DE102009010625A1

DE102009010625A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Trocknen einer bedruckten Bedruckstoffbahn

Info

Publication number: DE102009010625A1
Application number: DE102009010625A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl.-Ing. Oberneder (FH)
Original assignee: Oce Printing Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2010-09-09

Abstract

Eine Vorrichtung (10) zum Trocknen einer bedruckten Bedruckstoffbahn (12) weist mit mindestens einer drehbar gelagerten Trocknungswalze (14) mit einer Mantelfläche (20) aus einem induktiv erwärmbaren Material auf, die von der zu trocknenden Bedruckstoffbahn (12) teilweise umschlungen wird. Ferner umfasst die Vorrichtung (10) einen Magnetfelderzeuger (22a bis 22f) zur Erzeugung eines Magnetfeldes, wobei der Magnetfelderzeuger (22a bis 22f) derart angeordnet ist, dass die Trocknungswalze (14) durch einen induzierten Wirbelstrom erwärmbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trocknen einer bedruckten Bedruckstoffbahn mit mindestens einer drehbar gelagerten Trocknungswalze, die die zu trocknende Bedruckstoffbahn kontaktiert. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Trocknen einer bedruckten Bedruckstoffbahn.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren werden insbesondere bei Hochgeschwindigkeitstintenstrahldrucksystemen verwendet, bei denen wasserbasierte Tinte auf die Bedruckstoffbahn aufgebracht wird. Die mit der wasserbasierten Tinte eingebrachte Feuchtigkeit muss dem Bedruckstoff schnell entzogen werden, um ein Verwischen des Druckbildes, beispielsweise durch den Kontakt mit Umlenkrollen, über die die Bedruckstoffbahn nach dem Bedrucken geführt wird, zu verhindern. Ferner kann das Einbringen der Feuchtigkeit in den Bedruckstoff dazu führen, dass sich die Bedruckstoffbahn ausdehnt, wodurch es wiederum zu Passerproblemen kommen kann.
Es sind verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zum Trocknen einer bedruckten Bedruckstoffbahn bekannt. Aus dem Dokument DE 41 21 203 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von wasserlöslichem Dispersionslack auf Papier- oder Kartonbahnen oder Papier- oder Kartonbögen mit Hilfe von Mikrowellenenergie bekannt. Es werden Oszillatoren eingesetzt, die in mehrfacher Anordnung die Mikrowellenenergie in Hohlleiter einkoppeln.
Die Bahnen oder Bögen werden beim Durchlauf getrocknet. Nach dem Trocknen verbleibt eine zu vernachlässigende Restfeuchte. Nachteilig an dem Verfahren und der Vorrichtung ist, dass durch den schnellen Übergang des in die Papier- bzw. Kartonbahn eingebrachten Wassers vom flüssigen in den gasförmigen Zustand die Papieroberfläche schnell aufplatzt. Es entsteht ein sogenanntes Blistering. Ferner kann das Papier bzw. der Karton bei diesem Verfahren schnell wellig werden. Es entsteht sogenanntes Curling.
Eine weitere Möglichkeit zur Trocknung einer bedruckten Bedruckstoffbahn ist es, mit Hilfe eines Heißluftgebläses heiße Luft auf die Bedruckstoffbahn zu blasen und somit zum einen die für den Übergang des Wassers vom flüssigen in den gasförmigen Zustand notwendige thermische Energie aufzubringen und zum anderen die für den Abtransport der Feuchtigkeit notwendige Luftströmung zu erzeugen. Nachteilig hieran ist zum einen der hohe Energiebedarf und zum anderen, dass sich die Bedruckstoffbahn schnell wellt.
Eine weitere Möglichkeit ist es, die bedruckte Seite der Bedruckstoffbahn mit Infrarotstrahlung zu bestrahlen um somit die für den Übergang des eingebrachten Wassers vom flüssigen in den gasförmigen Zustand notwendige Energie aufzubringen und die Bedruckstoffbahn zu trocknen. Nachteilig an diesem Verfahren ist zum einen der hohe Energiebedarf. Zum anderen ist es nachteilig, dass die die Infrarotstrahlung aussendenden Infrarotstrahler auch nach dem Abschalten weiterhin Wärme aussenden, so dass bei einem Anhalten der Bedruckstoffbahn die Gefahr einer Entzündung der Bedruckstoffbahn besteht. Um dies zu ver meiden ist ein aufwendiges und teures Abschirmungssystem notwendig, das bei einem Anhalten der Bedruckstoffbahn diese vor weiterer Infrarotstrahlung abschirmt.
Aus dem Dokument US 5,713,138 ist eine von innen beheizte Trommeltrocknung bekannt, die eine thermisch leitfähige Trommel umfasst, auf deren äußerer Oberfläche die Bedruckstoffbahn anliegt. Auf der inneren Oberfläche der Trommel sind eine Vielzahl von Energie aussendenden Elementen angeordnet, die Energie an die Trommel abgeben. Als Energie abgebende Elemente werden insbesondere Heizmatten verwendet. Nachteilig an dieser Vorrichtung sind der komplexe Aufbau und die hiermit verbundenen hohen Kosten. Ferner ist es nachteilig, dass die Trommel aufgrund der an ihrer Innenseite angebrachten Energie aussendenden Elemente eine hohe Massenträgheit hat. Hierdurch wird das Anlauf- und Stoppverhalten der Trommel verschlechtert.
