Vermittlung eines Ringes 8 und Bolzen 9 auf dem Rotor
2 befestigt. Die Messer erstrecken sich vom Rotor aus radial nach auswärts und stehen
in Kontakt mit den Rippen 5 der Gegenplatte i. Die Stirnseiten i2 der Messer stehen
zu der durch die Oberflächen der Rippen 5 gebildeten Ebene im spitzen Winkel. Die
radiale Anordnung der Messer ist dabei so, daß die Schneiden zu den Radiallinien
der Vertiefungen und Rippen 4, 5 in einem Winkel zwischen io und 30° stehen.
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Die Messer sind in der Weise ausgebildet, daß beim Betrieb der Maschine
eine hydraulische Wirkung eintritt, welche die Messer im nachgiebigen Eingriff mit
der Deckplatte i hält. Gemäß den Ausführungsformen der Fig. 6 bis 9 sind die Messer
an ihrer Unterseite mit Ausnehmungen io (Fig. 8) versehen. Diese Ausnehmungen haben
zur Folge, daß nur ein schmaler Fuß i i verbleibt, der in Kontakt mit den Rippen
des Gegenplatte i steht. Diejenigen oberen Seiten 12 der Messer, welche den Schneidkanten
13 zunächst liegen, schneiden die durch den Fuß i i gebildete Ebene in einem verhältnismäßig
kleinen Winkel, der vorzugsweise kleiner ist als 45°. Ein solcher Winkel hat sich
als zweckmäßig erwiesen, wenn die Faser durch die Schneidkante aufgenommen und von
dieser zurückgehalten werden soll, derart, daß die Schneidkante von Fasern bedeckt
ist. Zweckmäßig ist die Schneidkante des Messers sehr scharf, und wenn das Metall,
aus dem die Schneidkanten bestehen, sehr hart ist, tritt eine Selbstschärfung ein.
Im übrigen ist die Oberseite 14 der Messer glatt und konvex gekrümmt und schneidet
die innere Oberfläche io unter Bildung der der Schneidkante gegenüberliegenden Gegenkante
15. Das Messer verläuft von seinem radial inneren Ende nach außen konisch. Die einzelnen
Schnitte durch das Messer sind in den Fig. 7, 8 und 9 dargestellt. Wie aus den einzelnen
Schnitten ersichtlich ist, ist die Breite des Messers wesentlich größer als die
Stärke.
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Die Fig. io, i r und 12 zeigen eine etwas abgeänderte Form der Messer
31. Gemäß dieser Ausführungsform
ist der hydraulische Andruck der
Messer an die Gegenplatte i verstärkt. Die Messer sind dagegen etwas empfindlicher
und teurer.
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Die Ausführungsform der Fig. 7, 8 und 9 zeigt nichts anderes als eine
durch die Praxis bedingte Abweichung von der theoretisch wirksameren Form gemäß
Fig. 1o, 1i und i,-g. Gemäß beiden Ausführungsformen der Messer wird zufolge der
Messerbewegung eine hydraulische Einwirkung auf die Messer erzeugt, und zwar nach
zwei verschiedenen Arten.
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In dem Hohlraum 16 zwischen der inneren Oberfläche 1o der Messer 3
und der Gegenplatte i liegt beim Drehen der Messer verminderter Druck vor, welcher
zur Folge hat, daß die Messer und die Gegenplatte sich einander anzunähern streben.
Die andere zweite hydraulische Wirkung besteht darin, daß durch die Bewegung der
Messer auf die Messeraußenseiten 14 ein hydraulischer Druck ausgeiibtwird, der im
gleichen Sinn wirkt. Diese beiden hydraulischen Wirkungen haben zur Folge, daß die
äußeren Enden der Messer in Kontakt mit der Gegenplatte i liegen, denn die Drehgeschwindigkeit
der Messer ist hoch, z. B. 3000 Umdrehungen je Minute und mehr. Dieser Kontakt
der äußeren Enden hat natürlich zur Voraussetzung, daß die Messer biegbar und elastisch
sind. Natürlich liegt nicht nur Kontakt zwischen den äußeren Enden der Messer und
der Gegenplatte vor, sondern dieser ist auf der gesamten Länge der Messer vorhanden.
