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Die Erfindung betrifft eine Temperierungswalze zur Temperierung, insbesondere zur Kühlung oder zur Aufheizung, eines Aufzeichnungsträgers.
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Druckvorrichtungen, insbesondere Tintenstrahl-Druckvorrichtungen, können zum Bedrucken von Aufzeichnungsträgern (wie z.B. Papier) eingesetzt werden. Dazu werden bei einer Tintenstrahl-Druckvorrichtung ein oder mehrere Düsen verwendet, um Tintentropfen auf den Aufzeichnungsträger zu feuern und um dadurch ein gewünschtes Druckbild auf dem Aufzeichnungsträger zu erzeugen.
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Eine Tintenstrahl-Druckvorrichtung kann ein oder mehrere Trocknungsvorrichtungen umfassen, um den Aufzeichnungsträger nach Aufbringen des Druckbildes zu trocknen und um dadurch die aufgebrachte Tinte auf dem Aufzeichnungsträger zu fixieren. Eine beispielhafte Trocknungsvorrichtung ist eine Heizwalze, die mit dem Aufzeichnungsträger in Kontakt steht, um den Aufzeichnungsträger aufzuheizen und dadurch zu trocknen.
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Es kann vorteilhaft sein, den Aufzeichnungsträger im Anschluss an die Trocknung wieder zu kühlen, z.B. um den bedruckten Aufzeichnungsträger weiterverarbeiten zu können. Die Kühlung des Aufzeichnungsträgers kann mittels einer Kühlwalze erfolgen.
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Zur Temperierung, insbesondere zur Kühlung oder zur Aufheizung, eines Aufzeichnungsträgers kann somit eine Temperierungswalze verwendet werden. Die Effektivität der durch eine Temperierungswalze bewirkten Temperierung hängt dabei von der Menge an Energie ab, die von der Walze auf den Aufzeichnungsträger oder von dem Aufzeichnungsträger auf die Walze übertragen werden kann, während der Aufzeichnungsträger mit der Mantelfläche der Walze in Kontakt steht.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, den Wirkungsgrad einer Temperierungswalze zur Temperierung eines Aufzeichnungsträgers zu erhöhen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 1 gelöst.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Temperierungswalze zur Temperierung eines Aufzeichnungsträgers beschrieben. Die Temperierungswalze weist eine Mantelfläche auf, die den Innenraum und die Walzenachse der Temperierungswalze umschließt und die ausgebildet ist, zumindest bereichsweise mit dem Aufzeichnungsträger in Kontakt zu stehen. Der Innenraum der Temperierungswalze ist ausgebildet, in axialer Richtung von einem Temperierungsmedium, wie z.B. Luft, durchströmt zu werden. Die Temperierungswalze umfasst zumindest ein Wärmerohrelement mit einem Arbeitsmedium, wie z.B. Wasser. Das Arbeitsmedium, insbesondere der Siedepunkt des Arbeitsmediums, kann an die Zieltemperatur des Aufzeichnungsträgers angepasst sein.
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Das Wärmerohrelement ist ausgebildet, in einem an der Mantelfläche angeordneten ersten Bereich des Wärmerohrelements einen Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsmedium und dem die Mantelfläche berührenden Aufzeichnungsträger zu bewirken, wobei bei dem Wärmeaustausch ein Phasenübergang des Arbeitsmediums von einer ersten Phase in eine zweite Phase erfolgt (mit einer entsprechenden Enthalpie- bzw. Enthalpiedifferenz). Des Weiteren ist das Wärmerohrelement ausgebildet, in einem sich von der Mantelfläche in den Innenraum der Temperierungswalze erstreckenden zweiten Bereich des Wärmerohrelements einen Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsmedium und dem Temperierungsmedium zu bewirken, bei dem ein Phasenübergang des Arbeitsmediums von der zweiten Phase in die erste Phase erfolgt.
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Im Weiteren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen:
- 1a ein Blockdiagramm einer beispielhaften Tintenstrahl-Druckvorrichtung mit einer Temperierungswalze;
- 1b eine beispielhafte Temperierungswalze in einer Ansicht auf eine Stirnfläche der Temperierungswalze;
- 2 eine beispielhafte Temperierungswalze mit einer Wärmerohrstruktur;
- 3a-3b beispielhafte Wärmerohrelemente für eine Temperierungswalze;
- 4 ein beispielhaftes Wärmerohrelement in einer Ansicht senkrecht zu der Walzenachse; und
- 5 ein beispielhaftes Wärmerohrelement mit einer Vielzahl von Temperierungsrohren.
