DE102007003464B4

DE102007003464B4 - Kühlvorrichtung für Druckmaschinen

Info

Publication number: DE102007003464B4
Application number: DE102007003464A
Authority: DE
Inventors: Andreas Harig
Original assignee: Technotrans SE
Current assignee: Technotrans SE
Priority date: 2007-01-24
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2012-10-18
Anticipated expiration: 2027-01-25
Also published as: JP2010516993A; CN101594996B; US20100005820A1; CN101594996A; EP2114679A1; WO2008089982A1; EP2114679B1; DE102007003464A1

Abstract

Kühlvorrichtung für Druckmaschinen mit einem primären Kältekreis (10) und einem sekundären Kühlwasserkreis (12), dadurch gekennzeichnet, dass der Kältekreis (10) einen digitalen Scroll-Verdichter (14) enthält, der mithilfe eines Reglers (34) zwischen Schaltzuständen ”volle Leistung” und ”keine Leistung” umschaltbar ist und dass der Regler (34) zugleich mit einem Entspannungsventil (18) des Kältekreises (10) in Verbindung steht, derart, dass ein Schaltrhythmus des Scroll-Verdichters (14) mit der Regelung des Entspannungsventils (18) koordinierbar ist, sodass Temperaturen im Kühlwasserkreis (12) weitgehend ausgeglichen werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für Druckmaschinen mit einem primären Kältekreis und einem sekundären Kühlwasserkreis.
Druckmaschinen erzeugen beim Druckprozeß Wärme, die abgeführt werden muß, da sie die Druckqualität negativ beeinflußt. Entsprechend wird beim Drucken eine Kühlung mithilfe eines Feuchtmittels, das für den Offsetdruck verwendet wird, herbeigeführt. Es ist auch bekannt, ein Kühlmedium, insbesondere Kühlwasser durch das Innere der Druckwalzen oder einiger Druckwalzen zirkulieren zu lassen. Eine weitgehend konstante Kühlmitteltemperatur, deren Schwankungsbreite unterhalb von 1°C liegt, kann die Druckqualität sehr günstig beeinflussen.
Um eine derart genau konstante Kühlmitteltemperatur zu erreichen, kann zum einen eine Regelung im Kühlwasser selbst erfolgen. Andererseits besteht aber auch die Möglichkeit, bereits in einem Primärkreis, der als Kältekreis ausgebildet ist, eine Regelung durchzuführen.
Die EP 713 767 A1 beschreibt eine Anordnung zur Temperierung eines Feuchtmittels und/oder ausgewählter Walzen einer Druckmaschine, die ein erstes offenes Umlaufsystem zur Versorgung einer Feuchtmittel-Auftragseinrichtung und ein zweites geschlossenes Umlaufsystem mit einem Kühlfluid umfasst. Jedem Umlaufsystem ist ein Wärmetauscher zugeordnet.
Die Regelung des Kältekreises hat den Vorteil, dass er apparativ im allgemeinen mit geringerem Aufwand möglich ist. Es können drehzahlgeregelte Kompressoren verwendet werden, die allerdings den Nachteil haben, dass sie relativ teure Frequenzumformer benötigen.
Kostengünstiger wäre das einfache Ein- und Ausschalten des Kompressors, jedoch begrenzen die Kompressoren-Hersteller im allgemeinen die zulässigen Schaltspiele auf ca. sechs pro Stunde. Da diese geringe Zahl von Schaltspielen zu einer nicht unerheblichen Trägheit der Regelung führen muß, ist zusätzlich ein ausreichend großer Puffertank für das Kühlwasser erforderlich, der Änderungen der Kühlwassertemperatur weitgehend abfängt und zu einer im wesentlichen konstanten Kühlmitteltemperatur beiträgt. Der hierzu benötigte relativ große Tank macht eine Anlage sperrig und teuer, so dass die Fachwelt bestrebt ist, diesen Tank möglichst einzusparen.
Es sind in jüngerer Zeit sogenannte Scroll-Verdichter bekannt geworden, deren Verdrängungsraum aus zwei, ineinandergreifenden Spiralen besteht. Durch Auseinanderziehen der Spiralen in Axialrichtung kann die Kompressionswirkung schlagartig abgeschaltet werden, ohne dass der Motor des Kompressors abgeschaltet werden muß. Es ist also möglich, einen Scroll-Verdichter problemlos und weitaus häufiger als sechsmal pro Stunde ein- und auszuschalten und so eine Regelung der Kompressorleistung zu erreichen. Diese Regelung, die jeweils von 0 auf 100 erfolgt, ist jedoch relativ grob, so dass es notwendig ist, eine Glättung des Regelungsverlaufs herbeizuführen. Für Kühlsysteme für Druckmaschinen sind Scroll-Verdichter bisher, so weit ersichtlich, wegen der sehr groben, ”digitalen” Steuerung dieser Verdichter nicht verwendet worden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung einer Druckmaschine zu schaffen, die es gestattet, die Kühlmitteltemperatur weitgehend konstant zu halten, ohne dass ein aufwendiger, drehzahlgeregelter Kompressor und/oder ein sperriger und geräumiger Ausgleichstank erforderlich sind.