Es ist zweckmäßig, wenn die Gegenplatte und der Rotor gegeneinander etwas axial
verschiebbar sind. Zu diesem Zweck ist die Gegenplatte i gegenüber dem Rotor axial
verschiebbar angeordnet. Die Gegenplatte ist durch drei Gewindebolzen 17 getragen,
welche in Hülsen 13 verschiebbar sind. Mit ihren äußeren Enden greifen die drei
Bolzen 17 an einem gemeinsamen Ring 19 an, der unter dem Einfluß von drei winkelgleich
angeordneten hydraulischen Zylindern :2o steht. Die Zylinder sind über eine Rohrleitung
21 (Fig. 5) mit Druckregulator und Druckanzeiger 22 mit einer hydraulischen Druckquelle
verbunden. Zwischen der Gegenplatte i und dem Gehäuse 27 ist eine Gummidichtung
23 vorgesehen. Da die Gegenplatte geschlossen, also frei von Durchbrechungen ist,
hat der verminderte Druck im Hohlraum 16 der Messer 3 (Fig. 9) zur Folge, daß die
Gegenplatte an die Messer herangezogen wird, derart, daß die Messer unter dem Einfluß
eines nachgiebigen Druckes im Eingriff mit der Arbeitsoberfläche der Gegenplatte
i stehen. Dieser Druck kann durch Änderung des Druckes in den Zylindern 2o variiert
werden.
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Die Art und Weise der auf die Fasern ausgeübten Zerkleinerungswirkung,
gleichgültig ob die hydratisierende Wirkung oder die Schnittwirkung vorherrscht,
ist in erster Linie durch den Druck zwischen den Messern 3 und den Rippen 5 der
Gegenplatte i bestimmt. Die hydratisierende Wirkung wird gegenüber der zerschneidenden
Bearbeitung der Fasern vorherrschen, und zwar sogar auch dann, wenn scharfe Messer
verwendet werden und wenn leichter oder mäßiger Druck zwischen den Messern und der
Gegenplatte vorliegt. Dabei ist es gleichgültig, ob der leichte Druck allein auf
der oben beschriebenen hydraulischen Wirkung beruht oder ob die hydraulische Wirkung
durch den seitens der Zylinder 2o ausgeübten Druck verstärkt wird. Nur wenn der
Druck zwischen den Messern und der Gegenplatte i wesentlich verstärkt wird, so herrscht
bei gleichbleibender Schärfe der Messer die Schneidwirkung vor. Ein erhöhter Schärfegrad
der Messer ergibt selbstverständlich eine Verschiebung im Sinne der vorherrschenden
Schneidwirkung bei vorausgesetztem, gleichbleibendem Druck.
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Wesentlich für die Gesamtwirkung ist der Zwischenraum oder Abstand
zwischen den einzelnen radialen Rippen 5 der Gegenplatte i. Je größer dieser Abstand
ist, einen um so größeren Weg hat das Messer zwischen den jeweiligen Eingriffen
mit der Gegenplatte zurückzulegen, und um so größer ist natürlich die Fähigkeit
der Messer, Fasern aufzunehmen. Es wird ein Messer bei einem gegebenen Abstand der
Rippen 5 nochmal so viel Fasern aufnehmen als beim gegebenen halben Abstand.
