-
Die Erfindung betrifft einen Kühlwalzenständer zur Kühlung einer hindurchgeführten Materialbahn gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Aus der
WO 2004/039588 A1 und der
DE 103 49 448 B4 ist ein Rotationskörper einer Druckmaschine mit einem Ballen bekannt. Der Ballen umfasst einen Grund- und einen Außenkörper, wobei der Außenkörper Kanäle zum Durchfluss eines Temperierungsmittels aufweist, und der Grundkörper vom Außenkörper thermisch isoliert ist.
-
Die
EP 12 01 429 A2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen einer Materialbahn. Es wird eine Anordnung der Kühlwalzen derart vorgeschlagen, dass eine Materialbahn entlang eines Bahnpfades die Kühlwalzen teilweise umschlingt, wobei der Bahnpfad im Wesentlichen mäanderförmig verläuft. Es werden Kühlwalzen kleineren Durchmessers ohne besonderen inneren Aufbau verwendet.
-
Aus der
EP 10 46 500 B1 ist es bekannt, Kühlwalzen mit einem Durchmesser kleiner als 300 mm derart anzuordnen, dass die Materialbahn diese in Umschlingungswinkeln zwischen 180° und 270° umschlingt.
-
Aus der
EP 09 43 435 A1 ist eine Kühlwalze bekannt, welche mit einem Kühlmedium versorgt wird und einen Zulauf und einen Ablauf aufweist, die an gegenüberliegenden Stirnseiten der Walze angeordnet sind. Durch eine Ausgestaltung des Strömungsbereiches innerhalb der Kühlwalze wird erreicht, dass ein gleichmäßiges Temperaturprofil über die Breite der Walze erzielt wird.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlwalzenständer zur Kühlung einer hindurchgeführten Materialbahn zu schaffen, der bei minimierter Baugröße durch eine effektivere Kühlung der Materialbahn eine höhere Produktionsgeschwindigkeit gestattet.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
-
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine effektivere Kühlung der Materialbahn eine höhere Produktionsgeschwindigkeit gestattet, andererseits kann durch die Verwendung der Kühlwalzen eine Materialeinsparung bzw. eine Baugrößenminimierung eines Kühlwalzenständers erreicht werden.
-
Dabei wird in einem Kühlwalzenständer eine Walze verwendet, die einen Grundkörper und einen thermisch vom Grundkörper isolierten Außenkörper umfasst, wobei im Außenkörper Kanäle zur Durchströmung eines Temperierungsmittels vorgesehen sind. Diese Walze wird im Folgenden als isolierte Kühlwalze bezeichnet.
-
Verschiedene Bahnpfade und Umschlingungswinkel können ebenso vorgesehen sein, wie zusätzliche, die Kühlung unterstützende Mittel.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
-
Es zeigen:
-
1 eine isolierte Kühlwalze im Längsschnitt ohne Schraffur;
-
2 die isolierte Kühlwalze nach 1 in einer Querschnittsdarstellung ohne Schraffur;
-
3 eine perspektivische Darstellung einer isolierten Hülse mit Strömungskanälen;
-
4 einen Kühlwalzenständer mit isolierten Kühlwalzen gemäß einer ersten Ausführungsform;
-
5 einen Kühlwalzenständer gemäß einer zweiten Ausführungsform;
-
6 einen Kühlwalzenständer gemäß einer dritten Ausführungsform;
-
7 einen Kühlwalzenständer gemäß einer vierten Ausführungsform;
-
8 einen Kühlwalzenständer gemäß einer fünften Ausführungsform;
-
9 einen Kühlwalzenständer gemäß einer sechsten Ausführungsform;
-
10 einen Kühlwalzenständer gemäß einer siebten Ausführungsform;
-
11 einen Kühlwalzenständer gemäß einer achten Ausführungsform;
-
12 einen Kühlwalzenständer gemäß einer neunten Ausführungsform;
-
13 einen Kühlwalzenständer gemäß einer zehnten Ausführungsform;
-
14 ein Schema eines Rohranschlusses für Kühlleitungen in einem Kühlwalzenständer;
-
15 einen Kühlwalzenständer mit einem Presseur;
-
16 einen Kühlwalzenständer mit zwei Luftrakeln in einer ersten Anordnung;
-
17 einen Kühlwalzenständer mit zwei Luftrakeln in einer zweiten Anordnung.
