EP1318235B1 - Verfahren und Kalander zum Glätten einer Faserstoffbahn - Google Patents

Verfahren und Kalander zum Glätten einer Faserstoffbahn Download PDF

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EP1318235B1
EP1318235B1 EP20020024768 EP02024768A EP1318235B1 EP 1318235 B1 EP1318235 B1 EP 1318235B1 EP 20020024768 EP20020024768 EP 20020024768 EP 02024768 A EP02024768 A EP 02024768A EP 1318235 B1 EP1318235 B1 EP 1318235B1
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EP
European Patent Office
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web
roller
roll
shell
speed
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EP20020024768
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EP1318235A3 (de
EP1318235A2 (de
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Rüdiger Dr. Kurtz
Josef Schneid
Thomas Hermsen
Udo Gabbusch
Harald Hess
Rainer Fenske
Alexander Wassermann
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Voith Patent GmbH
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Voith Patent GmbH
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/006—Calenders; Smoothing apparatus with extended nips

Definitions

  • the invention relates to a method for smoothing a fibrous web, in particular a paper or board web, in which the web is passed through a nip formed between a roll and a circulating jacket pressed against the roll by a support shoe. Furthermore, the invention relates to a calender for smoothing a fibrous web, in particular a paper or board web, with a nip formed between a roller and a pressed against the roller by a support shoe circumferential jacket.
  • Paper or board webs usually need to be smoothed during their manufacturing process. There should a surface be generated, which can be printed better later.
  • one roller is designed as a soft roller, i. it has a certain yielding surface, while the other roller is formed as a hard roller with a smooth surface. The smoothness of the smooth surface should then be impressed into the surface of the web.
  • FR 2 325 764 A shows a device for producing smoothness and gloss on paper and board webs or the like, in which at least two rollers of different hardness cooperate.
  • One of the rollers may have a drive or a brake. Due to the resulting slip between the two rollers, a good gloss is produced on the paper.
  • the invention has for its object to improve the smoothness of the web.
  • This object is achieved in a method of the type mentioned fact that that one with the roller a circumferential speed which deviates from the peripheral speed of the shell and one selects the sheath of a material whose coefficient of friction against the web at least by a factor of 1.5 greater than the coefficient of friction of the web against the surface of the roller.
  • the jacket can be designed in different ways.
  • One possibility is the use of a relatively stiff shell, which is elastic enough to adapt to the curvature of the roll, but otherwise rotates virtually in the manner of a roller.
  • This jacket can be provided with discs on the front side.
  • Another option is to use a less stiff one Bandes, which is guided over support rollers in a circuit, wherein the deflection rollers define a polygon practically. Such a band can also be relatively thin.
  • the jacket of a material whose coefficient of friction against the web is at least a factor of 1.5 greater than the coefficient of friction of the web against the surface of the roll. This ensures that the main relative movement takes place between the web and the roll, ie the flat-nip limiting element with the smoother surface. The web is held at the higher speed of the roll, so to speak, on the mantle, because here the frictional forces are greater.
  • the roller is rotated at a higher peripheral speed than the shell.
  • the roller thus achieves a certain lead over the jacket. This is easier to realize because you can drive the roller easier than the coat.
  • the roller is heated.
  • a heated roller gives heat to the web in the nip.
  • the heat promotes the smoothing process, so that one can observe an even better increase in the smoothness of the web in the nip.
  • the roller is rotated at a peripheral speed which is greater than the running speed of the web. This ensures that in fact a friction smoothing takes place on the side of the web which bears against the roller.
  • the object is achieved in a calender of the type mentioned above in that the roller is a first Speed influencing device and the jacket has a second speed-influencing device, wherein both speed-influencing devices generate different circumferential speeds of roller and jacket and the jacket relative to the web has at least a factor of 1.5 greater coefficient of friction than the roller relative to the web.
  • this embodiment has the advantage that the web is subjected to substantially lower compressive stresses in the nip than in a normal nip formed between two rollers.
  • the reduction of the compressive stress is compensated by the increased residence time of the web in the nip, which is given by a larger extension of the broad nip in the circumferential direction.
  • the different speeds are realized by the speed influencing devices, which can be designed both as a drive and as a brake.
  • the control of the speeds of the shell and roller is relatively easy to implement in this way.
  • the roller is heated. Heat can be introduced into the web in the nip via a heated roller, which further promotes the smoothing process.
  • the jacket has a brake.
  • the roller can be driven instead. Since additional drive is typically provided by the web passing through the nip, the brake on the shell is a relatively simple way to set the speed of the shell other than the speed of the roller.