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Als Ergebnis einer Reihe von Versuchen und Beobachtungen derartiger
Maschinen unter den verschiedensten Bedingungen kam man zur Überzeugung, daß die
außerordentlich ungewöhnlichen Ergebnisse bezüglich Festigkeitssteigerung (Bruch-und
Berstfestigkeit), begleitet von einem ungewöhnlich niederen Verlust an Entwässerungsfähigkeit
und einem außerordentlich niederen Verlust an Einrißfestigkeit, zum großen Teil
auf die Gegenplatte i zurückzuführen sind, bei welcher die Rippen sehr dicht angeordnet
sind. Wenn der Abstand zweier benachbarter Rippen 5 kleiner als 12 mm ist, so macht
es den Eindruck, daß bei üblicher Massekonsistenz von 4 bis 6 % das Messer dazu
neigt, nur einige wenige Fasern aufzunehmen, die mehr oder weniger eine einfache
Lage von Fasern bilden. Ist der gegenseitige Rippenabstand größer als 12 mm, so
wird ein Bausch von Fasern aufgenommen und angesammelt. Werden nur einige wenige
Fasern von der Messerschneide mitgenommen und treten somit nur diese wenigen Fasern
in Eingriff mit den Rippen 5 der Gegenplatte i, so werden die über die Schileide
des Messers hinweggeschleppten Fasern zerrissen und aneinander gerieben. Liegt im
Gegensatz hierzu eine größere Ansammlung von Fasern in Form eines Bausches vor,
so wird angenommen, daß die Fasern gegenüber dieser Reibwirkung sich gegeneinander
schützen. In jedem Fall konnte festgestellt werden, daß bei einem vergrößerten Rippenabstand
der Verlust an Reißfestigkeit bemerkenswerter und die Bruch- und Berstfestigkeitsentwicklung
(nach Mullen) eine leicht vergrößerte ist. Man hat infolgedessen im Sinne der vorliegenden
Erfindung den Rippenabstand auf 12 mm oder weniger festgelegt, denn nur so erhält
man Ergebnisse, welche schwerlich, wenn nicht überhaupt unmöglich, mit bestehenden
Einrichtungen gezeitigt werden können.
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Besonders gute Ergebnisse wurden mit einer Gegenplatte erzielt, deren
Rippen einen gegenseitigen Abstand von etwa 5 mm aufweisen. Bei einer solchen
Gegenplatte
beträgt, wie aus Fig. 7 bis 12 etwa hervorgeht, die Tiefe der Rillen 4 zwischen
den Rippen 5 = 6 mm. Die Breite der Rippen schwankt von 4,8 mm an den inneren Enden
bis zu 6 mm an den äußeren Enden. Die Tiefe der Rillen und die Breite der Rippen
ist jedoch für die vorliegende Erfindung von untergeordneter Bedeutung. Bei dieser
kommt es allein auf die Breite der Rillen, d. h. auf den Abstand der Rippen an.
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Bei der Herstellung von besonderen Papierarten wird häufig eine größere
Hydratisierung und eine kleinere Ausfaserung verlangt. Dies kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen
Maschine ohne weiter es durch Anwendung eines größeren Winkels zwischen dem Fuß
i i und der Stirnseite 12 (Fig. 9) der Messer erreicht werden. In diesem Fall liegt
weniger eine Neigung zum Reiben der Fasern als die Neigung zum Quetschen und Zerstampfen
der Fasern vor. Im übrigen besitzt die Maschine in diesem Fall die gleiche, oben
beschriebene Gestaltung.
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Die Zerfaserung in der erfindungsgemäßen Maschine ist außerordentlich
wirksam, wenn auch der Vorgang noch nicht vollkommen übersehen werden kann. Es wird
jedoch angenommen, daß die Zerfaserung das Ergebnis des Zusammenwirkens der mechanischen
und hydraulischen Kräfte ist, die auf die Fasern einwirken. Ohne Zweifel rührt das
Zerfasern zum Teil von der mechanischen Wirkung der Messer gegenüber der Gegenplatte
i her. Darüber hinaus liegt in den Hohlräumen 16 unter den Messern 3 eine außerordentliche
Turbulenz vor, welche wahrscheinlich ein kombiniertes hydraulisches und mechanisches
Zerfasern zur Folge hat. Unterstützt wird diese Wirkung zusätzlich noch durch eine
Turbulenz unmittelbar hinter den Rücken 15 der Messer. Es genügt zu sagen, daß die
Zerfaserungswirkung genügend rasch und wirksam eintritt, und zwar ehe die gewünschte
Verfeinerungseinwirkung vollendet ist. Ein vergrößerter Verbrauch an Kraft ist nicht
zu verzeichnen. Der Energieverbrauch ist der gleiche, unabhängig davon, ob der Stoff
in Form von lufttrockenen Bogen zugegeben wird oder in ganz oder teilweise zerfaserter
Form.