-
Anhand der 1 bis 3 werden nachfolgend eine isolierte Kühlwalze 01 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Kühlwalze 01 mit einem thermisch isolierten Grundkörper 02 erläutert.
-
Auf eine sich über die axiale Länge der isolierten Kühlwalze 01 erstreckende vorzugsweise geschlossene zylindrische Oberfläche 03 des Grundkörpers 02 wird eine zylindrische Hülse 04 geschoben, wobei die Hülse 04 entlang ihres Umfangs mehrere Hohlräume 07 in Form von z. B. axial zum Grundkörper 02 verlaufenden Nuten 07 aufweist, wobei vorzugsweise jede Nut 07 als ein Strömungskanal nutzbar ist. Über die axiale Länge der isolierten Kühlwalze 01 sind vorzugsweise mehrere Hülsen 04 vorzugsweise gleicher Breite z. B. durch Aufstecken auf die isolierte Kühlwalze 01 derart aneinandergereiht, dass sich alle Nuten 07 an der Außenfläche der Hülsen 04 jeweils zu einem sich über die axiale Länge der isolierten Kühlwalze 01 erstreckenden durchgängigen Strömungskanal ergänzen. Die Hülsen 04 können jedoch auch z. B. in unterschiedlichen Breiten gefertigt werden, sodass unterschiedlich breite Hülsen 04 zu nahezu jeder beliebigen axialen Länge der isolierten Kühlwalze 01 zusammengesetzt werden können.
-
An einer Stirnseite 08 der isolierten Kühlwalze 01 bzw. an einer Stirnseite 09 einer sich durch die Kühlwalze 01 erstreckenden Welle 11 ist ein kanalartiger Zulauf 12 zur Einleitung eines Wärmeträgermediums in die Kühlwalze 01 vorgesehen, wobei das Wärmeträgermedium z. B. im Inneren der Welle 11 durch die Kühlwalze 01 hindurch bis nahe an die gegenüberliegende zweite Stirnseite 10 der Kühlwalze 01 geleitet wird. Mittels vorzugsweise mehrerer Radialbohrungen 13 wird das Wärmeträgermedium von dort den stirnseitigen Öffnungen der Nuten 07 der in axialer Richtung der Kühlwalze 01 äußersten Hülse 04 zugeführt und in die als Nuten 07 ausgebildeten Strömungskanäle eingeleitet, wonach das Wärmeträgermedium die Nuten 07 in Richtung der ersten Stirnseite 08 der Kühlwalze 01, an der das Wärmeträgermedium in die Kühlwalze 01 eingeleitet wurde, durchströmt. Mittels weiterer Radialbohrungen 14 kann das an den stirnseitigen Öffnungen der Nuten 07 der in axialer Richtung der Kühlwalze 01 letzten Hülse 04 austretende Wärmeträgermedium einem kanalartigen Ablauf 16 zum gesammelten Abführen des Wärmeträgermediums aus der Kühlwalze 01 zugeleitet werden.
-
Bei dieser Ausführung sind die Hülsen 04 vorzugsweise aus einem Kunststoff z. B. in einem Spritzgießverfahren gefertigt und bestehen z. B. aus einem Polyamid. Insbesondere bestehen die Hülsen 04 aus einem thermisch isolierenden Werkstoff. Die an der Außenfläche der Hülse 04 angeordneten Nuten 07 werden vorzugsweise beim Spritzgießen der Hülse 04 ausgebildet. Die Nuten 07 können jedoch auch an der Außenfläche der Hülse 04 eingefräst werden.
-
Nach dem Aufstecken der für die vorzugsweise gesamte axiale Länge der Kühlwalze 01 benötigten Hülsen 04 auf dem Grundkörper 02 und dem Ausrichten ihrer jeweiligen Nuten 07 zur Ausbildung durchgängiger Strömungskanäle werden die Hülsen 04 auf dem Grundkörper 02 vorzugsweise durch eine stoffschlüssige Verbindung, z. B. durch eine Klebung, fixiert und befestigt. Danach wird eine z. B. als ein zylindrisches Rohr ausgebildete Außenhülle 17 auf die aneinander gereihten Hülsen 04 derart aufgebracht, dass die in die Hülsen 04 eingebrachten Nuten 07 abgedeckt sind. Die Hülsen 04 bilden gemeinsam mit der Außenhülle 17 einen Außenkörper 04, 07, 17. In dieser Ausführungsform bildet die zum Außenkörper 04, 07, 17 gehörende Hülse 04 die thermische Isolation zum Grundkörper 02. Es ist aber ebenso möglich, den Grundkörper 02 mit einer thermisch isolierenden Beschichtung zu versehen und den Außenkörper 04 07, 17 einstückig aus gut wärmeleitendem Material zu fertigen.