Aus dem Dokument DE 298 20 958 U1 ist eine Induktionsheizung für Thermowalzen mit einem drehbar gelagerten hohlzylindrischen Walzenmantel und mit einem innerhalb eines von diesem geschlossenen Raumes angeordneten und mit dem Walzenmantel induktiv gekoppelten Induktor bekannt. Der Induktor besteht aus einer Induktionsspule, welche von einem ein- oder mehrphasigem Strom durchflossen wird, und einem Magnetkern. Der Walzenmantel selbst bildet den Magnetkern. Die Induktionsspule besteht aus einem oder mehreren, in der Nähe der Innenfläche des Walzenmantels in achsenparalleler Anordnung peripher verteilten, sich axial mindestens über die größte Gallenbreite der Walze erstreckenden und in ihrer induktiven Ankopplung an den Walzenmantel abschnitts- bzw. zo nenweise einstellbaren stab- oder schalenförmigen Stromleitern.
Aus dem Dokument US 2008/0204535 A1 ist ein Tintenstrahldrucker mit einer Transporteinheit zum Transport des Bedruckmediums mit einer voreingestellten Breite in einer ersten Richtung bekannt. Der Tintenstrahldrucker umfasst einen Druckkopf zum Aufbringen von Tinte auf den Bedruckstoff. Ferner umfasst der Tintenstrahldrucker eine Trocknungseinheit zur Trocknung eines Teils des bedruckten Bedruckstoffes, deren Breite geringer ist als die Breite des Bedruckstoffes, die sich vom ersten Ende des Bedruckstoffes bis zum zweiten Ende des Bedruckstoffes in der ersten Richtung erstreckt. Der Bedruckstoff wird insbesondere zwischen zwei Walzen, von denen eine beheizt ist, hindurchtransportiert und dabei getrocknet. Nachteilig hieran ist, dass durch den Kontakt der bedruckten Seite des Bedruckstoffes mit einer dieser Walzen ein Verwischen und/oder Vermischen der aufgedruckten Tinte möglich ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Trocknen einer bedruckten Bedruckstoffbahn anzugeben, bei denen für das Trocknen der bedruckten Bedruckstoffbahn nur ein geringer Energiebedarf notwendig ist und eine Wellung der Bedruckstoffbahn verhindert wird. Ferner soll die Vorrichtung einfach und kostengünstig aufgebaut und leicht zu handhaben sein.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung umfasst die Vorrichtung zum Trocknen einer bedruckten Bedruckstoffbahn mindestens eine drehbar gelagerte Trocknungswalze mit einer Mantelfläche aus einem induktiv erwärmbaren Material. Die Mantelfläche der Trocknungswalze kontaktiert die zu trocknende Bedruckstoffbahn. Ferner umfasst die Vorrichtung einen Magnetfelderzeuger zur Erzeugung eines Magnetfeldes. Der Abstand des Magnetfelderzeugers zur Längsachse der Trocknungswalze ist größer als der Radius der Trocknungswalze. Der Magnetfelderzeuger ist derart angeordnet, dass die Trocknungswalze durch einen induzierten Wirbelstrom erwärmbar ist. Hierbei kontaktiert die Trocknungswalze die Seite der Bedruckstoffbahn, die der Seite, auf der die zu trocknende Tinte, der zu trocknende Flüssigentwickler oder die zu trocknende Druckfarbe aufgebracht ist, entgegengesetzt ist. Durch die erwärmte Trocknungswalze wird die thermische Energie geliefert, die notwendig ist, um die in die Bedruckstoffbahn eingebrachte Feuchtigkeit vom flüssigen in den gasförmigen Zustand zu überführen und somit die Bedruckstoffbahn zu trocknen. Durch die Trocknung der bedruckten Bedruckstoffbahn wird erreicht, dass das aufgedruckte Bild bei dem weiteren Transport der Bedruckstoffbahn bzw. der Weiterverarbeitung der Bedruckstoffbahn nicht verwischt. Ferner wird durch die Trocknung erreicht, dass eine Ausdehnung der Bedruckstoffbahn aufgrund der Aufnahme der Feuchtigkeit rückgängig gemacht wird. Hierdurch werden bei einem erneuten Bedrucken der Bedruckstoffbahn nach dem Trocknen, insbesondere bei dem Bedrucken der Rückseite, Passerprobleme vermieden werden.
Durch die Erwärmung der Trocknungswalze mittels Induktion wird ein geringer Energiebedarf erreicht, da eine solche Induktionsheizung einen hohen Wirkungsgrad besitzt. Die Bedruckstoffbahn liegt während der Trocknung auf der Mantelfläche der Trocknungswalze auf. Durch diese ständige Unterstützung der Bedruckstoffbahn während des Trocknungsprozesses wird eine Wellung der Bedruckstoffbahn, ein sogenanntes Curling, vermieden.
Die Mantelfläche der Trocknungswalze besteht vorzugsweise aus Stahl, Eisen, Kobalt, Nickel oder Legierungen aus diesen Materialien. Bei der Bedruckstoffbahn handelt es sich vorzugsweise um eine Papierbahn. Die Bedruckstoffbahn wird insbesondere mit Hilfe eines Hochgeschwindigkeitstintenstrahldrucksystems mit wasserbasierter Tinte bedruckt. Alternativ kann auf der Bedruckstoffbahn auch Flüssigentwickler aufgebracht werden.