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Die in 1a dargestellte Druckvorrichtung 100 ist für den Druck auf einen bogen- oder blatt- oder plattenförmigen oder bandförmigen Aufzeichnungsträger 120 ausgelegt. Der Aufzeichnungsträger 120 kann aus Papier, Pappe, Karton, Metall, Kunststoff, Textilien, einer Kombination davon und/oder sonstigen geeigneten und bedruckbaren Materialien hergestellt sein. Der Auszeichnungsträger 120 wird entlang der Transportrichtung 1, die durch einen Pfeil dargestellt wird, durch das Druckwerk 140 der Druckvorrichtung 100 geführt.
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Das Druckwerk 140 der Druckvorrichtung 100 umfasst in dem dargestellten Beispiel zwei Druckriegel 102, wobei jeder Druckriegel 102 für das Drucken mit Tinte einer bestimmten Farbe verwendet werden kann, z.B. für Tinte der Farben Schwarz, Cyan, Magenta und/oder Gelb und/oder ggf. für MICR-Tinte. Unterschiedliche Druckriegel 102 können für das Drucken mit jeweils unterschiedlichen Tinten verwendet werden.
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Ein Druckriegel 102 kann ein oder mehrere Druckköpfe 103 umfassen, die ggf. in mehreren Reihen nebeneinander angeordnet sind, um die Bildpunkte unterschiedlicher Spalten 31, 32 eines Druckbildes auf den Aufzeichnungsträger 120 zu drucken. In dem in 1a dargestellten Beispiel umfasst ein Druckriegel 102 fünf Druckköpfe 103, wobei jeder Druckkopf 103 die Bildpunkte einer Gruppe von Spalten 31, 32 eines Druckbildes auf den Aufzeichnungsträger 120 druckt.
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Jeder Druckkopf 103 des Druckwerks 140 umfasst in der in 1a abgebildeten Ausführungsform mehrere Düsen 21, 22, wobei jede Düse 21, 22 eingerichtet ist, Tintentropfen auf den Aufzeichnungsträger 120 zu feuern oder zu stoßen. Ein Druckkopf 103 des Druckwerks 140 kann beispielsweise mehrere Tausend effektiv genutzte Düsen 21, 22 umfassen, die entlang mehrerer Reihen quer zur Transportrichtung 1 des Aufzeichnungsträgers 120 angeordnet sind. Mittels der Düsen 21, 22 eines Druckkopfs 103 des Druckwerks 140 können Bildpunkte einer Zeile eines Druckbildes auf den Aufzeichnungsträger 120 quer zur Transportrichtung 1, d.h. entlang der Breite des Aufzeichnungsträgers 120, gedruckt werden.
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Die Druckvorrichtung 100 umfasst ferner eine Steuereinheit 101, z.B. eine Ansteuer-Hardware und/oder einen Controller, die eingerichtet ist, die Aktuatoren der einzelnen Düsen 21, 22 der einzelnen Druckköpfe 103 des Druckwerks 140 anzusteuern, um in Abhängigkeit von Druckdaten das Druckbild auf den Aufzeichnungsträger 120 aufzubringen.
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Das Druckwerk 140 der Druckvorrichtung 100 umfasst somit zumindest einen Druckriegel 102 mit K Düsen 21, 22, die mit einem bestimmten Zeilentakt angesteuert werden können, um eine Zeile, die quer zu der Transportrichtung 1 des Aufzeichnungsträgers 120 verläuft, mit K Pixeln bzw. K Spalten 31, 32 eines Druckbildes auf den Aufzeichnungsträger 120 zu drucken, z.B. mit K>1000. Die Düsen 21, 22 sind in dem dargestellten Beispiel unbeweglich bzw. fest in der Druckvorrichtung 100 verbaut, und der Aufzeichnungsträger 120 wird mit einer bestimmten Transportgeschwindigkeit an den feststehenden Düsen 21, 22 vorbeigeführt.
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Die Druckvorrichtung 100 umfasst eine Temperierungswalze 150, die eingerichtet ist, den Aufzeichnungsträger 120 zu temperieren. Die Temperierungswalze 150 kann z.B. eingerichtet sein, den Aufzeichnungsträger 120 zu erwärmen, insbesondere um das auf den Aufzeichnungsträger 120 gedruckte Druckbild zu trocknen und/oder zu fixieren. Alternativ kann die Temperierungswalze 150 eingerichtet sein, den Aufzeichnungsträger 120 zu kühlen, z.B. im Anschluss an die Trocknung und/oder Fixierung des Druckbildes.