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Kältekreis einen digitalen Scroll-Verdichter enthält, der mithilfe eines Reglers zwischen den Schaltzuständen ”volle Leistung” und ”keine Leistung” umschaltbar ist und dass der Regler zugleich mit dem Entspannungsventil des Kältekreises in Verbindung steht, derart, dass der Schaltrhythmus des Scroll-Verdichters mit der Regelung des Entspannungsventils koordinierbar ist, sodass die Temperaturen im Kühlwasserkreis weitgehend ausgeglichen werden.
Durch abgestimmte Regelung des Scroll-Verdichters und des Entspannungsventils im Kältekreis kann der Temperaturverlauf im Verdampfer wesentlich geglättet werden. Wenn der Scroll-Verdichter beispielsweise in einem festgesetzten Zeittakt ein- und ausgeschaltet wird, kann dieser Zeittakt bei der Regelung des Entspannungsventils berücksichtigt werden. Dabei wird das Entspannungsventil vorzugsweise gebildet durch ein stufenlos regelbares elektronisches Ventil. Dadurch kann das Entspannungsventil sehr fein und jeweils unter Berücksichtigung des gegenwärtigen und des folgenden Schaltzustandes des Scroll-Verdichters geregelt werden.
Eine weitere Glättung der Temperatur im Sekundärkreis kann dadurch erreicht werden, dass ein sehr masseträchtiger Wärmetauscher als Verdampfer verwendet wird, also ein Verdampfertyp mit großem Kältemittel- bzw. Kühlmittelvolumen. Als ein derartiger Wärmetauscher kommt vor allem ein Koaxial-Wärmetauscher in Betracht, gegebenenfalls auch ein Rohrbündelwärmetauscher, weniger dagegen ein üblicher Plattenwärmetauscher mit relativ geringem Innenvolumen.
Die Erfindung ermöglicht eine relativ preiswerte Lösung des Temperierungsproblems bei Druckmaschinen. Insbesondere kann auf der Sekundärseite ein großer Puffertank für das Kühlmittel eingespart werden, und damit verringert sich auch die Menge des benötigten Kühlwassers. Im übrigen entfallen die Entsorgungskosten für eine größere Menge Kühlwasser, und schließlich kann die Peripherie einer Druckanlage, zu der insbesondere auch das Kühlsystem gehört, erheblich vereinfacht und verbilligt werden.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur ist ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.
In der Zeichnung ist auf der rechten Seite eine Kältekreis 10 und auf der linken Seite ein Kühlmittelkreis 12 gezeigt. Als Kühlmittel innerhalb des Kühlmittelkreises kommt insbesondere Wasser in Betracht.
Der Kältekreis umfaßt einen Kompressor oder Verdichter 14, einen Kondensator 16, ein Entspannungsventil 18 und einen Verdampfer 20, die in der genannten Reihenfolge in einem Kreis angeordnet sind. Mit 22 ist ein Sammelbehälter für die kondensierte Flüssigkeit bezeichnet, der eine gewisse Pufferfunktion im Kältekreis ausübt.
Ein Unterkreis 24 verbindet die Ausgangsseite mit der Eingangsseite des Kompressors. Der Unterkreis 24 enthält ein Bypassventil 26.
Wenn das Bypassventil 26 geöffnet wird, wird das Kältemittel, das den Kompressor 14 in komprimiertem Zustand verläßt, zum Auseinanderdrücken der beiden Spiralen verwendet. Der Kompressor läuft in diesem Stadium ohne Leistung.
Der Unterkreis 24 symbolisiert also die Funktion eines sogenannten Scroll-Verdichters oder Scroll-Kompressors. Ein Scroll-Verdichter weist eine Verdrängerkammer auf, die durch zwei ineinandergreifende Spiralen gebildet wird. Wenn die beiden Gehäuseteile axial auseinandergezogen werden, wird die Kompressionswirkung schlagartig unterbrochen. Dieser Schaltvorgang kann beliebig oft und in einem beliebigen Zeittakt erfolgen. Es ist daher möglich, den Verdichter 14 so zu steuern, dass er in einem vorgegebenen Puls-Pausenverhältnis ein- und ausgeschaltet wird. Diese Arbeitsweise ist bei einem üblichen Kompressor deshalb nicht möglich, weil das Ein- und Ausschalten mit Rücksicht auf die erwünschte Lebensdauer nur mit Einschränkungen möglich ist, wie eingangs ausgeführt wurde.