Es ist vorteilhaft, wenn der Magnetfelderzeuger mindestens einen Dauermagneten umfasst. Hierdurch kann auf Induktoren, insbesondere Induktionsspulen, die ein magnetisches Wechselfeld erzeugen, verzichtet werden und somit zum einen der Aufbau und die Herstellungskosten reduziert und zum anderen die Energiekosten gesenkt werden. Bei einer Drehung der Trocknungswalze wird in der Mantelfläche der Trocknungswalze ein Wirbelstrom, der zu einer Erwärmung zumindest der Mantelfläche der Trocknungswalze führt, induziert. Hierfür ist ein konstantes Magnetfeld eines Dauermagneten ausreichend.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Magnetfelderzeuger mindestens eine mit einer Wechselspannung beauf schlagte Induktionsspule zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes umfasst. Durch das magnetische Wechselfeld kann in der Mantelfläche der Trocknungswalze auch dann ein Wirbelstrom induziert werden, wenn sich die Trocknungswalze nicht dreht. Hierdurch kann die Trocknungswalze auch im Stillstand erwärmt und die aufliegende Bedruckstoffbahn getrocknet werden.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Magnetfelderzeuger mehrere Induktionsspulen umfasst, deren Mittelpunkte auf einer parallel zur Längsachse der Trocknungswalze verlaufenden Geraden angeordnet sind. Die Induktionsspulen sind vorzugsweise über die gesamte Länge der Trocknungswalze in Richtung der Längsachse der Trocknungswalze verteilt. Des Weiteren haben die Mittelpunkte zweier benachbarter Induktionsspulen vorteilhafterweise jeweils denselben Abstand zueinander. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Erwärmung der Trocknungswalze über die gesamte Länge der Trocknungswalze an einer Stelle der Trocknungswalze erreicht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Magnetfelderzeuger mehrere Induktionsspulen, die auf einem Kreis, dessen Mittelpunkt auf der Längsachse der Trocknungswalze liegt, angeordnet sind. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind jeweils mindestens zwei Induktionsspulen auf mindestens zwei parallel zur Längsachse der Trocknungswalze verlaufenden Geraden angeordnet. Die Geraden haben vorzugsweise denselben Abstand zur Längsachse der Trocknungswalze. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn jeweils zwei benachbarte Geraden denselben Abstand zueinander haben. Durch diese gleichmäßig verteilten Induktionsspulen wird eine gleichmäßige Erwärmung der Mantelfläche der Trocknungswalze erreicht, so dass ebenso eine gleichmäßige Trocknung der zu trocknenden Bedruckstoffbahn erreicht wird. Auf diese Weise wird einer lokalen unzureichenden Trocknung der Bedruckstoffbahn und/oder lokalen Beschädigungen der Bedruckstoffbahn durch zu starkes Erhitzen bzw. zu langes Trocknen vorgebeugt.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird die gleichmäßige Erwärmung der Mantelfläche der Trocknungswalze durch einen Flächeninduktor erreicht. Der Flächeninduktor umschließt zumindestens einen Großteil der Mantelfläche der Trocknungswalze. Auf diese Weise kann die Mantelfläche gleichmäßig erwärmt werden.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Trocknungswalze einen rohrförmigen Querschnitt hat. Durch ein solches Hohlprofil werden das Gewicht der Trocknungswalze und das Massenträgheitsmoment reduziert. Durch das geringe Massenträgheitsmoment kann die Trocknungswalze beim Anlaufen durch eine verhältnismäßig geringe Kraft schnell beschleunigt werden. Umgekehrt kann die Trocknungswalze wegen dem geringen Massenträgheitsmoment mit geringem Aufwand schnell gebremst werden. Der Magnetfelderzeuger ist außerhalb der Trocknungswalze angeordnet, d. h. der Magnetfelderzeuger ist der Mantelfläche der Trocknungswalze zugewandt. Durch die Anordnung des Magnetfelderzeugers außerhalb der Trocknungswalze wird verglichen mit der Anordnung des Magnetfelderzeugers innerhalb der Trocknungswalze ein wesentlich einfacherer Aufbau und eine stabilere Konstruktion erreicht. Ferner werden die Wartung vereinfacht und die Wartungskosten reduziert. Ebenso wird die Lebensdauer der Vorrichtung erhöht. Des Weiteren ist die Anordnung des Magnetfelderzeugers außerhalb der Trocknungswalze vorteilhaft, da hierdurch das Massenträgheitsmoment gering gehalten wird.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn auf der Innenseite der rohrförmigen Trocknungswalze eine Schicht aus einem thermisch isolierenden Material angeordnet ist. Hierdurch wird zum einen eine innerhalb der Trocknungswalze angeordnete Lagerung der Trocknungswalze weniger belastet und zum anderen werden Energieverluste reduziert, wodurch wiederum der Energiebedarf vermindert wird.
Die Oberfläche der Mantelfläche hat vorzugsweise mindestens eine voreingestellte Mindestrauigkeit. Auf diese Weise wird eine Ableitung des durch die Trocknung freigesetzten Wasserdampfes aus dem Kontaktbereich zwischen der Bedruckstoffbahn und der Trocknungswalze ermöglicht. Zusätzlich oder alternativ können auf der Oberfläche in axiale Richtung der Trocknungswalze verlaufende Rillen sein, die ebenso eine Ableitung des Wasserdampfes ermöglichen.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, mindestens einen Temperatursensor zur Ermittlung der Temperatur der Trocknungswalze und/oder der Temperatur der Bedruckstoffbahn vorzusehen. Eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Induktionsspulen steuert dies zumindest in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur an. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Temperatur der Trocknungswalze bzw. der Bedruckstoffbahn die gewünschte Temperatur hat bzw. in einem gewünschten Temperaturbereich liegt. Hierdurch werden Beschädigungen der Bedruckstoff bahn aufgrund von zu hohen Temperaturen vermieden. Ebenso wird einer unzureichenden Trocknung der Bedruckstoffbahn aufgrund von zu niedrigen Temperaturen vorgebeugt. Die Einstellung der Temperatur der Trocknungswalze kann insbesondere als Regelkreis ausgebildet sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Antriebswalze zum Drehen der Trocknungswalze vorgesehen. Alternativ kann die Trocknungswalze über die Bedruckstoffbahn geschleppt werden. Durch das aktive Antreiben der Trocknungswalze mit Hilfe der Antriebseinheit wird erreicht, dass die Spannung der Bedruckstoffbahn konstant gehalten wird. Auf diese Weise wird ein planmäßiger Verlauf der Bedruckstoffbahn durch das Drucksystem sichergestellt und Passerproblemen vorgebeugt.
Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise ein Gebläse zur Erzeugung eines Luftstroms. Es ist besonders vorteilhaft, wenn mit dem Gebläse zwischen einem heißen Luftstrom und einem kalten Luftstrom variiert werden kann. Durch einen heißen Luftstrom wird zum einen der Abtransport der verdampften Feuchtigkeit gefördert und zum anderen das Auskühlen der Bedruckstoffbahn und/oder der Trocknungswalze vermieden. Ferner wird durch den heißen Luftstrom die Trocknung der Bedruckstoffbahn unterstützt. Durch einen kühlen Luftstrom kann ein schnelles Abkühlen der Bedruckstoffbahn und/oder der Trocknungswalze beim Anhalten der Bedruckstoffbahn und der Trocknungswalze erreicht werden. Hierdurch werden Beschädigungen der Bedruckstoffbahn, insbesondere die Entflammung der Bedruckstoffbahn, durch zu langes bzw. zu intensives Trocknen vermieden.
Ferner ist es vorteilhaft, ein Gehäuse zur Abschirmung des magnetischen Feldes vorzusehen. Ein solches Gehäuse kann insbesondere ein außen isoliertes Metallgehäuse sein. Durch die Abschirmung des Magnetfeldes mit Hilfe des Gehäuses wird eine Beeinflussung anderer in der Umgebung der Vorrichtung zur Trocknung der bedruckten Bedruckstoffbahn angeordneten Geräte vermieden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zwei Trocknungswalzen, insbesondere zwei identische Trocknungswalzen, derart angeordnet, dass ihre Längsachsen auf einer Geraden liegen. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Vorrichtung auch in Verbindung mit einem Drucksystem eingesetzt werden kann, bei dem zunächst die erste Seite der Bedruckstoffbahn bedruckt und anschließend mit Hilfe der ersten Trocknungswalze getrocknet wird. Nach der Trocknung der bedruckten ersten Seite der Bedruckstoffbahn wird der Teil der Bedruckstoffbahn, dessen erste Seite bereits bedruckt und getrocknet ist, gewendet und die zweite Seite der Bedruckstoffbahn bedruckt. Anschließend wird diese zweite Seite der Bedruckstoffbahn mit Hilfe der zweiten Trocknungswalze der Vorrichtung zum Trocknen der bedruckten Bedruckstoffbahn getrocknet.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen einer bedruckten Bedruckstoffbahn, bei dem die zu trocknende Bedruckstoffbahn mindestens über eine drehbar gelagerte Trocknungswalze mit einer Mantelfläche aus einem induktiv erwärmbaren Material geführt wird. Die Trocknungswalze wird induktiv erwärmt.
Das durch den unabhängigen Verfahrensanspruch spezifizierte Verfahren kann in gleicher Weise weitergebildet werden wie die erfindungsgemäße Vorrichtung. Insbesondere kann das Verfahren mit den in den auf die Vorrichtung rückbezogenen abhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmalen bzw. entsprechenden Verfahrensmerkmalen weitergebildet werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Figuren die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zum Trocknen einer bedruckten Bedruckstoffbahn; und
2 einen Ausschnitt einer Trocknungswalze der Vorrichtung zum Trocknen einer bedruckten Bedruckstoffbahn nach 1.
In 1 wird eine schematische perspektivische Darstellung einer Vorrichtung 10 zum Trocknen einer bedruckten Bedruckstoffbahn 12 gezeigt. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Trocknungswalze 14, die auch als Trocknungstrommel bezeichnet wird. Die Trocknungswalze 14 hat einen rohrförmigen Querschnitt. Durch diesen hohlen Querschnitt werden das Gewicht und das Massenträgheitsmoment reduziert. Hierdurch kann die Trocknungswalze 14 schnell und mit geringem Kraftaufwand beschleunigt und abgebremst werden. Die Trocknungswalze 14 ist mit Hilfe eines Lagerelements 16 um ihre Längsachse drehbar gelagert und mit Hilfe mehrerer Streben mit dem Lagerelement 16 verbunden. Eine dieser Streben ist beispielhaft mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet. An jedem Ende der Trocknungswalze 14 sind jeweils vier Streben 18 derart angeordnet, dass zwei benachbarte Streben 18 jeweils einen Winkel von 90° zueinander haben.
Die Trocknungswalze 14 umfasst eine Mantelschicht 20, die aus einem induktiv erwärmbaren Material besteht und deren Mantelfläche die äußere Oberfläche der Trocknungswalze 14 bildet. Die Mantelschicht besteht insbesondere aus Stahl, Eisen, Ferriten, Kobalt, Nickel oder Legierungen aus diesen Materialien. Die Schichtdicke der Mantelschicht 20 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 5 mm und 10 mm. Je dünner die Mantelschicht 20 ist, umso schneller läßt sie sich induktiv erwärmen und umso schneller ist sie abkühlbar. Umgekehrt ist die Mantelschicht 20 umso stabiler, je dicker sie ist. Durch eine dicke, stabile Mantelschicht 20 wird ein thermischer Verzug der Trocknungswalze 14 vermieden. Bei einer Dicke der Mantelschicht 20 zwischen 5 und 10 mm ist eine ausreichende Stabilität gegen thermischen Verzug gegeben und die Mantelschicht 20 dennoch schnell erwärm- bzw. abkühlbar.
