DE102008006269B3

DE102008006269B3 - Presseur sowie dessen Verwendung

Info

Publication number: DE102008006269B3
Application number: DE102008006269A
Authority: DE
Inventors: Lukas Hahne; Franz Knopf; Thomas Litterst
Original assignee: Eltex Elektrostatik GmbH
Current assignee: Eltex Elektrostatik GmbH
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2009-05-14
Anticipated expiration: 2028-01-26
Also published as: ATE548190T1; US20100285228A1; EP2231404B1; WO2009094499A1; JP5357184B2; JP2011510840A; EP2231404A1; US8444538B2; ES2382596T3

Abstract

Ein zum Einsatz mit einer elektrostatischen Druckhilfe dienender Presseur für den Tiefdruck, mit einer Achse oder Welle, mit einem sich daran axial unter Bildung je einer Stirnseite anschließenden Stahlkern, mit einer um diesen herum sich in radialer Richtung erstreckenden elektrischen inneren Isolatorschicht, mit einer an die Außenseite des Presseurs angrenzenden äußeren, elektrisch begrenzt leitenden Schicht und mit einer zwischen dieser und der Isolatorschicht angeordneten elektrisch gut leitenden Leiterschicht kennzeichnet sich dadurch aus, dass die Leiterschicht elektrisch von der Außenseite isoliert gekapselt ist, dass der Presseur mit einer elektrisch von der Außenseite isoliert gekapselten, zwei Pole aufweisenden elektrischen oder elektronischen Schaltung versehen ist, die bezüglich der einen Fließrichtung des elektrischen Stroms von ihrem positiven Pol zu ihrem negativen Pol im Normalbetrieb niederohmig und in der dazu entgegengesetzten Fließrichtung im Störfall hochohmig ist, und dass der eine innere Pol der Schaltung über einen inneren Anschluss mit der Leiterschicht und der äußere Pol des Halbleiters mit einem äußeren Anschluss des Presseurs zum Anschluss an einen Generator verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen gattungsgemässen Presseur nach dem Oberbegriff des Sachhauptanspruchs, also einen zum Einsatz mit einer elektrostatischen Druckhilfe dienender Presseur für den Tiefdruck, mit einer Achse oder Welle, mit vorzugsweise drei Schichten, nämlich einem sich daran axial unter Bildung je einer Stirnseite anschließenden Stahlkern, mit einer um diesen herum sich in radialer Richtung erstreckenden elektrischen inneren Isolatorschicht, mit einer an die Aussenseite des Presseurs angrenzenden äußeren, elektrisch begrenzt leitenden Schicht und mit einer zwischen dieser und der Isolatorschicht angeordneten elektrisch gut leitenden Leiterschicht, sowie die Verwendung des Presseurs.
Einem Generator für hochgespannte Gleichspannungen aufweisende elektrostatische Druckhilfen sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen hinlänglich bekannt. Auch ist die Wirkung und Arbeitsweise solcher Druckhilfen ausführlich beschrieben worden. Allen dieser Ausführungen ist gemeinsam, dass im auch Drucknip genannten Druckspalt, in Abhängigkeit von dem zu bedruckenden Substrat, eine – innerhalb der Grenzen beim Druckprozess – einstellbare elektrische Gleichspannung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes im Druckspalt von dem Generator zur Verfügung steht. Wenn die Druckfarben brennbare Lösemittel enthalten, benötigen alle elektrischen Betriebsmittel im Tiefdruckwerk, insbesondere Hochspannungsgeneratoren eine besondere Zulassung für explosionsgefährdete Bereiche.
Ein gattungsgemässer, sogenannter Dreischicht-Presseur ist bekannt ( EP-0351504-A2 ). Prinzipiell sind die erforderlichen drei Schichten auf dem – über die geerdete Achse oder Welle auch – geerdeten Stahlkern des Presseurs aufgebaut. Eine Schicht liegt als Isolatorschicht auf dem Stahlkern, die zweite Schicht ist eine niederohmige Leiterschicht zur möglichst widerstandslosen Verteilung des elektrischen Potentials in Umfangs- und Achsrichtung des Presseurs und die dritte Schicht weist z. B. begrenzt leitfähiges Gummi oder Polyurethan auf, deren Shore-Härte den Anforderungen des Tiefdruckes genügen muss. Derartige bekannte Dreischicht-Presseure benötigen keinen isolierten Einbau der Presseurlager in das Maschinengestell des Druckwerks (wie z. B. EP-0556463-A1 und EP-1072406-A1 ) und ihre Achse oder Welle liegen dabei auf Erdpotential. Dies ist insbesondere von Vorteil bei der Nachrüstung elektrostatischer Druckhilfen in bestehende Tiefdruckmaschinen, bei denen die nachträgliche Isolierung der Lagerung gar nicht oder nur in Verbindung mit unverhältnismäßig hohen Kosten realisierbar ist.