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Wie gezeichnet, ist das beschriebene Aggregat innerhalb eines Behälters
angeordnet, der zur Aufnahme von rohem, trockenem Stoff geeignet ist, um so durch
gleichzeitige Vornahme der Zerfaserung und Verfeinerung des Materials an Energie
und Zeit zu gewinnen. Das Aggregat ist einschließlich des Lagergehäuses 25, deT
Welle 6 und einschließlich dem Zylinder 2o, wobei sowohl der Zylinder als auch das
Lagergehäuse durch eine gemeinsame Platte 26 getragen sind, auf der Flachseite 27
eines Behälters 28 befestigt. Die Gegenplatte i und die Messer sind somit frei dem
Zutritt des Behälterinhalts ausgesetzt.
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` Der Behälter ist auf einem Teil seines Umfangs zylindrisch ausgebildet.
An die Flachseite 27 schließt sich zu diesem Zweck die gekrümmte Wandung 29 an,
welche in eine weitere gekrümmte Wandung 30 größeren Krümmungsradius als
die der Wandung 29 übergeht. Die Wandung 30 mündet unter Bildung 'einer Ecke
31 in die Flachwand 27 ein. Das Arbeitsaggregat ist nächst dieser Ecke angeordnet.
Die Drehung des Rotors verursacht eine Förderung der Füllung nach auswärts in allen
senkrecht zur Achse stehenden Richtungen. Um eine gleichmäßige Zirkulation des Behälterinhalts
zu gewährleisten, ist der Rotor durch eine zweckmäßig spiralförmige 'Wandung 32
(Fig. 2) teilweise umfaßt. Diese Wandung bewirkt eine Umleitung des vom Rotor geförderten
Materials in derjenigen Richtung, in der das Material durch den Rotor von der nicht
abgedeckten Seite gefördert wird. Die Art der Zirkulation ist in Fig. i und :2 durch
Pfeile angedeutet: Ein Teil der Masse wird im wesentlichen senkrecht nach oben gefördert
(Fig. 2), wo sie durch einen Schirm 33 abgelenkt wird, um so das Untertauchen von
Bestandteilen, die zum Schwimmen neigen, zu fördern. Der Bodenteil 34 der Wandung
32 ist mit Durchbrechungen 35 (Fig. 13) versehen, durch welche die fertig bearbeitete
Masse abgezogen wird. Die Wandung 32 ist durch eine äußere Gehäusewandung 36 umfaßt,
welche einen tiefliegenden Teil 37 und eine Öffnung 38 besitzt.
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Wenn erwünscht, kann die Zirkulationswirkung des Rotors durch Anordnung
einer Mehrheit von Flügeln 39 am Ring 8 gesteigert werden. Diese Flügel 39 sind
gegenüber einer Radiallinie geneigt angeordnet. Ein Flügel 4o auf der Welle 6 ist
ebenfalls dazu geeignet, die Zirkulation zu unterstützen und vor allen Dingen Ansammlungen
von Masse um den Rotor herum zu verhindern. Derartige Flügel unterstützen die Zerfaserung
der Masse, haben aber keinen Einfluß auf die Veränderung oder Abkürzung der Faser.
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Für den normalen Betrieb wird der Maschine zunächst die geeignete
Menge Wassers und dann erst die zu zerfasernde Masse zugeführt. Wasser und Masse
stehen in einem Verhältnis derart, daß eine Konsistenz von 4 bis 6 % erhalten wird.
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Ein Vorteil der Maschine besteht in der Fähigkeit, eine vollkommene
Charge trockenen Stoffes gleichzeitig aufzunehmen. Es können ganze Ballen von trockenem
Stoff ohne Trennung der einzelnen Bogen zugesetzt werden. Beim Betrieb der Maschine
kann man, um eine maximale Festigkeitsentwicklung herbeizuführen, zunächst mit einem
verhältnismäßig kleinen Druck zwischen Messern und Gegenplatte arbeiten, um zu einem
geeigneten Punkt erhöhten Druck aufzuwenden und so auch ein Schneiden der Faser
für eine gute Blattbildung zu gewährleisten.