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1b zeigt eine beispielhafte Temperierungswalze 150 in einer Ansicht auf eine Stirnfläche der Walze 150, d.h. entlang der Walzenachse 152 der Walze 150. Die, insbesondere zylinderförmige, Walze 150 weist eine Mantelfläche 151 auf, die zumindest teilweise mit dem Aufzeichnungsträger 120 in Kontakt steht. Beispielsweise kann bei einer Umlenkung des Aufzeichnungsträgers 120 um 180° die Mantelfläche 151 über einen Winkelbereich von 180° mit dem Aufzeichnungsträger 120 in Kontakt stehen.
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Die in 1b dargestellte Walze 150 ist hohl und wird entlang der Walzenachse 152 mit einem, typischerweise flüssigen oder gasförmigen, Temperierungsmedium 160 durchströmt. Ein beispielhaftes Temperierungsmedium 160 zur Kühlung ist z.B. kaltes Wasser oder kalte Luft. Ein beispielhaftes Temperierungsmedium 160 zur Aufheizung ist z.B. heiße Luft.
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Die Menge an Energie, die von dem Temperierungsmedium 160 auf den Aufzeichnungsträger 120 übertragen werden kann, um den Aufzeichnungsträger 120 aufzuheizen, oder die von dem Aufzeichnungsträger 120 auf das Temperierungsmedium 160 übertragen werden kann, um den Aufzeichnungsträger 120 zu kühlen, ist typischerweise aufgrund der begrenzten Wärmekapazität des Temperierungsmediums 160 (z.B. Luft) und aufgrund der begrenzten Mantelfläche 151 relativ gering.
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2 zeigt eine beispielhafte Temperierungswalze 150 in einer Ansicht auf eine Stirnfläche der Temperierungswalze 150 und/oder in einer Ansicht axial zu der Walzenachse 152. Die Temperierungswalze 150 umfasst ein oder mehrere vorzugsweise zusammenhängende Wärmerohrsegmente 200, die jeweils einen Walzenmantel-nahen ersten Bereich 201 und einen sich vom Walzenmantel 151 zur Walzenachse 152 hin erstreckenden zweiten Bereich 202 umfassen. Ein Wärmerohrsegment 200 ist mit einem Arbeitsmedium 210 befüllt, wobei das Arbeitsmedium 210 ausgebildet ist, zur Abgabe von Energie bzw. zur Aufnahme von Energie einen Phasenübergang durchzuführen. Die mit dem Phasenübergang verbundene Enthalpie bzw. Enthalpiedifferenz ermöglicht die Abgabe oder die Aufnahme von relativ hohen Energiemengen.
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Der Walzenmantel-nahe erste Bereich 201 kann einem Abschnitt der Mantelfläche 151 der Temperierungswalze 150 entsprechen, wobei der Abschnitt einen bestimmten Winkelbereich, wie z.B. zwischen 5° und 45°, des Umfangs der Mantelfläche 151 und sich vorzugsweise über den gesamten Höhenbereich (Länge der Walze), wie z.B. zwischen 10% und 100%, der Höhe der Mantelfläche 151 erstreckt. In dem in 2 dargestellten Beispiel deckt der erste Bereich 201 einen Winkelbereich des Mantelfläche 151 von 45° ab.
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Der sich radial zwischen der Walzenachse 152 und der Mantelfläche 151 erstreckende zweite Bereich 202 ist mit dem ersten Volumenbereich 201 verbunden, so dass das Arbeitsmedium 210 von dem ersten Bereich 201 in den zweiten Bereich 202 und/oder von dem zweiten Bereich 202 in den ersten Bereich 201 gelangen kann. Der zweite Bereich 202 kann dabei einen stabförmigen Querschnitt, der parallel zu der Stirnfläche der Walze 150 verläuft, aufweisen. Des Weiteren kann sich der zweite Bereich 202 in axialer Richtung über einen bestimmten Höhenbereich, wie z.B. zwischen 10% und 100%, der Höhe der Mantelfläche 151 erstrecken. Beispielsweise kann der zweite Bereich 202 durch zwei parallel angeordnete Bleche gebildet werden, die einen Spalt zur Aufnahme des Arbeitsmediums 210 bilden und punktuell miteinander verbunden (z.B. verschweißt) sein können, um Druckunterschiede zwischen den Bereichen 260 und 201 ausgleichen zu können (siehe 4).