Ein gravierender Nachteil dieser gattungsgemässen Presseure liegt aber darin, dass sie bauartbedingt aufgrund ihres Aufbaus eine von dem Stahlkern, der Isolatorschicht sowie der Leiterschicht gebildete grosse Kapazität aufweisen und daher – bei deren Entladung – insoweit eine potenzielle Zündquelle darstellen, was selbst beim Betrieb mit in explosionsgefährdeten Bereichen zugelassenen Generatoren für Hochspannung den Verlust von deren Betriebserlaubnis für die Zündschutzart Eigensicherheit nach sich zieht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemässen Presseur nach dem Oberbegriff des Sachhauptanspruchs so weiter auszugestalten, dass er auch im Betrieb mit in explosionsgefährdeten Bereichen zugelassenen Hochspannungsgeneratoren einsetzbar ist und nicht zum Verlust deren Betriebserlaubnis für die Zündschutzart Eigensicherheit führt.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemässen Presseur nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs erfindungsgemäss durch dessen kennzeichnende Merkmale, also dadurch, dass die Leiterschicht elektrisch von der Aussenseite isoliert gekapselt ist, dass der Presseur mit einer elektrisch von der Aussenseite isoliert gekapselten, zwei Pole aufweisenden elektrischen oder elektronischen Schaltung versehen ist, die bezüglich der einen Fließrichtung des elektrischen Stroms von ihrem positiven Pol zu ihrem negativen Pol im Normalberieb niederohmig (Durchlassrichtung) und in der dazu entgegengesetzten Fließrichtung im Störfall hochohmig (Sperrrichtung) ist, und dass der eine innere Pol der Schaltung über einen inneren Anschluss mit der Leiterschicht und der äußere Pol des Halbleiters mit einem äußeren Anschluss des Presseurs zum Anschluss an einen Generator verbunden sind, und durch die nebengeordnete Verwendung eines mit einem äußeren Anschluss als Schleifring, Schleifbürste, Kontaktrolle oder Kontaktfeder ausgebildeten erfindungsgemässen Presseurs nach einem der vorangehenden Ansprüche zusammen mit einem Generator, der nach der Zündschutzart Eigensicherheit ausgebildet ist, gelöst.
Nach Lehre der Erfindung ist also die leitende Leiterschicht derart in einem elektrischen Isolator gekapselt eingebettet, dass diese zu der Aussenseite, z. B. einem explosionsgefährdeten Bereich, keinen direkten Kontakt aufweist und daher von diesem abgeschottet ist. Sie ist mit dem äußeren Anschluss über die elektrische oder elektronische Schaltung nur elektrisch verbunden, welche aber mit Hinblick auf den verwendeten Anschluss des Generators einerseits verhindert, dass sich die Kapazität des Presseurs im Störfall, z. B. einem Kurzschluss niederohmig unter Bildung eines zündfähigen Entladefunkens über den äußeren Anschluss entladen kann, andererseits aber den Aufladestrom für den Normabetrieb des Presseurs hindurchfliessen lässt. Auch die Schaltung selbst ist in einem elektrisch von der Aussenseite isoliert gekapselten Isolator eingebettet gekapselt. Somit kann von der leitfähigen Schicht keinesfalls ein zündfähiger Entladefunke ausgehen.
Es wird daher in zweckmässiger Ausgestaltung der Erfindung sich stets eine – bezüglich der einen Fließrichtung des elektrischen Stroms von seinem positiven Pol zu seinem negativen Pol – im Normalberieb niederohmige Verbindung zwecks Ladung der Kapazität des Presseurs von dem Generator zu dem Presseur und eine – in dazu entgegengesetzter Fließrichtung des elektrischen Entladestroms – hochohmige Verbindung im Störfall einstellen, wenn als äußerer Pol des Halbleiters bei Anschluss an den negativen Ausgang des Generators sein negativer Pol und bei Anschluss an den positiven Ausgang des Generators sein positiver Pol gewählt wird.
Mit Vorteil ist der Halbleiter als zumindest eine Halbleiterdiode ausgebildet. Aus Sicherheitsgründen können drei in gleicher Richtung gepolte Halbleiterdioden in Reihenschaltung vorgesehen werden, so dass selbst bei Ausfall einer Halbleiterdiode die Sicherheit weiter gewährleistet ist.