-
Zwischen den einzelnen Nuten 07 ausgebildete Stege 18 verhindern Leckagen, an denen das die Strömungskanäle durchströmende Wärmeträgermedium unkontrolliert von einer Nut 07 in eine benachbarte Nut 07 übertreten könnte (2 und 3). Die vorzugsweise dünnwandige Außenhülle 17 wird z. B. formschlüssig auf die Hülsen 04 aufgeschoben und an den Hülsen 04 und/oder an dem Grundkörper 02 vorzugsweise stoffschlüssig z. B. durch Schweißen oder Kleben befestigt. Damit ist in den Zwischenraum zwischen der Oberfläche 03 des Grundkörpers 02 und der Innenseite 19 der Außenhülle 17 mindestens eine zylindrische Hülse 04 aus einem thermisch isolierenden Werkstoff eingefügt. Die Außenhülle 17 besteht vorzugsweise aus einem korrosionsfesten und verschleißfesten metallischem Werkstoff. Vorzugsweise ist die Oberfläche des Außenkörpers 04, 07, 17 verchromt. Eine Profilierung oder Gravur der Oberfläche kann ebenso vorgesehen werden.
-
In den 4 bis 13 sind verschiedene Ausführungsformen und Walzenanordnungen eines Kühlwalzenständers 21 dargestellt.
-
Bei den 4 bis 8 werden Ausführungsformen mit einem Umschlingungswinkel der Materialbahn < 180° dargestellt. Sämtliche Kühlwalzen 01 sind hierbei als isolierte Kühlwalzen 01 ausgeführt, diese haben vorzugsweise einen Durchmesser von 200 mm.
-
4 zeigt einen Kühlwalzenständer 21 mit sechs (wahlweise 8) isolierten Kühlwalzen 01. Eine Materialbahn 22 tritt in den Kühlwalzenständer 21 ein und umschlingt auf ihrem Bahnpfad mehrere isolierte Kühlwalzen 01, welche mit römischen Ziffern (I bis VIII) durchnummeriert sind. Die Kühlwalzen 01IbisV sind in dieser Ausführungsform freilaufend. Die erste Kühlwalze 01I ist mit ihrer Längsachse verstellbar, so dass der Bahnpfad variiert werden kann. Die Kühlwalze 01VI ist mittels eines Antriebes 23 angetrieben. Wahlweise kann der Kühlwalzenständer 21 mit zwei weiteren isolierten Kühlwalzen 01VII; 01VIII ausgestattet sein (strichliert dargestellt).
-
In 5 und 6 sind weitere Kühlwalzenanordnungen und Materialbahnpfade dargestellt.
-
Die erste Kühlwalze 01I ist jeweils verstellbar. Eine Kühlwalze 01V bzw. 01VI der Anordnung ist jeweils durch einen Antrieb 23 angetrieben.
-
7 und 8 zeigen Kühlwalzenständer 21, in welchen die Kühlwalzen 01 in ”Omega”-Form angeordnet sind. Die im Bahnlauf der Materialbahn 22 zuerst angeordnete Kühlwalze 01I ist wiederum verstellbar. Der Antrieb 23 treibt eine der Kühlwalzen 01VII an. Gestrichelt dargestellt sind weitere Kühlwalzen 01, welche zusätzlich im Kühlwalzenständer 21 angeordnet werden können.
-
In den 9 bis 13 sind Kühlwalzenständer 21 dargestellt, welche sowohl mit herkömmlichen Kühlwalzen 24, als auch mit isolierten Kühlwalzen 01 ausgestattet sind. Die isolierten Kühlwalzen 01 können in herkömmlichen Kühlwalzenständern sozusagen ”vorgelagert” werden, um die Kühlleistung zu verbessern, oder auch um einzelne Kühlwalzen und deren Antriebe weglassen zu können. Neben dem Vorlagern der isolierten Kühlwalzen 01 ist auch eine Mischbestückung, wie in 13 dargestellt, möglich.