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Ein Wärmerohrsegment 200 kann z.B., wie in 2 dargestellt, als eine Speiche eines Wagenrades ausgebildet sein, wobei die Temperierungswalze 150 in diesem Fall das Wagenrad darstellt.
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Die Temperierungswalze 150 ist derart ausgebildet, dass zwischen den zweiten Bereichen 202 der einzelnen Wärmerohrsegmente 200 jeweils ein Hohlraum 260 angeordnet ist, durch den in axialer Richtung, d.h. senkrecht zu der Bildfläche in 2, das Temperierungsmedium 160 geleitet werden kann, um an der Oberfläche der zweiten Bereiche 202 einen Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsmedium 210 und dem Temperierungsmedium 160 zu bewirken. Dabei wird auch in den zweiten Bereichen 202 der Wärmerohrsegmente 200 jeweils ein Phasenübergang des Arbeitsmediums 210 bewirkt.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise eines Wärmerohrsegments 200 am Beispiel einer Kühlwalze 150 beschrieben. Die Funktionsweise bei einer Heizwalze 150 ist komplementär bzw. genau umgekehrt zu der Funktionsweise bei einer Kühlwalze 150.
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In dem Walzenmantel-nahen ersten Bereich 201 eines Wärmerohrsegments 200 erfolgt bei einer Kühlwalze 150 eine Verdampfung des flüssigen Arbeitsmediums 210, und als Folge daraus die Aufnahme einer relativ hohen Energiemenge von dem Aufzeichnungsträger 120. Das verdampfte Arbeitsmedium 210 gelangt aufgrund des erhöhten Drucks in den radialen zweiten Bereich 202 des Wärmerohrsegments 200 und wird dort durch das vorbeiströmende Temperierungsmedium 160 abgekühlt, so dass das Arbeitsmedium 210 kondensiert. Das flüssige Arbeitsmedium 210 kann dann durch die Schwerkraft, durch Zentrifugalkräfte der sich drehenden Walze 150 und/oder durch Kapillarkräfte von Kapillaren in dem zweiten Bereich 202, nicht in 2 dargestellt, zurück zu dem ersten Bereich 201 gefördert werden. Das Wärmerohrsegment 200 steht dann in der nächsten Umdrehung der Walze 150 wieder zur Aufnahme von Wärmeenergie von dem Aufzeichnungsträger 120 zur Verfügung.
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3a zeigt ein beispielhaftes Wärmerohrsegment 200 für eine Kühlwalze 150. Wie oben dargelegt strömt das verdampfte Arbeitsmedium 210, wie z.B. Wasser, Alkohol und/oder Aceton aus dem ersten Bereich 201 in den zweiten Bereich, was in 3a durch den Pfeil 301 dargestellt wird. Nach Kondensation des Arbeitsmediums 210 strömt das Arbeitsmedium dann wieder zurück aus dem zweiten Bereich 202 in den ersten Bereich, was in 3a durch den Pfeil 302 dargestellt wird.
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Bei einer Heizwalze 150 ist die Funktionsweise genau umgekehrt. Das verdampfte Arbeitsmedium 210 kondensiert in dem ersten Bereich 201 aufgrund der Abgabe der Wärmeenergie an den Aufzeichnungsträger 120 und strömt dann, z.B. aufgrund von Kapillarkräften von Kapillaren innerhalb des Wärmerohrsegments 200, in den zweiten Bereich 202, in dem das Arbeitsmedium 210 durch Einwirken des relativ heißen Temperierungsmediums 160 wieder verdampft werden kann.
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3b zeigt ein beispielhaftes Wärmerohrsegment 200, das an dem zweiten Bereich 202 ein oder mehrere Wärmeleitbleche 311 umfasst, durch die der Wärmeübergang zwischen dem Arbeitsmedium 210 und dem Temperierungsmedium 160 in dem zweiten Bereich 202 verbessert werden kann.
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4 zeigt ein beispielhaftes Wärmerohrsegment 200 in einer Ansicht, bei der die Walzenachse 152 innerhalb der Bildebene, von links nach rechts, verläuft. Der zweite Bereich 202 des Wärmerohrsegments 200 kann z.B. durch zwei Bleche 401, wie z.B. Kupferbleche, gebildet werden, die an ein oder mehreren Verbindungspunkten 402, insbesondere an ein oder mehreren Schweißpunkten, miteinander verbunden sind. So kann ein Wärmerohrsegment 200 in kosteneffizienter Weise hergestellt werden. Die Verbindung der Bleche 401 ist dafür da, um eine Deformation durch Druckunterschiede zu verhindern.