Vorzugsweise wird der erfindungsgemässe Presseur zusammen mit einem solchen Generator ( EP-1072406-A1 ) verwendet, der die Zündschutzart nach der europäischen Norm EEx ib IIB Eigensicherheit am äußeren Anschlusspunkt aufweist.
Weitere zweckmässige und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:
1 das elektrische Ersatzschaubild eines erfindungsgemässen Presseurs und
2 den erfindungsgemässen Presseurs, im schematischen Querschnitt.
In 2 ist ein zum Einsatz mit einer elektrostatischen Druckhilfe dienender Presseur für den Tiefdruck schematisch dargestellt. Er ist mit einer Achse oder Welle 14 auf Erdpotential, mit einem sich daran axial unter Bildung je einer Stirnseite anschließenden, ebenfalls geerdeten Stahlkern 7, mit einer an diesen in radialer Richtung angrenzenden elektrischen Isolatorschicht 10, mit einer äußeren elektrisch begrenzt leitenden Schicht 12 und mit einer zwischen dieser und der Isolatorschicht 10 angeordneten elektrisch gut leitenden Leiterschicht 11 versehen, die somit in radialer Richtung weder an den Stahlkern 7 noch an Aussenseite, z. B. die Umgebungsluft des explosionsgefährdeten Bereichs der Druckmaschine bei Einsatz einer Druckfarbe mit einem entzündlichen Lösungsmittel angrenzt.
Die Leiterschicht 11 endet beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel mit Abstand von jeder der beiden Stirnseiten 15 des Presseurs, so dass sie auch in axialer Richtung nach außen zu der Aussenseite, z. B. dem explosionsgefährdeten Bereich, keinen direkten Kontakt aufweist und daher – im Sinne einer niederohmigen elektrischen Verbindung – von diesem völlig in einer Kapselung eines elektrischen Isolators abgeschottet eingebettet ist.
Ferner ist in die Isolatorschicht 10 ein zwei Pole aufweisender, als Halbleiter 4 ausgebildete elektrische oder elektronische Schaltung eingebettet, der beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel als Reihenschaltung von drei in gleicher Richtung gepolten Halbleiterdioden D gebildet ist und der bezüglich der einen Fließrichtung des elektrischen Stroms, nämlich der Durchlassrichtung der Halbleiterdioden D, von seinem positiven Pol (Anode) zu seinem negativen Pol (Kathode) im Normalbetrieb niederohmig und in der dazu entgegengesetzten Fließrichtung, nämlich der Sperrrichtung der Halbleiterdioden D, im Störfall hochohmig ist, wobei ein innerer Pol des Halbleiters 4 über einen inneren Anschluss 13 mit der Leiterschicht 11 und der äußere Pol des Halbleiters 4 mit einem in einer der beiden Stirnseiten befindlichen äußeren Anschluss 3 verbunden sind. Die Leiterschicht 11 ist elektrisch mit dem äußeren Anschluss 3 nur über den Halbleiter 4 verbunden, der als Schleifring, Schleifbürste, Kontaktrolle oder Kontaktfeder ausgebildet sein kann und der über ein nicht abgeschirmtes Anschlusskabel an einen negativen Ausgang (–) sowie einen positiven Ausgang (+) aufweisenden Generator G 1 für eine hochgespannte Gleichspannung angeschlossen ist, wobei einerseits verhindert wird, dass sich die Kapazität des Presseurs niederohmig unter Bildung eines zündfähigen Entladefunkens über den äußeren Anschluss mittels eines Entladestroms entladen kann, andererseits aber den Aufladestrom für den normalen Betrieb des Presseurs hindurchfliessen lässt. Somit kann von der leitfähigen Schicht keinesfalls ein zündfähiger Entladefunke ausgehen. Vielmehr wird sich stets eine – bezüglich der einen Fließrichtung des elektrischen Stroms von seinem positiven Pol zu seinem negativen Pol – niederohmige Verbindung zwecks Ladung der Kapazität des Presseurs von dem Generator zu dem Presseur und eine – in dazu entgegengesetzter Fließrichtung des elektrischen Entladestroms – hochohmige Verbindung einstellen.
Zu diesem Zweck wird – je nach Polung der Halbleiterdioden D – als äußerer Pol des Halbleiters 4 bei Anschluss an den negativen Ausgang (–) des Generators 1 der negative Pol und bei Anschluss an den positiven Ausgang (+) des Generators G 1 der positive Pol der Halbleiterdioden D 4 gewählt. Der jeweils andere Ausgang des Generators G 1 wird, beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel der positive (+) Ausgang geerdet.