Die Auswahl des Materials der Mantelschicht 20 der Trocknungswalze 14 erfolgt insbesondere in Abhängigkeit der erforderlichen Stabilität und Steifigkeit der Trocknungswalze 14, der Eignung des Materials zur induktiven Erwärmung und/oder der Wärmeleitfähigkeit des Materials. Durch ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit wird eine schnelle Erwärmung und Abkühlung der Trock nungswalze 14 erreicht. Des Weiteren kann die Schnelligkeit der Erwärmung bzw. Abkühlung durch die Dicke der Mantelschicht voreingestellt werden. Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Material eine hohen Permeabilität hat. Hierdurch wird ein hoher Wirkungsgrad der Vorrichtung 10 erreicht.
Die Vorrichtung 10 zum Trocknen einer bedruckten Bedruckstoffbahn 12 kommt insbesondere in Verbindung mit Hochleistungstintenstrahldrucksystemen zum Einsatz, bei denen die Bedruckstoffbahn 12 mit einer wasserbasierten Tinte bedruckt wird. Ferner kommt die Vorrichtung 10 beispielweise auch in Verbindung mit Hochleistungsdrucksystemen, bei denen Flüssigentwickler auf der Bedruckstoffbahn 12 aufgebracht wird, zum Einsatz. Bei dem Flüssigentwickler sind die Tonerteilchen in einer Flüssigkeit, insbesondere Mineralöl oder Siliconöl, dispergiert. Die mit den Tonerteilchen aufgebrachte Flüssigkeit muss durch Trocken der Bedruckstoffbahn 12 entzogen werden, um ein Verwischen des Druckbildes zu verhindern.
Die Bedruckstoffbahn 12 ist insbesondere eine Papierbahn. Die Bedruckstoffbahn 12 wird der Vorrichtung 10 in Richtung des Pfeils P1 zugeführt. Die Bedruckstoffbahn 12 kontaktiert mit der Seite, die der zu trocknenden Seite entgegengesetzt ist, die Oberfläche der Mantelschicht 20 der Trocknungswalze 14. Bei einem einseitigen Druck oder bei einem zweiseitigen Druck, bei dem erst die erste Seite bedruckt ist, kontaktiert die unbedruckte Seite der Bedruckstoffbahn 12 die Oberfläche der Mantelschicht 20. Bei einem beidseitigen Druck, bei dem bereits beide Seiten bedruckt sind, kontaktiert die Bedruckstoffbahn 12 die Oberfläche der Mantelschicht 20 mit derjenigen Seite, die zuerst bedruckt und bereits getrocknet wurde. Die Bedruckstoffbahn 12 wird mit Hilfe der Trocknungswalze 14 umgelenkt und verlässt die Vorrichtung 10 in Richtung des Pfeils P2. Die Bedruckstoffbahn 12 wird hierbei über die Umlenkrolle 21 geführt. Die Fläche, an der die Bedruckstoffbahn 12 die Oberfläche der Mantelschicht 20 kontaktiert, wird auch als Trocknungsbereich oder Umschlingungsbereich bezeichnet.
Die Trocknungswalze 14 wird aufgrund der Haftreibung zwischen der Bedruckstoffbahn 12 und der Oberfläche der Mantelschicht 20 geschleppt und somit durch die Bedruckstoffbahn 12 angetrieben. Bei einer alternativen Ausführungsform ist eine Antriebseinheit vorgesehen, welche die Trocknungswalze 14 in Laufrichtung der Bedruckstoffbahn 12 antreibt. Durch den aktiven Antrieb der Trocknungswalze 14 wird erreicht, dass eine konstante Spannung der Bedruckstoffbahn 12 in der Vorrichtung 10 und dem gesamten Drucksystem, also auch dem Drucksystem, in dem die Bedruckstoffbahn 12 bedruckt wird, als auch in den Vorrichtungen, denen die Bedruckstoffbahn 12 nach der Trocknung zur weiteren Verarbeitung zugeführt wird, erreicht wird. Hierdurch werden Passerprobleme vermieden oder verringert.
Ferner umfasst die Vorrichtung 10 sechs Induktionsspulen 22a bis 22f zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes. Hierzu sind die Induktionsspulen 22a bis 22f mit einem Frequenzgenerator 24 verbunden. In 1 ist lediglich die Verbindung der Induktionsspule 22d mit dem Frequenzgenerator 24 gezeigt. Die anderen Induktionsspulen 22a bis 22c, 22e, 22f sind ebenfalls mit dem Frequenzgenerator 24 verbunden. Alternativ kann jede der Induktionsspulen 22a bis 22f mit einem eigenen Frequenzgenerator 24 verbunden sein. Bei den Induktionsspulen 22a bis 22f handelt es sich vorzugsweise um wasser- oder luftgekühlte Kupferspulen. Durch das magnetische Wechselfeld werden in der Mantelschicht 20 der Trocknungswalze 14 Wirbelströme induziert, durch die die Mantelschicht 20 erwärmt wird. Auf diese Weise wird der Trocknungswalze 14 durch die Induktion Energie zugeführt.