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5 zeigt ein beispielhaftes Wärmerohrsegment 200, das eine Vielzahl von Temperierungsrohre 560 umfasst, die sich axial entlang der Walzenachse 152 erstrecken. Der zweite Bereich 202 des Wärmerohrsegments 200 wird in diesem Fall durch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Temperierungsrohren 560 gebildet.
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Es wird somit eine Temperierungswalze 150 beschrieben, die eine Wärmerohrstruktur im Inneren der Temperierungswalze 150 aufweist. Die Wärmerohrstruktur kann es ermöglichen, eine möglichst große Wärmestromdichte an der Walzenoberfläche 151 bereitzustellen. Das, ggf. gasförmige, Temperierungsmedium 160, wie z.B. Luft, strömt dabei axial durch die Temperierungswalze 160 und überträgt Wärme an die Wärmerohrstruktur bzw. nimmt Wärme von der Wärmerohrstruktur auf. Dabei ermöglicht das verdampfende bzw. kondensierende Arbeitsmedium im Inneren eines Wärmerohrs 200 prinzipiell einen höheren Wärmeübertragungskoeffizienten als strömendes Wasser.
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Wie weiter oben dargelegt, ist die Wärmerohrstruktur bei einer Kühlwalze 150 derart ausgebildet, dass das Arbeitsmedium 210 an der Mantelfläche 151 der Walze 150 verdampft und an den Kühllamellen, d.h. in den zweiten Bereichen 202, im Inneren der Walze 150 kondensiert. Bei einer Heizwalze 150 kondensiert das Arbeitsmedium 210 an der Mantelfläche 151 der Walze 150 und verdampft an den Heizlamellen 202. Die Wärmerohrstruktur ist bevorzugt ausgebildet, um an dem Wärmetauscher mit dem Temperierungsmedium 160 einen möglichst geringen Strömungswiderstand bereitzustellen und um eine möglichst große Kontaktfläche zur Wandung der ein oder mehreren Wärmerohre 200 bereitzustellen. Die Wandstärke eines Wärmerohrs 200 ist bevorzugt möglichst dünn und besteht bevorzugt aus einem Material mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit, wie z.B. Kupfer. Ein oder mehrere Parameter eines Wärmerohrs 200, wie z.B. der Typ des Arbeitsmediums 210, der Querschnitt eines Wärmerohrs 200, die Fluidförderung über Schwerkraft oder Kapillarkräfte, und/oder der Druck innerhalb des Wärmerohrs 200, können an die jeweilige Temperierungssituation angepasst werden.
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Es wird somit in diesem Dokument eine Temperierungswalze 150 zur Temperierung, insbesondere zur Kühlung oder zur Erwärmung, eines Aufzeichnungsträgers 120 beschrieben. Die Temperierungswalze 150 weist eine Mantelfläche 151 auf, die den Innenraum und die Walzenachse bzw. die Walzenwelle 152 der Temperierungswalze 150 umschließt. Die Mantelfläche 151 ist ausgebildet, zumindest bereichsweise mit dem Aufzeichnungsträger 120 in Kontakt zu stehen. Beispielsweise kann die Mantelfläche 151 in einem Winkelbereich zwischen 90° und 180° des Umfangs mit dem Aufzeichnungsträger 120 in Kontakt stehen. Der Aufzeichnungsträger 120 kann z.B. durch die Temperierungswalze 150 umgelenkt und dabei temperiert werden.
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Der Innenraum der Temperierungswalze 150 kann ausgebildet sein, in axialer Richtung entlang der Walzenachse 152 von einem Temperierungsmedium 160, wie z.B. Luft, durchströmt zu werden. Insbesondere kann die Temperierungswalze 150 zumindest bereichsweise hohl sein, so dass das, ggf. gasförmige, Temperierungsmedium 160 durch die Temperierungswalze 150 strömen kann. Dabei kann das Temperierungsmedium 160 mittels einer Pumpe durch die Temperierungswalze 150 gepumpt werden.
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Die Temperierungswalze 150 umfasst zumindest ein Wärmerohrsegment 200 mit einem Arbeitsmedium 210. Das Wärmerohrsegment 200 kann als Wärmerohr, insbesondere als Heatpipe oder als Zwei-Phase-Thermosiphon ausgebildet sein. Das Wärmerohrsegment 200 kann zu diesem Zweck einen abgeschlossenen Bereich für das Arbeitsmedium 210 bilden. Das Arbeitsmedium 210 kann eine Siedetemperatur aufweisen, die an den Temperaturbereich der Temperierung des Aufzeichnungsträgers 120 angepasst ist. Ein beispielhaftes Arbeitsmedium 210 ist Wasser.