-
14 zeigt ein Verrohrungsschema für einen Kühlwalzenständer 21. Vorteilhaft ist, dass die Zuläufe 12 und Abläufe 16 komplett an der der Antriebsseite A abgewendeten Seite K der Kühlwalzen 01 angeordnet sind. Der Aufbau eines Kühlwalzenständers 21 wird dadurch technologisch und konstruktiv stark vereinfacht.
-
15 zeigt beispielhaft einen abgewandelten Kühlwalzenständer 21, in welchem in Laufrichtung (durch einen Pfeil angedeutet) der Materialbahn 22 z. B. vier isolierte Kühlwalzen 01 angeordnet sind. Die dem Kühlwalzenständer 21 zugeführte Materialbahn 22 wurde zuvor mit mindestens einem Druckwerk einer Druckmaschine (nicht dargestellt), z. B. einer in einem Offsetdruckverfahren druckenden Druckmaschine wie einer Akzidenzdruckmaschine, mit mindestens einer Druckfarbe bedruckt. Nach dem Bedrucken der Materialbahn 22 wird die darauf aufgetragene Druckfarbe in einem Trockner (nicht dargestellt) getrocknet, indem die Materialbahn 22 den Trockner durchläuft, wodurch sich die Materialbahn 22 auf über 100°C, z. B. bis zu 130°C erwärmt. Zur Weiterverarbeitung der bedruckten Materialbahn 22, z. B. zu einem dem Kühlwalzenständer 21 in Laufrichtung (durch einen weiteren Pfeil angedeutet) der Materialbahn 22 nachgeordneten Falzapparat (nicht dargestellt), muss die Materialbahn 22 auf etwa Raumtemperatur abgekühlt werden.
-
Wie aus 15 ersichtlich ist, umschlingt die Materialbahn 22 zur Steigerung der Kühlwirkung die isolierten Kühlwalzen 01 mit einem möglichst großen Umschlingungswinkel.
-
Zur weiteren Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen den Kühlwalzen 01 und der Materialbahn 22 ist z. B. an der ersten Kühlwalze 01I nach dem Einlauf der Materialbahn 22 in den Kühlwalzenständer 21 mindestens ein Presseur 26 vorgesehen, der als eine Walze mit einem im Vergleich zur Kühlwalze 01 deutlich kleineren Durchmesser ausgebildet ist. Der Presseur 26 ist vorzugsweise durch eine Stelleinrichtung 27 an diese erste Kühlwalze 01I anstellbar und/oder von dort abstellbar. Die Stelleinrichtung 27 ist mittels eines z. B. hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Stellglieds 28, beispielsweise ein Arbeitszylinder oder ein Motor, und einer Steuereinrichtung (nicht dargestellt) vorzugsweise fernbetätigbar, z. B. von einem zur Druckmaschine gehörenden Leitstand aus. Die Stelleinrichtung 27 sorgt dafür, dass der Presseur 26 während der Produktion der Druckmaschine zur Kühlung der Materialbahn 22 fest, d. h. durch Aufbringung einer Anpresskraft, an der ersten Kühlwalze 01I angestellt ist. Während des Einführens eines Bahnanfangs der Materialbahn 22 in den Kühlwalzenständer 21 ist der Presseur 26 von der Kühlwalze 01I abgestellt.
-
Der Presseur 26 kann in seiner axialen Erstreckung biegekompensiert sein, wobei der Biegeausgleich insbesondere über äußere Lager erfolgt, in denen ein drehfester Träger des Presseurs 26 gelagert ist. Innere Lager des Presseurs 26 tragen einen seinen Träger umgebenden rotierenden Mantel. Zur Durchführung der Biegekompensation sind im oder am Presseur 26 entsprechende Stellmittel (nicht dargestellt) vorgesehen. Mit diesen Stellmitteln wird entlang der axialen Erstreckung des Presseurs 26 eine möglichst gleichmäßige Linienpressung zur Kühlwalze 01I eingestellt, so dass die Linienpressung weder im Seitenbereich des Presseurs 26 noch in dessen Mittenbereich erhöht ist. Alternativ können innerhalb des Presseurs 26 in dessen axialer Richtung als Stellmittel radial verstellbare Stützelemente vorgesehen sein, mit deren Einstellung sichergestellt werden kann, dass die Anpresskraft quer zur Laufrichtung der Materialbahn 22 konstant bleibt.