  • a calender 1 for smoothing a paper or board web 2, hereinafter referred to as "web" for short, has a similar structure to a 2-roll calender.
  • the calender 1 has a roller 3 which has a hard, smooth surface, for example a polished steel roller.
  • the roller 3 does not cooperate with a second roller, but with a jacket 4 which is pressed against the surface of the roller 3 over the action of a support shoe 5 over a predetermined peripheral area.
  • the support shoe 5 has a pressure surface 6, the curvature of the curvature of the roller 3 is adapted.
  • the pressure surface 6 is lubricated, for example, by a hydrostatic lubrication, so that the jacket 4 can slide smoothly on the support shoe 5.
  • the jacket 4 is in this case so flexible and yielding that it can assume a concave shape of the usually prevailing over its circumference convex shape in the region of the support shoe 5.
  • the jacket 4 is usually formed from a plastic.
  • the jacket 4 is guided over support rollers 7, 8, 9, so that the peripheral surface of the shell 4 describes a circulation practically in the manner of the peripheral surface of a roller.
  • nip 10 Between the shell 4 and the roller 3, a nip 10, a so-called broad nip is formed, which the web 2 passes in the direction of an arrow 11.
  • a pressure in the extended nip 10 is generated by means of the support shoe 5, which then of course also acts on the web 2. Since the web rests on the smooth surface of the roller 3, in particular this side is smoothed by the smoothness of the surface of the roller 3 is impressed on the surface of the web 2.
  • the smoothing process is also supported by a heating device 12, which acts on the roller 3.
  • the heater is shown here as acting on the outside of the roller 3 heater.
  • This heater 12 may act, for example, inductively, with infrared rays, with hot air or otherwise from the outside to the roller 3.
  • this heating device 12 it is also possible to supply the roller 3 with a heat transfer medium, for example by peripheral bores, which are arranged in the vicinity of the outer diameter of the roller 3.
  • the roller 3 is thus a heated roller, which can deliver heat to the continuous web 2 in the extended nip 10.
  • a control device 13 which controls the peripheral speed of the roller 3 on the one hand and the peripheral speed of the shell 4 on the other hand.
  • the control device 13 acts on a drive 14 of the roller 3 and on a brake 15, with which one of the support rollers 7-9, preferably the wide nip 10 in the feed direction closest adjacent support roller 9 is braked.
  • the roller 3 receives a higher circulation speed than the jacket 4.
  • the speed differences can be quite considerable.
  • the roller 3 may rotate so that its peripheral speed is three times higher than the peripheral speed of the shell 4.
  • the roll 3 also rotates at a higher peripheral speed than the speed of the web 2.
  • the jacket 4 has a greater coefficient of friction with respect to the web than does the roll 3 with respect to the web 2.

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  • Paper (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Glätten einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, bei dem die Bahn durch einen Breitnip geleitet wird, der zwischen einer Walze und einem durch einen Stützschuh gegen die Walze gepreßten umlaufenden Mantel gebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Kalander zum Glätten einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, mit einem Breitnip der zwischen einer Walze und einem durch einen Stützschuh gegen die Walze gepreßten umlaufenden Mantel gebildet ist.
  • Ein Verfahren und ein Kalander der eingangs genannten Art sind aus WO 01/83883 A1 bekannt.
  • Papier- oder Kartonbahnen müssen in der Regel im Laufe ihres Herstellungsverfahrens geglättet werden. Dabei soll eine Oberfläche erzeugt werden, die später besser bedruckt werden kann.
  • Es ist hierzu bekannt, die Bahn durch mindestens einen Nip zu leiten, der zwischen zwei Walzen ausgebildet ist. In der Regel ist die eine Walze als weiche Walze ausgebildet, d.h. sie weist eine in gewissen Grenzen nachgiebige Oberfläche auf, während die andere Walze als harte Walze mit einer glatten Oberfläche ausgebildet ist. Die Glätte der glatten Oberfläche soll sich dann in die Oberfläche der Bahn einprägen.
  • Bei der Glättung gibt es mehrere Einflußfaktoren, die sich zwar positiv auf die Glätte auswirken, unter Umständen aber negative Einflüsse auf andere Eigenschaften der Bahn haben können. Beispielsweise führt ein hoher Druck im Nip dazu, daß die Bahn zwar gut geglättet wird, aber einen teilweise erheblichen Volumenverlust, d.h. eine Verminderung des Bulk, erleidet.