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Das Wärmerohrsegment 200 kann ausgebildet sein, in einem an der Mantelfläche 151 angeordneten ersten Bereich 201 des Wärmerohrsegments 200 einen Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsmedium 210 und einem die Mantelfläche 151 berührenden Aufzeichnungsträger 120 zu bewirken, bei dem ein Phasenübergang des Arbeitsmediums 210 von einer ersten Phase in eine zweite Phase erfolgt. Als Folge des Phasenübergangs ergibt sich an der Mantelfläche 151 eine Enthalpie bzw. Enthalpiedifferenz des Arbeitsmediums 210 in den unterschiedlichen Phasen, wodurch ein Wärmeübergang mit einer relativ hohen Wärmestromdichte bewirkt werden kann.
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Des Weiteren kann das Wärmerohrsegment 200 ausgebildet sein, in einem sich von der Mantelfläche 151 in den Innenraum der Temperierungswalze 150 erstreckenden zweiten Bereich 202 des Wärmerohrsegments 200 einen Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsmedium 210 und dem Temperierungsmedium 160 zu bewirken, bei dem ein Phasenübergang des Arbeitsmediums 210 von der zweiten Phase in die erste Phase erfolgt. So kann das Arbeitsmedium 210 auf einen erneuten Wärmeübergang an der Mantelfläche vorbereitet werden.
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Mit anderen Worten, die Temperierungswalze 150 kann zumindest ein Wärmerohr 200 umfassen, das ausgebildet ist, an der Mantelfläche 151 der Temperierungswalze 150 einen Wärmeaustausch mit Phasenübergang des Arbeitsmediums 210 des Wärmerohrs 200 zu bewirken, und das ferner ausgebildet ist, im Innenraum der Temperierungswalze 150 einen Wärmeaustausch des Arbeitsmediums 210 mit dem die Temperierungswalze 150 durchströmenden Temperierungsmedium 160 zu bewirken. So kann eine Temperierungswalze 150 mit einem hohen Temperierungs-Wirkungsgrad bereitgestellt werden.
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Die Temperierungswalze 150 kann ausgebildet sein, den Aufzeichnungsträger 120 zu kühlen. In diesem Fall können die erste Phase eine Flüssigphase und die zweite Phase eine Gasphase des Arbeitsmediums 210 sein. Alternativ kann die Temperierungswalze 150 ausgebildet sein, den Aufzeichnungsträger 120 zu heizen. In diesem Fall können die erste Phase eine Gasphase und die zweite Phase eine Flüssigphase des Arbeitsmediums 210 sein.
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Das Wärmerohrsegment 200 kann ausgebildet sein, insbesondere durch Kapillarkräfte, durch die Schwerkraft und/oder durch eine durch Drehung der Temperierungswalze 150 bewirkte Zentrifugalkraft, zu bewirken, dass das Arbeitsmedium 210 nach dem Phasenübergang in die zweite Phase aus dem ersten Bereich 201 in den zweiten Bereich 202 des Wärmerohrsegments 200 gefördert wird. Des Weiteren kann das Wärmerohrsegment 200 ausgebildet sein, insbesondere durch Kapillarkräfte, durch die Schwerkraft und/oder durch eine durch Drehung der Temperierungswalze 150 bewirkte Zentrifugalkraft, zu bewirken, dass das Arbeitsmedium 210 nach dem Phasenübergang in die erste Phase aus dem zweiten Bereich 202 in den ersten Bereich 201 des Wärmerohrsegments 200 gefördert wird. Das Wärmerohrsegment 200 kann zu diesem Zweck z.B. Kapillare im ersten Bereich 201 und/oder im zweiten Bereich 202 aufweisen. So kann in zuverlässiger Weise bewirkt werden, dass die Temperierungswalze 150 in kontinuierlicher Weise zur Temperierung eines, ggf. bandförmigen, Aufzeichnungsträgers 120 verwendet werden kann.
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Der erste Bereich 201 des Wärmerohrsegments 200 kann sich über einen ersten Winkelbereich entlang des Umfangs der Mantelfläche 151 der Temperierungswalze 150 erstrecken, wobei der erste Winkelbereich typischerweise nur einen Teil des Umfangs der Mantelfläche 151 abdeckt. Der erste Winkelbereich kann z.B. zwischen 5° und 45° liegen.