Die Induktionsspulen 22a bis 22f sind derart angeordnet, dass jeweils zwei Induktionsspulen 22a bis 22f auf einer Geraden liegen, die parallel zur Längsachse der Trocknungstrommel 24 verlaufen. So liegen die Induktionsspulen 22a, 22b auf einer ersten Geraden, die Induktionsspulen 22c, 22d auf einer zweiten Geraden und die Induktionsspulen 22e, 22f auf einer dritten Geraden. Die Induktionsspulen 22a bis 22f sind auf den Geraden jeweils derart angeordnet, dass die Trocknungswalze 14 über ihre gesamte Länge gleichmäßig erwärmt wird. Ferner sind die drei Geraden derart angeordnet, dass ein homogenes magnetisches Wechselfeld im gesamten Bereich der Trocknungswalze 14 erzeugt wird und somit die Trocknungswalze 14 gleichmäßig erwärmt wird. Durch die Vielzahl der Induktionsspulen 22e bis 22f wird des Weiteren eine schnelle Erwärmung zumindest der Mantelschicht 20 der Trocknungswalze 14 erreicht. Alternativ können auch mehr oder weniger als sechs Induktionsspulen 22a bis 22f vorgesehen sein. Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann anstatt der sechs Induktionsspulen 22a bis 22f ein gebogener Flächeninduktor vorgesehen sein, der die Oberfläche der Mantelschicht 20 in einem voreingestellten Abstand umgibt und somit ein homogenes Wech selfeld erzeugt, wodurch eine gleichmäßige Erwärmung der Mantelschicht 20 erreicht wird.
Durch den Kontakt zwischen der bedruckten Bedruckstoffbahn 12 und der erwärmten Oberfläche der Mantelschicht 20 wird die Bedruckstoffbahn 12 erwärmt und der eingebrachten Feuchtigkeit diejenige Energie zugeführt, die benötigt wird, um die eingebrachte Feuchtigkeit vom flüssigen in den gasförmigen Zustand zu überführen. Durch das gezielte Verdampfen der Feuchtigkeit wird die Bedruckstoffbahn 12 getrocknet. Durch das möglichst gleichmäßige Erwärmen der Mantelschicht 20 wird verhindert, dass einige Stellen nicht ausreichend getrocknet werden und somit das Druckbild verwischen kann, während andere Stellen eventuell zu stark getrocknet und die Bedruckstoffbahn 12 dadurch beschädigt wird. Durch das Anliegen der Bedruckstoffbahn 12 an der Trocknungswalze 14 während des Trocknungsprozesses wird eine Wellung der Bedruckstoffbahn 12, so genanntes Curling, vermieden oder zumindest minimiert.
Die Dimensionierung derjenigen Elemente, die für die Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes verantwortlich sind, und die damit erzielte Heizleistung erfolgt in Abhängigkeit der Frequenz des Wechselfeldes, des Materials, aus dem die Mantelschicht 20 der Trocknungswalze 14 besteht, der Geschwindigkeit, mit der die Bedruckstoffbahn 12 transportiert wird, der aufgebrachten Tintenmenge, der Beschaffenheit der Bedruckstoffbahn 12, des Bedruckstoffes und/oder der Breite der Bedruckstoffbahn 12. Die Frequenz des Wechselfeldes wird insbesondere derart ausgewählt, dass ein möglichst hoher Wirkungsgrad erzielt wird. Die Stärke der Trocknung der Bedruckstoff bahn 12 ist abhängig von der Temperatur der Oberfläche der Mantelschicht 20, der Geschwindigkeit, mit der die Bedruckstoffbahn 12 transportiert wird, und dem Durchmesser der Trocknungswalze 14. Je schneller die Bedruckstoffbahn 12 transportiert wird, umso geringer ist die erzielte Trocknung. Je größer der Durchmesser der Trocknungswalze 14 ist, umso länger kontaktiert eine jede Stelle der Bedruckstoffbahn 12 die Oberfläche der Mantelschicht 20 und umso größer ist die erzielte Trocknung. Die Heizleistung kann somit beispielsweise an die Breite der Bedruckstoffbahn 12, die Art des Bedruckstoffes und die aufgebrachte Tintenmenge angepasst werden.
Ferner umfasst die Vorrichtung 10 einen Temperatursensor 26, mit dessen Hilfe die Temperatur der Oberfläche der Mantelschicht 20 und/oder die Temperatur der Bedruckstoffbahn 12 ermittelt wird. Der Temperatursensor 26 ist insbesondere Teil eines Regelkreises, mit dessen Hilfe die Temperatur der Oberfläche der Mantelschicht 20 der Trocknungswalze 14 konstant gehalten wird. Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können mehrere Temperatursensoren 26 vorgesehen sein, die die Temperatur der Oberfläche der Mantelschicht 20 bzw. die Temperatur der Bedruckstoffbahn 12 an verschiedenen Stellen ermitteln.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Induktionsspulen 22a bis 22f außerhalb der rohrförmigen Trocknungswalze 14 angeordnet. Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die Elemente zur Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes auch innerhalb der Trocknungswalze 14 angeordnet sein. Durch die Anordnung der Induktionsspulen 22a bis 22f außerhalb der Trocknungswalze 14 werden der Aufbau vereinfacht und somit die Kosten reduziert. Des Weiteren werden der Wartungsaufwand und die hiermit verbundenen Kosten verringert und die Lebensdauer der Vorrichtung 10 verlängert.
Durch die berührungslose Übertragung der Energie mittels Induktion kann auf Elemente zur Beheizung der Trocknungswalze 14 verzichtet werden, die an der Trocknungswalze 14 angeordnet sind. Hierdurch wird eine geringe Massenträgheit der Trocknungswalze 14 erreicht, so dass diese schnell und mit geringem Kraftaufwand beschleunigt bzw. abgebremst werden kann.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist anstatt der Induktionsspulen 22a bis 22f ein, vorzugsweise mehrer, Dauermagneten vorgesehen. Durch den Dauermagnet wird ein konstantes Magnetfeld erzeugt. Bei einer Drehung der Trocknungswalze 14 werden ebenfalls Wirbelströme in die Mantelschicht 20 der Trocknungswalze 14 induziert. Bei einem Stillstand der Trocknungswalze 14 werden keine Wirbelströme induziert, so dass keine weitere thermische Energie der Trocknungswalze 14 zugeführt wird. Die Trocknungswalze 14 kühlt ab, so dass die trocknende Wirkung auf die Bedruckstoffbahn 12 nachlässt. Durch dieses automatische Abschalten der Trocknung bei einem Stillstand der Trocknungswalze 14 wird einer Beschädigung der Bedruckstoffbahn 12 durch zu intensives bzw. zu langes Trocknen vorgebeugt.