  • FR 2 325 764 A zeigt eine Einrichtung zur Erzeugung von Glätte und Glanz auf Papier- und Kartonbahnen oder dergleichen, bei der mindestens zwei Walzen unterschiedlicher Härte zusammenwirken. Eine der Walzen kann einen Antrieb oder eine Bremse aufweisen. Aufgrund des dadurch auftretenden Schlupfes zwischen den beiden Walzen wird ein guter Glanz auf dem Papier erzeugt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Glätte der Bahn zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß daß man die Walze mit einer Umfangsgeschwindigkeit betreibt, die von der Umlaufgeschwindigkeit des Mantels abweicht und man den Mantel aus einem Material wählt, dessen Reibungskoeffizient gegenüber der Bahn mindestens um den Faktor 1,5 größer ist als der Reibungskoeffizient der Bahn gegenüber der Oberfläche der Walze.
  • Mit dieser Ausgestaltung erzielt man eine relativ hohe Verweilzeit der Bahn im Nip. Dies liegt daran, daß der Breitnip in Umfangsrichtung eine wesentlich größere Behandlungslänge aufweist, als ein Nip, der nur zwischen zwei Walzen gebildet ist. Bei ansonsten gleichen Kräften weist der Breitnip eine wesentlich geringere Druckspannung auf als ein sogenannter "normaler" Nip zwischen zwei Walzen, so daß man volumenschonender glätten kann. Der Bulk wird also nicht oder nicht in dem Maße wie bei einem normalen Nip vermindert. Die unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten von Walze und Mantel bewirken, daß die Bahn durch eine Friktionsglättung geglättet wird, d.h. durch eine Relativbewegung von Walze und/oder Mantel zur Bahn. Da die Verweilzeit der Bahn im Breitnip wesentlich länger ist, ist natürlich auch die Einwirkzeit der Reibungsbewegung wesentlich größer, so daß man eine verbesserte Glätte erzielen kann. Alternativ dazu kann man die Bahn mit einer größeren Geschwindigkeit durch den Nip fahren. Der Mantel kann auf unterschiedliche Arten ausgebildet sein. Eine Möglichkeit ist die Verwendung eines relativ steifen Mantels, der elastisch genug ist, um sich an die Krümmung der Walze anzupassen, im übrigen aber praktisch nach Art einer Walze umläuft. Dieser Mantel kann stirnseitig mit Scheiben versehen sein. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines weniger steifen Bandes, das über Stützrollen in einem Umlauf geführt wird, wobei die Umlenkrollen praktisch ein Polygon definieren. Ein derartiges Band kann auch relativ dünn sein. Wenn man den Mantel aus einem Material wählt, dessen Reibungskoeffizient gegenüber der Bahn mindestens um den Faktor 1,5 größer ist als der Reibungskoeffizient der Bahn gegenüber der Oberfläche der Walze. Damit stellt man sicher, daß die hauptsächliche Relativbewegung zwischen der Bahn und der Walze erfolgt, d.h. dem den Breitnip begrenzenden Element mit der glatteren Oberfläche. Die Bahn wird bei der höheren Geschwindigkeit der Walze sozusagen auf dem Mantel festgehalten, weil hier die Reibungskräfte größer sind.
  • Vorzugsweise dreht man die Walze mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit als den Mantel. Die Walze erzielt also eine gewisse Voreilung gegenüber dem Mantel. Dies ist einfacher zu realisieren, weil man die Walze leichter antreiben kann als den Mantel.
  • Bevorzugterweise beheizt man die Walze. Eine beheizte Walze gibt im Breitnip Wärme an die Bahn ab. Die Wärme fördert den Glättungsprozeß, so daß man eine noch bessere Glättesteigerung der Bahn im Nip beobachten kann.
  • Bevorzugterweise dreht man die Walze mit einer Umfangsgeschwindigkeit, die größer ist als die Laufgeschwindigkeit der Bahn. Damit ist sichergestellt, daß tatsächlich eine Friktionsglättung auf der Seite der Bahn erfolgt, die an der Walze anliegt.
  • Die Aufgabe wird bei einem Kalander der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Walze eine erste Geschwindigkeitsbeeinflussungseinrichtung und der Mantel eine zweite Geschwindigkeitsbeeinflussungseinrichtung aufweist, wobei beide Geschwindigkeitsbeeinflussungseinrichtungen unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten von Walze und Mantel erzeugen und der Mantel gegenüber der Bahn einen mindestens um den Faktor 1,5 größeren Reibungskoeffizienten als die Walze gegenüber der Bahn aufweist.