Dabei stellt, wie ausführlich in 1 dargestellt, die Kapazität 2 einen Kondensator C₁ des nicht abgeschirmten Anschlusskabels mit etwa 100 pF und 8 die so genannte Drucknip-Kapazität des Kondensators C₃ im Druckspalt dar. Letztere kann sich nur mit großer Zeitkonstante oder über den durch die begrenzt leitende Schicht 12 gebildeten elektrischen (Volumen-)Widerstand 6 der Grösse R₁ und/oder den durch das zu bedruckende Substrat 9 gebildeten elektrischen (Volumen-)Widerstand R₂ langsam entladen, wenn im Störfall ein geerdeter Gegenstand die. Entladung bei Berührung der Schicht 12 des Presseurs einleitet. Die Kapazität C₃ scheidet daher wegen der geringen möglichen Energiedichte eines Entladefunkens als Zündquelle aus und leistet auch in der Gesamtschau keinen nennenswerten Beitrag zu einer möglichen Zündung. Der Widerstand R₂ ist innerhalb der Druckbreite aufgrund des zu bedruckenden Substrats hochohmig. Außerhalb der Druckbreite verschwindet dieser Widerstand zwar, weil dort die begrenzt leitfähige Schicht 12 den geerdeten Druckzylinder berührt, aber deren Widerstand R₁ reicht für eine Zeitkonstante aus, um einen zündfähigen Entladefunken zu verhindern, was umfangreiche Versuche und 30 Jahre praktischer Einsatz verschieden großer gattungsgemässer Presseure, auch Dreischicht-Presseure bis zu einer Arbeitsbreite von 4,2 m bestätigen.
Mit 5 ist die Kapazität C₂ des von dem Stahlkern 7, der Isolatorschicht 10 sowie der Leiterschicht 11 gebildeten Kondensators bezeichnet, wobei dieser nur mit dem Widerstand 6 der Grösse R₁ über diese selbst mit einer Zeitkonstanten R₁·C₂ und wegen der relativen Grösse von R₁ nur langsam und ohne die Gefahr eines Zündfunkens mit ausreichender Energie entladen werden kann.
Aus der Zeichnung ist ersichtlich, dass vor allem die Gesamtkapazität der niederohmig über das nicht abgeschirmte Anschlusskabel verbundenen Kapazitäten C₁ + C₂ betrachtet werden muss, welche Gesamtkapazität sich bei allfälliger Berührung mit einem geerdeten Gegenstand über den äußeren Anschluss 3 mit einem Funken hoher Energiedichte entladen kann, der zu einer Zündung des Lösungsmittels führen könnte. Praktisch zulässige Obergrenzen für die maximale kapazitive Last ohne die Gefahr der Bildung von zündfähigen Funken liegen in der Größenordnung von 300 pF, allerdings in Abhängigkeit der zugelassenen höchsten Ausgangsspannung des Generators. Berechnet man diese Kapazität C₂ für gängige Presseurabmessungen und gängige Schichtdicken für den Isolator mit einer relative Dielektrizitätskonstanten von beispielsweise ε = 2,5 so haben bereits Dreischicht-Presseure von 1 m Breite eine Kapazität C₂ von bis zu 6000 pF, wobei diese proportional zu der Breite des Presseurs wächst. Ein solcher Wert liegt um gut eine Größenordnung über dem zulässigen Wert von etwa 300 pF (C₁ + C₂) eines für die Zündschutzart Eigensicherheit zugelassenen Presseurs; bei in der Praxis eingesetzten Presseuren mit bis zu 4,2 m Breite um nahezu zwei Größenordnungen.
Wegen der erfindungsgemässen Einbettung der Leiterschicht 11 kann sich die Kapazität C₂ im Störfall nur über den äußeren Anschluss 3 als entgegesetzt zu dem im Normalbetrieb fliessenden Aufladestrom als Entladestrom entladen, der aber in Sperrrichtung der Halbleiterdioden D über deren hochohmigen Widerstand so klein ist, dass kein zündfähiger Entladefunke entsteht. Demgemäss sind für den äußeren Anschluss außer der Höhe seiner bauartbedingten Kapazität keine besonderen Anforderungen hinsichtlich des Explosionsschutzes zu beachten, die sich eventuell zu C₁ und/oder C₂ hinzuaddiert.