-
Dem Presseur 26 sind zur Verbesserung der Anlage der Materialbahn 22 an der Kühlwalze 01I vorzugsweise zwei Luftrakel 29; 31 zugeordnet. Die beiden Luftrakel 29; 31 sind beidseitig der Materialbahn 22 entweder sich gegenüberstehend (16) angeordnet, sodass sich die Materialbahn 22 zwischen den beiden Luftrakel 29; 31 hindurchbewegt, oder die eine Luftrakel 29 ist in Laufrichtung der Materialbahn 22 vor der ersten Kühlwalze 01I und die auf die andere Seite der Materialbahn 22 einwirkende Luftrakel 31 ist in Laufrichtung der Materialbahn 22 nach der ersten Kühlwalze 01I (17) angeordnet.
-
Die vorgeschlagene Vorrichtung kann gleichfalls zur Verbesserung der Anlage der Materialbahn 22 an der Kühlwalze 01I eine elektrostatische Aufladungseinrichtung mit zwei Elektroden besitzen, wobei eine der Elektroden am Presseur 26 anliegt und die andere Elektrode durch die mit diesem Presseur 26 zusammenwirkende Kühlwalze 01I gebildet wird. Dabei wird die Kühlwalze 01I vorzugsweise als geerdete Elektrode geschaltet. Zwischen dem Presseur 26, an dem mit einem in seiner Ausgangsspannung vorzugsweise steuerbaren oder regelbaren Generator (nicht dargestellt) eine Gleichspannung angelegt wird, und der Kühlwalze 01 bildet sich ein elektrostatisches Feld aus, welches die Anlage der Materialbahn 22 an der Kühlwalze 01I durch Ausnutzung elektrostatischer Anziehungskräfte verbessert. Die elektrische Spannung wird dem Presseur 26 z. B. über einen Federkontaktstecker (nicht dargestellt) zugeführt. Eine Alternative zu dem Federkontaktstecker kann darin bestehen, die Gleichspannung berührungslos, z. B. über eine Funkenstrecke, mit einer sich z. B. in Axialrichtung des Presseurs 26 erstreckenden, von der Mantelfläche des Presseurs 26 beabstandeten Elektrode (nicht dargestellt) an dem Presseur 26 anzulegen, wobei die Funkenstrecke aus Gründen des Explosionsschutzes vorzugsweise in einem elektrisch isolierten, gekapselten Gehäuse angeordnet oder ausgebildet ist. Weiter Abwandlungen zum Aufbau des elektrostatischen Feldes zwischen dem Presseur 26 und der Kühlwalze 01 sind möglich, wie beispielsweise die Verwendung eines Schleifelements aus Kunststoff, wobei es in an sich bekannter Weise durch die Relativbewegung zwischen Schleifelement und Presseur 26 zu einer Ladungstrennung und damit Aufladung am Presseur 26 kommt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 01
- Kühlwalze, isoliert
- 02
- Grundkörper
- 03
- Oberfläche
- 04
- Hülse
- 05
-
- 06
-
- 07
- Hohlraum, Nut
- 08
- Stirnseite, erste (01)
- 09
- Stirnseite (11)
- 10
- Stirnseite, zweite (01)
- 11
- Welle
- 12
- Zulauf
- 13
- Radialbohrung
- 14
-
- 15
- Radialbohrung
- 16
- Ablauf
- 17
- Außenhülle
- 18
- Steg
- 19
- Innenseite
- 20
-
- 21
- Kühlwalzenständer
- 22
- Materialbahn
- 23
- Antrieb
- 24
- Kühlwalze, herkömmlich
- 25
-
- 26
- Presseur
- 27
- Stelleinrichtung
- 28
- Stellglied
- 29
- Luftrakel
- 30
-
- 31
- Luftrakel
- A
- Antriebsseite
- K
- Kühlflussseite