  • Wie oben im Zusammenhang mit dem Verfahren ausgeführt, hat diese Ausgestaltung den Vorteil, daß man die Bahn im Breitnip mit wesentlich geringeren Druckspannungen beaufschlagt, als in einem normalen Nip, der zwischen zwei Walzen ausgebildet ist. Die Verminderung der Druckspannung wird aber ausgeglichen durch die vergrö-ßerte Verweilzeit der Bahn im Breitnip, die durch eine größere Erstreckung des Breitnips in Umfangsrichtung gegeben ist. Zusätzlich kommt hinzu, daß man durch die unterschiedlichen Umfangs- oder Umlaufgeschwindigkeiten von Walze und Mantel eine Reibungs- oder Friktionsglättung an der Bahn bewirkt. Die unterschiedlichen Geschwindigkeiten werden durch die Geschwindigkeitsbeeinflussungseinrichtungen realisiert, die sowohl als Antrieb als auch als Bremse ausgebildet sein können. Die Steuerung der Geschwindigkeiten von Mantel und Walze ist auf diese Weise relativ einfach zu realisieren. Da der Mantel gegenüber der Bahn einen größeren Reibungskoeffizienten als die Walze gegenüber der Bahn aufweist, hat dies zur Folge, daß bei einem Unterschied in den Umfangsgeschwindigkeiten von Walze und Mantel sich eher die Walze relativ zur Bahn bewegt als der Mantel relativ zur Bahn. Da die Walze in der Regel die glattere Oberfläche aufweist, führt dies dann zu einer verbesserten Reibungsglättung.
  • Vorzugsweise ist die Walze beheizt. Über eine beheizte Walze läßt sich Wärme in die Bahn im Breitnip eintragen, was den Glättungsprozeß weiter fördert.
  • Bevorzugterweise weist der Mantel eine Bremse auf. Die Walze kann stattdessen angetrieben werden. Da ein zusätzlicher Antrieb in der Regel durch die Bahn, die durch den Breitnip läuft, gegeben ist, ist die Bremse am Mantel eine relativ einfache Möglichkeit, um die Geschwindigkeit des Mantels anders einzurichten als die Geschwindigkeit der Walze.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigt die
    • einzige Fig.:
    eine schematische Ansicht eines Kalanders zum Glätten einer Faserstoffbahn.
  • Ein Kalander 1 zum Glätten einer Papier- oder Kartonbahn 2, die im folgenden kurz "Bahn" genannt wird, ist ähnlich aufgebaut wie ein 2-Walzen-Kalander. Der Kalander 1 weist eine Walze 3 auf, die eine harte, glatte Oberfläche aufweist, beispielsweise eine polierte Stahlwalze.
  • Die Walze 3 wirkt allerdings nicht mit einer zweiten Walze zusammen, sondern mit einem Mantel 4, der unter der Wirkung eines Stützschuhs 5 über einen vorbestimmten Umfangsbereich an die Oberfläche der Walze 3 angedrückt wird. Der Stützschuh 5 weist eine Andruckfläche 6 auf, deren Krümmung der Krümmung der Walze 3 angepaßt ist. Die Andruckfläche 6 ist geschmiert, beispielsweise durch eine hydrostatische Schmierung, so daß der Mantel 4 reibungsarm über den Stützschuh 5 gleiten kann. Der Mantel 4 ist hierbei so flexibel und nachgiebig, daß er von der normalerweise über seinen Umfang vorherrschenden konvexen Form im Bereich des Stützschuhs 5 eine konkave Form annehmen kann. Der Mantel 4 ist in der Regel aus einem Kunststoff gebildet.
  • Der Mantel 4 ist über Stützrollen 7, 8, 9 geführt, so daß die Umfangsfläche des Mantels 4 einen Umlauf praktisch in der Art wie die Umfangsfläche einer Walze beschreibt.
  • Zwischen dem Mantel 4 und der Walze 3 ist ein Nip 10, ein sogenannter Breitnip ausgebildet, den die Bahn 2 in Richtung eines Pfeiles 11 durchläuft. Dabei wird mit Hilfe des Stützschuhes 5 ein Druck im Breitnip 10 erzeugt, der dann natürlich auch auf die Bahn 2 wirkt. Da die Bahn an der glatten Oberfläche der Walze 3 anliegt, wird insbesondere diese Seite geglättet, indem sich die Glätte der Oberfläche der Walze 3 auf die Oberfläche der Bahn 2 einprägt.
  • Unterstützt wird der Glättprozeß noch durch eine Heizeinrichtung 12, die auf die Walze 3 wirkt. Die Heizeinrichtung ist hier als von außen auf die Walze 3 wirkende Heizeinrichtung dargestellt. Diese Heizeinrichtung 12 kann beispielsweise induktiv, mit Infrarot-Strahlen, mit heißer Luft oder auf andere Weise von außen auf die Walze 3 wirken. Anstelle dieser Heizeinrichtung 12 oder zusätzlich zu einer derartigen Heizeinrichtung 12 ist es auch möglich, der Walze 3 ein Wärmeträgermedium zuzuführen, beispielsweise durch periphere Bohrungen, die in der Nähe des Außendurchmessers der Walze 3 angeordnet sind. Die Walze 3 ist also eine beheizte Walze, die im Breitnip 10 Wärme an die durchlaufende Bahn 2 abgeben kann.