In 2 ist ein Ausschnitt der Trocknungswalze 14 der Vorrichtung 10 zum Trocknen einer bedruckten Bedruckstoffbahn 12 nach 1 gezeigt. Elemente mit gleichem Aufbau oder gleicher Funktion haben dieselben Bezugszeichen.
Die Oberfläche der Mantelschicht 20 der Trocknungswalze 14 weist eine Vielzahl von in axiale Richtung der Trocknungswalze 14 verlaufenden Rillen auf. Eine dieser Rillen ist beispielhaft mit dem Bezugszeichen 28 bezeichnet. Zusätzlich oder alternativ können auch Rillen vorgesehen sein, die in radiale Richtung verlaufen. Durch die Rillen 28 wird erreicht, dass die aufgrund der Wärmeeinwirkung während des Trocknungsprozesses verdampfte Feuchtigkeit aus der Kontaktfläche zwischen der Bedruckstoffbahn 12 und der Oberfläche der Mantelschicht 20 abgeleitet wird. Zusätzlich oder alternativ zu den Rillen 28 kann die Oberfläche der Mantelschicht 20 mindestens eine voreingestellte Mindestrauigkeit haben, durch die die Ableitung der verdampften Feuchtigkeit erfolgt. Ferner wird durch die Mindestrauigkeit die mindestens erforderliche Haftreibung zwischen der Bedruckstoffbahn 12 und der Oberfläche der Mantelschicht 20 der Trocknungswalze 14 sichergestellt, so dass ein planmäßiger Transport der Bedruckstoffbahn 12 entlang der Trocknungswalze 14 gewährleistet ist. Die Mindestrauigkeit kann beispielsweise durch die Wahl eines geeigneten Materials und/oder durch eine entsprechende Bearbeitung der Oberfläche der Mantelschicht 20 erreicht werden.
Auf der inneren Oberfläche der Trocknungswalze 14 kann eine Schicht aus einem thermisch isolierenden Material angeordnet sein, durch die Energieverluste vermindert werden. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Trocknungswalze 14 weniger Energie zugeführt werden muss, um die gewünschte Temperatur zu halten.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung ist zusätzlich ein Gebläse zur Erzeugung eines Luftstroms vorgesehen. Durch die Erzeugung eines heißen Luftstroms im Bereich der Oberfläche der Mantelschicht 20 wird ein besserer Abtransport der verdampften Feuchtigkeit erreicht. Gleichzeitig wird ein Auskühlen der Bedruckstoffbahn 12 und/oder der Trocknungswalze 14 verhindert. Ferner unterstützt der heiße Luftstrom den Trocknungsprozess der Bedruckstoffbahn 12. Das Gebläse ist insbesondere derart ausgebildet, dass der vom Gebläse erzeugte Luftstrom den gesamten Bereich, in dem die Bedruckstoffbahn 12 die Oberfläche der Mantelschicht 20 kontaktiert, umgibt und nach Aufnahme der verdampften Feuchtigkeit die feuchte Luft mit Hilfe einer Absaugeinheit abgesaugt wird.
Beim Anhalten der Trocknungswalze 14 wird von einem heißen Luftstrom auf einen kalten Luftstrom umgeschaltet, um somit eine schnellere Abkühlung der Oberfläche der Mantelschicht 20 und/oder der Bedruckstoffbahn 12 zu erreichen. Auf diese Weise werden Beschädigungen an der Bedruckstoffbahn 12 durch zu starke Trocknung der Bedruckstoffbahn 12 vermieden oder zumindest reduziert.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung ist ein Gehäuse, insbesondere ein Gehäuse aus Metall, welches außen elektrisch isoliert ist, vorgesehen, um eine Abschirmung des magnetischen Feldes zu erreichen. Hierdurch wird eine Beeinflussung anderer Vorrichtungen, die in der Umgebung der Vorrichtungen 10 zum Trocknen der bedruckten Bedruckstoffbahn 12 angeordnet sind, vermieden. Das Gehäuse ist insbesondere derart di mensioniert, dass die durch die Abschirmung aufgenommene Energie in Form von Wärme an das Gebläse zur Erzeugung des heißen Luftstroms abgegeben wird. Hierdurch wird der Energiebedarf der Vorrichtung 10 vermindert.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung zum Trocknen einer bedruckten Bedruckstoffbahn 12 zwei Trocknungswalzen 14, die derart angeordnet sind, dass ihre Längsachsen auf einer Geraden liegen. Die beiden Trocknungswalzen 14 sind vorzugsweise identisch. Durch die Verwendung zweier Trocknungswalzen 14 wird ein Einsatz der Vorrichtung zum Trocknen bedruckter Bedruckstoffbahnen 12 in Verbindung mit einem sogenannten Single Engine Duplex System ermöglicht. Bei einem Single Engine Duplex System umfasst der Druckbereich zwei Teilbereiche, in denen die Vorder- und Rückseite einer schmalen Bedruckstoffbahn 12 gleichzeitig bedruckt werden. Es ist somit nur ein Drucksystem für das Bedrucken der Vorder- und Rückseite notwendig. Zunächst wird im ersten Teilbereich der Druckbereichs die erste Seite der Bedruckstoffbahn 12 bedruckt und die Bedruckstoffbahn 12 anschließend über die erste Trocknungswalze 14 der Vorrichtung zum Trocknen der bedruckten Bedruckstoffbahn 12 geführt und somit die als erstes bedruckte Seite getrocknet. Anschließend wird die Bedruckstoffbahn 12 mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung gewendet und die zweite Seite der Bedruckstoffbahn 12 im zweiten Teilbereich des Druckbereichs bedruckt. Als nächstes wird derjenige Teil der Bedruckstoffbahn 12, dessen zweite Seite bedruckt wurde, über die zweite Trocknungswalze 14 geführt und somit ebenfalls getrocknet. Bei einem solchen Single Engine Duplex System kann es durch eine leichte Ausdehnung der Bedruckstoffbahn 12 dazu kommen, dass der Teil der Bedruckstoffbahn 12, bei dem zunächst nur eine Seite bedruckt ist, mit einer anderen Geschwindigkeit transportiert wird als derjenige Bereich der Bedruckstoffbahn 12, auf dem bereits die zweite Seite bedruckt ist. Durch die Verwendung zweier Trocknungswalzen 14 kann die Bedruckstoffbahn 12 dennoch mit Hilfe nur einer Vorrichtung zum Trocknen der Bedruckstoffbahn 12 getrocknet werden.