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Der zweite Bereich 202 erstreckt sich bevorzugt über einen zweiten Winkelbereich entlang des Umfangs der Mantelfläche 151 der Temperierungswalze 150, der kleiner als der erste Winkelbereich ist. Insbesondere weist der zweite Bereich 202 bevorzugt eine Ausbreitung von der Mantelfläche 151 weg in den Innenraum, insbesondere zu der Walzenachse 152 hin, auf. So kann gewährleistet werden, dass die Wärme in zuverlässiger Weise von der Mantelfläche 151 weg in den Innenraum und damit zu dem Temperierungsmedium 160 oder von dem Innenraum zu der Mantelfläche 151 hin gefördert werden kann. Es wird somit eine effiziente und zuverlässige Temperierung eines Aufzeichnungsträgers 120 ermöglicht.
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Der erste Bereich 201 und der zweite Bereich 202 des Wärmerohrsegments 200 können sich über eine axiale Länge in axialer Richtung entlang der Walzenachse 152 erstrecken. Dabei ist die axiale Länge bevorzugt zwischen 50% und 100% der Gesamtlänge der Temperierungswalze 150 in axialer Richtung entlang der Walzenachse 152. Beispielsweise kann der zweite Bereich 202 des Wärmerohrsegments 210 in effizienter Weise durch einen Spalt zwischen zwei parallel in axialer Richtung zwischen der Walzenachse 152 und der Mantelfläche 151 verlaufende Blechteile 401 gebildet werden, die an mehreren Verbindungspunkten 402 miteinander verbunden sind.
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In einem weiteren Beispiel umfasst die Temperierungswalze 150, wie beispielhaft in 5 dargestellt, mehrere Temperierungsrohre 560, die den Innenraum der Temperierungswalze 150 in axialer Richtung entlang der Walzenachse 152 durchlaufen. Die Temperierungsrohre 560 können jeweils ausgebildet sein, das Temperierungsmedium 160 durch die Temperierungswalze 150 zu führen. Der zweite Bereich 202 des Wärmerohrsegments 200 kann dann in effizienter Weise durch den Hohlraum im Innenraum der Temperierungswalze 150 zwischen den Temperierungsrohren 560 gebildet werden.
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Die Temperierungswalze 150 kann ein Wärmerohrelement mit einem oder mehreren Wärmerohrsegmente 200, insbesondere 6 oder mehr Wärmerohrsegmente 200, umfassen. Dabei können die ersten Bereiche 201 der Wärmerohrsegmente 200 entlang des Umfangs der Mantelfläche 151 der Temperierungswalze 150 nebeneinander angeordnet sein, insbesondere derart, dass an jedem Punkt des Umfangs der Mantelfläche 151 jeweils der erste Bereich 201, ggf. genau, eines Wärmerohrsegments 200 angeordnet ist. Die gesamte Mantelfläche 151 kann somit, ggf. vollständig, durch die ersten Bereiche 201 von unterschiedlichen Wärmerohrsegmenten 200 bedeckt sein. So kann in zuverlässiger Weise bewirkt werden, dass nach-und-nach bei der Drehung der Temperierungswalze 150 nach-und-nach unterschiedliche Wärmerohrsegmente 200 mit dem Aufzeichnungsträger 120 in Kontakt kommen, und so eine kontinuierliche Temperierung des Aufzeichnungsträgers 120 bewirken. Idealerweise können alle Wärmeträgerbereiche miteinander verbunden sein. Sowohl in axialer als auch in radialer Richtung findet ein Austausch des Arbeitsmediums und damit ein Wärmetransport statt.
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Die Temperierungswalze 150 kann somit entlang des Umfangs mehrere unterschiedliche, ggf. voneinander entkoppelte, Wärmerohrsegmente 200 aufweisen. Die Temperierungswalze 150 kann derart gedreht werden, dass in jeder Drehung der Temperierungswalze 150 jedes Wärmerohrsegment 200 einmal einen Wärmeaustausch mit Phasenübergang an der Mantelfläche 151 bewirkt. Im restlichen Verlauf der Umdrehung kann dann das jeweilige Wärmerohrsegment 200 auf den Wärmeaustausch in der nächsten Umdrehung vorbereitet werden.