  • Zusätzlich ist eine Steuereinrichtung 13 vorgesehen, die die Umfangsgeschwindigkeit der Walze 3 einerseits und die Umfangsgeschwindigkeit des Mantels 4 andererseits steuert. Dabei wirkt die Steuereinrichtung 13 auf einen Antrieb 14 der Walze 3 und auf eine Bremse 15, mit der eine der Stützrollen 7-9, vorzugsweise die dem Breitnip 10 in Zulaufrichtung am nächsten benachbarte Stützrolle 9 gebremst wird. Auf diese Weise ist es möglich, daß die Walze 3 eine höhere Umlaufgeschwindigkeit erhält als der Mantel 4. Die Geschwindigkeitsunterschiede können durchaus erheblich sein. Beispielsweise kann sich die Walze 3 so drehen, daß ihre Umfangsgeschwindigkeit dreimal höher ist als die Umfangsgeschwindigkeit des Mantels 4.
  • Die Walze 3 dreht sich auch mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit als die Geschwindigkeit der Bahn 2. Zusätzlich ist vorgesehen, daß der Mantel 4 gegenüber der Bahn einen größeren Reibungskoeffizienten aufweist als die Walze 3 gegenüber der Bahn 2. Diese Maßnahmen zusammen stellen sicher, daß sich die Walze 3 gegenüber der Bahn 2 dreht und nicht der Mantel 4 gegenüber der Bahn 2. Auf diese Weise entsteht eine Reibung zwischen der Walze 3 und der Bahn 2, die zu einer Friktionsglättung führt, d.h. die ohnehin schon glatte Oberfläche der Walze 3 führt zu einer noch besseren Glätte in der Oberfläche der Bahn 2 dadurch, daß die Oberfläche der Walze 3 mit einem Schlupf über die Oberfläche der Bahn 2 geführt wird.
  • Aufgrund der relativ langen Verweilzeit der Bahn 2 im Breitnip kann man die Druckspannung im Breitnip 10 niedrig halten. Dies schont das Volumen der Bahn 2. Gleichzeitig verlängert sich die Einwirkzeit der Walze 3. Dies kann man umgekehrt ausnutzen, um die Durchlaufgeschwindigkeit der Bahn 2 durch den Breitnip 10 zu steigern. Man kann also durchaus noch hervorragende Glättewerte erzielen, auch wenn man die Geschwindigkeit der Bahn 2 in nennenswertem Maße steigert.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Glätten einer Faserstoffbahn (2), insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, bei dem die Bahn durch einen Breitnip (10) geleitet wird, der zwischen einer Walze (3) und einem durch einen Stützschuh (5) gegen die Walze (3) gepreßten umlaufenden Mantel (4) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß man die Walze (3) mit einer Umfangsgeschwindigkeit betreibt, die von der Umlaufgeschwindigkeit des Mantels (4) abweicht und man den Mantel (4) aus einem Material wählt, dessen Reibungskoeffizient gegenüber der Bahn (2) mindestens um den Faktor 1,5 größer ist als der Reibungskoeffizient der Bahn (2) gegenüber der Oberfläche der Walze (3).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Walze (3) mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit als den Mantel (4) dreht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Walze (3) beheizt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Walze (3) mit einer Umfangsgeschwindigkeit dreht, die größer ist als die Laufgeschwindigkeit der Bahn (2).
  5. Kalander (1) zum Glätten einer Faserstoffbahn (2), insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, mit einem Breitnip der zwischen einer Walze (3) und einem durch einen Stützschuh (5) gegen die Walze (3) gepreßten umlaufenden Mantel (4) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (3) eine erste Geschwindigkeitsbeeinflussungseinrichtung (14) und der Mantel (4) eine zweite Geschwindigkeitsbeeinflussungseinrichtung (15) aufweist, wobei beide Geschwindigkeitsbeeinflussungseinrichtungen (14, 15) unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten von Walze (3) und Mantel (4) erzeugen und der Mantel (4) gegenüber der Bahn (2) einen mindestens um den Faktor 1,5 größeren Reibungskoeffizienten als die Walze (3) gegenüber der Bahn (2) aufweist.
  6. Kalander nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (3) beheizt ist.
  7. Kalander nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (4) eine Bremse (15) aufweist.
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