Die drei Schichten 10, 11, und 12 können auch bei der in zunehmendem Maße angewendeten, sogenannten Sleeve-Technik ausgeführt werden. Ein solcher Sleeve kann quasi als Hülse, in mittels Druckluft in radialer Richtung gedehntem Zustand, auf den Stahlkern des Presseurs in einfacher Weise montiert und demontiert werden. Diese Sleeve-Technik erlaubt es im Verpackungstiefdruck, solche Sleeves für verschiedene Druckbreiten mit geringem Aufwand auf dem immer gleich breiten Stahlkern des Presseurs zu wechseln und sie sind damit deutlich kostengünstiger als ein insgesamt neuer Presseur für jede einzelne Druckbreite.
Selbstverständlich kann der äußere Anschluss 3 auch an den Umfang des Presseurs hinausgeführt sein, wenn der diesbezügliche Teil des Presseurs über die Arbeitsbreite hinausragt und vorzugsweise in seinem Durchmesser insoweit verringert ist. Erfindungsgemäss können in alternativer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhafterweise auch die nicht auf Erdpotential liegende Achse bzw. Welle 14 und/oder der Stahlkern 7 an den äußeren Anschluss 3 über eine äussere und/oder innere elektrische Verbindung angeschlossen sein.

1: vorzugsweise eigensicherer DC Generator
2: Kapazität C1
3: äußerer Anschluss
4: Halbleiter
5: Kapazität C2
6: Ohmscher(Volumen-)Widerstand R1
7: Stahlkern
8: Drucknip-Kapazität C3
9: Ohmscher(Volumen-)Widerstand R2
10: Isolatorschicht
11: hochleitende Leiterschicht
12: begrenzt leitende Schicht
13: innerer Anschluss
14: Achse oder Welle des Presseurs

Claims

Zum Einsatz mit einer elektrostatischen Druckhilfe dienender Presseur für den Tiefdruck, mit einer Achse oder Welle (14), mit einem sich daran axial unter Bildung je einer Stirnseite (15) anschließenden Stahlkern (7), mit einer um diesen herum sich in radialer Richtung erstreckenden elektrischen inneren Isolatorschicht (10), mit einer an die Aussenseite des Presseurs angrenzenden äußeren, elektrisch begrenzt leitenden Schicht (12) und mit einer zwischen dieser und der Isolatorschicht (10) angeordneten elektrisch gut leitenden Leiterschicht (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschicht (11) elektrisch von der Aussenseite isoliert gekapselt ist, dass der Presseur mit einer elektrisch von der Aussenseite isoliert gekapselten, zwei Pole aufweisenden elektrischen oder elektronischen Schaltung (4) versehen ist, die bezüglich der einen Fließrichtung des elektrischen Stroms von ihrem positiven Pol zu ihrem negativen Pol im Normalberieb niederohmig und in der dazu entgegengesetzten Fließrichtung im Störfall hochohmig ist, und dass der eine innere Pol der Schaltung (4) über einen inneren Anschluss (13) mit der Leiterschicht (11) und der äußere Pol des Halbleiters (4) mit einem äußeren Anschluss (3) des Presseurs zum Anschluss an einen Generator G (1) verbunden sind.
Presseur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschicht (11) zwecks elektrisch isolierender Kapselung von der Aussenseite mit Abstand von jeder Stirnseite (15) des Presseurs endet.
Presseur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (4) zwecks elektrisch von der Aussenseite isolierender Kapselung in die elektrisch begrenzt leitende Schicht (12) und/oder die Isolatorschicht (10) eingebettet ist.
Presseur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische oder elektronische Schaltung (4) zumindest einen Halbleiter aufweist.
Presseur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Anschluss (3) in einer der beiden Stirnseiten (15) des Presseurs angeordnet ist.
Presseur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator G (1) für eine hochgespannte Gleichspannung ausgebildet ist.
Presseur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als äußerer Pol des Halbleiters (4) bei Anschluss an den negativen Ausgang (–) des Generators (1) sein negativer Pol und bei Anschluss an den positiven Ausgang (+) des Generators (1) sein positiver Pol gewählt wird.
Presseur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiter (4) als zumindest eine Halbleiterdiode (D) ausgebildet ist.
Presseur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass drei in gleicher Richtung gepolte Halbleiterdioden (D) in Reihenschaltung vorgesehen sind.
Presseur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Schichten (10, 11, 12) auf dem Stahlkern (7) in Sleeve-Technik ausgeführt sind.
Verwendung eines mit einem äußeren Anschluss (3) als Schleifring, Schleifbürste, Kontaktrolle oder Kontaktfeder ausgebildeten Presseurs nach einem der vorangehenden Ansprüche zusammen mit einem Generator (1), der nach der Zündschutzart Eigensicherheit ausgebildet ist.
Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (1) mit der Zündschutzart EEx ib IIB Eigensicherheit am äußeren Anschlusspunkt (3) aufweist.