Des Weiteren kann die Vorrichtung zum Trocknen einer bedruckten Bedruckstoffbahn 12 mit zwei Trocknungswalzen 14 bei Twin-Drucksystemen verwendet werden. Im Gegensatz zu einem Single Engine Duplex System erfolgt bei einem Twin-Drucksystem das Bedrucken der Vorderseite und das Bedrucken der Rückseite durch zwei verschiedene Druckgeräte.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung zum Trocknen einer bedruckten Bedruckstoffbahn 12 auch mehr als zwei Trocknungswalzen 14 umfassen.

10: Vorrichtung
12: Bedruckstoffbahn
14: Trocknungswalze
16: Lagerelement
18: Strebe
20: Mantelschicht
21: Umlenkrolle
22a bis 22f: Induktionsspule
24: Frequenzgenerator
26: Temperatursensor
28: Rille

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4121203 A1 [0003]
- US 5713138 [0007]
- DE 29820958 U1 [0008]
- US 2008/0204535 A1 [0009]

Claims

Vorrichtung zum Trocknen einer bedruckten Bedruckstoffbahn, mit mindestens einer drehbar gelagerten Trocknungswalze (14) mit einer Mantelfläche (20) aus einem induktiv erwärmbaren Material, die die zu trocknende Bedruckstoffbahn (12) kontaktiert, und mit einem Magnetfelderzeuger (22a bis 22f) zur Erzeugung eines Magnetfeldes, wobei der Magnetfelderzeuger (22a bis 22f) derart angeordnet ist, dass die Trocknungswalze (14) durch einen induzierten Wirbelstrom erwärmbar ist, und wobei der Abstand des Magnetfelderzeugers (22a bis 22f) zur Längsachse der Trocknungswalze (14) größer ist als der Radius der Trocknungswalze (14).
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der der Magnetfelderzeuger (22a bis 22f) mindestens einen Dauermagneten umfasst.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Magnetfelderzeuger (22a bis 22f) mindestens eine mit einer Wechselspannung beaufschlagte Induktionsspule (22a bis 22f) zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes umfasst.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, bei der der Magnetfeldererzeuger (22a bis 22f) mehrere Induktionsspulen (22a bis 22f) umfasst, deren Mittelpunkte auf einer parallel zur Längsachse der Trocknungswalze (14) verlaufenden Geraden angeordnet sind und deren Polachse parallel zueinander verlaufen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, bei der die Mittelpunkte zweier benachbarter Induktionspulen (22a bis 22f) jeweils denselben Abstand zueinander haben und die Induktionsspulen (22a bis 22f) über die gesamte Länge der Trocknungswalze (14) in Richtung der Längsachse verteilt sind.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der der Magnetfelderzeuger (22a bis 22f) mehrere Induktionsspulen (22a bis 22f) umfasst, die auf einem Kreis, dessen Mittelpunkt auf der Längsachse der Trocknungswalze (14) liegt, angeordnet sind.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei der jeweils mindestens zwei Induktionsspulen (22a bis 22f) auf mindestens zwei parallel zur Längsachse der Trocknungswalze (14) verlaufenden Geraden angeordnet sind und die Geraden jeweils denselben Abstand zur Längsachse der Trocknungswalze (14) haben.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Trocknungswalze (14) einen rohrförmigen Querschnitt hat.
Vorrichtung (10) nach Anspruche 8, bei der auf der der Bedruckstoffbahn (12) abgewandeten Oberfläche der Trocknungswalze (14) eine Schicht aus einem thermisch isolierenden Material angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Mantelfläche (20) der Trocknungswalze (14) mindestens eine voreingestellte Mindestrauigkeit hat.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 10, bei der mindestens ein Temperatursensor (26) zur Ermittlung der Temperatur der Trocknungswalze (14) und/oder der Temperatur der Bedruckstoffbahn (12) vorgesehen ist, und bei der eine Steuereinheit vorgesehen ist, die die Induktionsspulen (22a bis 22f) in Abhängigkeit der ermittelten Temperatur ansteuert.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Gebläse zur Erzeugung eines Luftstroms vorgesehen ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zwei, vorzugsweise identische, Trocknungswalzen (14) derart angeordnet sind, dass ihre Längsachsen auf einer Geraden liegen.
Verfahren zum Trocknen einer bedruckten Bedruckstoffbahn, bei dem die zu trocknende Bedruckstoffbahn (12) über mindestens eine drehbar gelagerte Trocknungswalze (14) mit einer Mantelfläche (20) aus einem induktiv erwärmbaren Material geführt wird, und die Trocknungswalze (14) induktiv erwärmt wird.