Stromabwärts des Verdampfers 20 befindet sich ein Temperaturfühler 28 in dem Kältekreis. Die Bewegungsrichtung des Kältemittels in dem Kältekreis ist durch Pfeile gekennzeichnet.
Das Expansionsventil 18, das Bypassventil 26 und der Temperaturfühler 28 sind über Steuerleitungen 30, 32 mit einer Regeleinheit 34 verbunden.
Bevor die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Kältekreis-Steuerung dargestellt wird, soll zunächst der Kühlmittelkreis 12 kurz erläutert werden. In dem als Wärmetauscher ausgebildeten Verdampfer 20 kommt es zu einem Wärmeaustausch zwischen dem verdampfenden Kältemittel und dem Kühlwasser im Kühlmittelkreis. In diesem Kühlmittelkreis befindet sich im übrigen ein Pufferbehälter 36 und ein Temperaturfühler 38 vor der symbolisch angedeuteten Druckwalze 40 und einer Heizeinrichtung 42 sowie eine Umwälzpumpe 44 hinter der Druckwalze 40 zwischen dieser und dem Verdampfer-Wärmetauscher 20. Die Druckwalze 40 steht symbolisch für die kühlbedürftigen Verbrauchsstellen einer Druckmaschine. Die Heizeinrichtung 42 ist für den Fall vorgesehen, dass der Kühlmittelstrom in dem Kühlmittelkreis 12 auf eine zu niedrige Temperatur abgefallen ist. Der Temperaturfühler 38 kontrolliert die Temperatur des Kühlmittels.
Erfindungsgemäß soll jedoch die Temperaturregelung in erster Linie im Primärkreis, also in dem Kältekreis 10 erfolgen.
Wie zuvor erwähnt wurde, soll der Kompressor 14 ein Scroll-Verdichter oder Scroll-Kompressor sein. Die Besonderheit eines digitalen Scroll-Verdichters besteht in der Regelbarkeit der beiden Spiralen, die zur Kältemittelkomprimierung verwendet werden. Die beiden Spiralen können in axialer Richtung auseinandergerückt werden und ermöglichen es auf diese Weise, die Kompressionsleistung ein- und auszuschalten, ohne dass der Antriebsmotor ausgeschaltet werden muß. Die beiden Spiralen werden entweder auseinandergerückt und liefern in diesem Fall keine Leistung, oder sie werden zusammengeschoben und zusammengehalten und liefern dann die maximale Kompressionsleistung. Es handelt sich also um eine reine Ja-Nein-Regelung, so dass von einem digitalen Verdichter sprechen kann. Die Leistungsregelung kann durch Puls-Weitenmodulation erfolgen, bei der das Verhältnis der Ein- und Aus-Phasen des Kompressors variiert wird. So wird beispielsweise bei einem Schaltzyklus von 20 Sekunden für 10% der Kälteleistung der Kompressor für 2 Sekunden geschlossen und 18 Sekunden offengehalten und für 100% der Leistung 20 Sekunden geschlossen gehalten.
Wenn diese Art der digitalen Regelung mit der Regelung des Entspannungsventils 18 koordiniert wird, ist eine sehr feine und stetige Regelung des Kältekreises möglich, der es letztlich gestattet, die Kühlwassertemperatur unterhalb einer Hysterese von 1°C zu halten.
Durch Koordination des Bypassventils 26 und des Entspannungsventils 18 über die gemeinsame Regeleinheit 34 kann bei richtiger Ausführung eine voreilende Regelung des Entspannungsventils 18 erreicht werden, durch das die Druckschwankungen im Kältekreis und dadurch letztlich die Temperaturen im Kühlmittelkreis 12 weitgehend ausgeglichen werden.

Claims

Kühlvorrichtung für Druckmaschinen mit einem primären Kältekreis (10) und einem sekundären Kühlwasserkreis (12), dadurch gekennzeichnet, dass der Kältekreis (10) einen digitalen Scroll-Verdichter (14) enthält, der mithilfe eines Reglers (34) zwischen Schaltzuständen ”volle Leistung” und ”keine Leistung” umschaltbar ist und dass der Regler (34) zugleich mit einem Entspannungsventil (18) des Kältekreises (10) in Verbindung steht, derart, dass ein Schaltrhythmus des Scroll-Verdichters (14) mit der Regelung des Entspannungsventils (18) koordinierbar ist, sodass Temperaturen im Kühlwasserkreis (12) weitgehend ausgeglichen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entspannungsventil (18) als stufenlos regelbares Ventil ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verdampfer (20) ein Koaxial-Wärmetauscher ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (20) ein Rohr-Wärmetauscher ist.