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Die Temperierungswalze 150 kann zwischen den Wärmerohrsegmenten 200, insbesondere zwischen den zweiten Bereichen 202 von benachbarten Wärmerohrsegmenten 200, jeweils einen in axialer Richtung durch die Temperierungswalze 150 verlaufenden Hohlraum 260 aufweisen, der ausgebildet ist, von dem Temperierungsmedium 160 durchströmt zu werden. So kann in effizienter Weise der Wärmeübergang zwischen dem Arbeitsmedium 210 und dem Temperierungsmedium 160 ermöglicht werden. Der Hohlraum 260 kann wie in 5 dargestellt ist, auch kreisrund sein.
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Die Temperierungswalze 150 kann in dem Hohlraum 260 für das Temperierungsmedium 150 ein oder mehrere Wärmeleitelemente 311, die z.B. aus Kupferblech bestehen, umfassen. Die ein oder mehreren Wärmeleitelemente 311 können die zweiten Bereiche 202 der Wärmerohrsegmente 200 berühren und können ausgebildet sein, die Kontaktfläche zwischen den zweiten Bereichen 202 der Wärmerohrsegmente 200 und dem Temperierungsmedium 160 im Vergleich zu der Kontaktfläche ohne die ein oder mehreren Wärmeleitelemente 311 zu erhöhen. So kann der Wirkungsgrad des Wärmeübergangs zwischen dem Arbeitsmedium 210 und dem Temperierungsmedium 160 weiter erhöht werden.
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Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen kann der Wirkungsgrad einer Temperierungswalze 150 bedingt durch eine erhöhte Wärmestromdichte an der Mantelfläche 151 der Temperierungswalze 150 erhöht werden. Alternativ oder ergänzend können die Kontaktlänge und/oder die Kontaktzeit zwischen dem Aufzeichnungsträger 120 und der Walze 150 reduziert werden, was es z.B. ermöglicht, die Anzahl und/oder die Größe der Walzen 150 zu reduzieren. Außerdem ermöglichen die beschriebenen Maßnahmen eine leichtere Bauweise einer Walze 150, da durch die relativ hohe Verdampfungsenthalpie, im Vergleich zur Wärmekapazität eines klassischen Wärmeträgers wie z.B. Wasser, der für die Temperierung erforderliche Stofftransport reduziert werden kann. Des Weiteren ermöglicht die erhöhte Verdampfungsenthalpie eine gleichmäßigere Temperaturverteilung der Heiz- oder Kühlflächen einer Walze 150. Der Wärmetransport in einem Wärmerohr 200 kann unter annähernd isothermen Bedingungen erfolgen, so dass die Temperaturdifferenzen zwischen der Mantelfläche 151 der Walze 150 und der Oberfläche des Wärmetauschers zum Temperierungsmedium 160 sehr gering sind.
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Eine Walze 150 kann derart ausgebildet sein, dass keine Wellendichtungen der Welle 152 am Kühlmittelkreis verwendet werden. So kann das Bremsmoment der Walze 150 reduziert werden. Dies ermöglicht es ggf., auf einen aktiven Antrieb der Walze 150 zu verzichten, so dass die Walze 150 durch den Aufzeichnungsträger 120 mitgeschleppt wird. Gegebenenfalls kann der Strom des Temperierungsmediums 160 den Walzenantrieb unterstützen, z.B. durch Verwendung von Kühlrippen als Windrad. Durch die Verwendung einer sich drehenden Walze 150 als Temperierungseinheit kann die Belastung eines Aufzeichnungsträgers 120, im Vergleich zu einem stehenden Sattel, reduziert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Transportrichtung
- 21, 22
- Düse (Druckbild)
- 31, 32
- Spalte (des Druckbildes)
- 100
- Druckvorrichtung
- 101
- Steuereinheit
- 102
- Druckriegel
- 103
- Druckkopf
- 120
- Aufzeichnungsträger
- 140
- Druckwerk
- 150
- Temperierungswalze
- 151
- Mantelfläche
- 152
- Walzenwelle bzw. Walzenachse
- 160
- Temperierungsmedium bzw. Temperierungsfluid
- 200
- Wärmerohrsegment
- 201
- Mantelnaher, erster Bereich eines Wärmerohrsegments bzw. -element
- 202
- Radialer, zweiter Bereich eines Wärmerohrsegments bzw. -element
- 210
- Arbeitsmedium bzw. Arbeitsfluid
- 260
- Temperierungs-Hohlraum
- 301, 302
- Flussrichtung
- 311
- Wärmeleitelement
- 401
- Blech
- 402
- Verbindungspunkt
- 560
- Temperierungsrohr
