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In
Druckmaschinen sind zum Transport der Bogen von Druckwerk zu Druckwerk
und zur Bogenablage Übergabe-
und Wendetrommeln vorgesehen. Unter diesen Trommeln befinden sich
zur Vermeidung des Abschmierens der bedruckten Bogenunterseite Führungsflächen, die
den Bogen mittels Luftpolster berührungslos führen. Weiterhin sind entlang des
Bogentransportweges Luftpolsterführungsflächen zur
Erzielung einer glatten Auflage der Bogen auf den Trommel- bzw. Zylinderoberflächen angeordnet.
Dazu befinden sich in der Führungsfläche, die der
Bogenunterseite zugewandt ist, eine Anzahl von Düsen (Schlitz- oder Lochdüsen), über die
Luft in den Spalt zwischen Bogen und Führungsfläche geblasen wird. Die Luft
tritt dabei als Strahl unter einem bestimmten Winkel aus der Führungsfläche. Bei
der Verwendung von Lochdüsen
beträgt
der Winkel vorzugsweise 90°.
Aus Schlitzdüsen
tritt der Strahl fast parallel zur Führungsfläche aus. Der für die Strahlbildung
notwendige Vordruck wird in Luftkammern unterhalb der Führungsflächen i.
a. durch Axialventilatoren erzeugt, die zur Vermeidung von Druckverlusten
in unmittelbarer Nähe
zur Führungsfläche an oder in
den Luftkammern angeordnet sind.
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Der
Nachteil bei der Anordnung von Axialventilatoren nahe an Führungsflächen liegt
in den örtlich
und zeitlich schwankenden Vordruckwerten, die sich vor den Düsen der
Führungsfläche einstellen, weil
die rotierende Strömungskomponente
der Axialventilatoren in den Randbereichen ihre kinetische Energie
in Druckenergie umsetzt und zu instationären Turbulenzen führt. Die
aus den Düsen
austretende und zwischen Führungsfläche und
Bogen geleitete Strömung
ist dadurch ebenfalls turbulent, so dass z. B. die Strahlrichtung
bei Lochdüsen
von der Normalen abweicht.
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Die örtlich und
zeitlich ungleichmäßige Druckverteilung
vor und nach den Düsenöffnungen bedeutet
ein ungleichmäßiges Luftpolster
und damit unzulässige
Verformungen im Bogen während
des Transportes durch die Druckmaschine. Beschädigungen von Druckbild und
Bogen sind die Folge.
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Die
nicht mehr senkrecht aus den Lochdüsen austretende turbulente
Strömung
besitzt neben dem Nachteil der ungleichmäßigen Druckverteilung darüber hinaus
auch den Nachteil, dass die Fernwirkung der Lochdüsenstrahlen
nachlässt,
so dass z. B. die in der Betriebsart Schöndruck zu führenden Bogen im Bereich unterhalb
der Bogenwendetrommel bei inaktiver Bogenwendung nicht ausreichend
gestützt
werden und vom Zylindermantel abrutschen.
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Diese
Probleme hat man mit im Blasluftstrom von Axialventilatoren strahlen-
oder haubenförmig angeordneten
Lochblechen zu lösen
versucht, die den Luftstrom der Axialventilatoren kanalisieren und in
einer Dimension radial fächerförmig verteilen
und Turbulenzen vermindern sollen (
WO 00/26031 A1 ). Eine Reduzierung der Rotationsströmung und
turbulenzbedingter Druckschwankungen ist jedoch bei den offenbarten
Leitflächenanordnungen
mit hohen Druckverlusten verbunden.
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Eine
wesentliche Verminderung der Strömungsturbulenzen
wird mit Hilfe von porösen
Schichten (
DE 198
29 094 A1 ,
DE
198 29 095 A1 ), die aus Sintermaterial bestehen können, erreicht.
Nachteilig sind die dabei eintretenden hohen Druckverluste und geringen
Strahlreichweiten der diffusen Strömung.
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Aus
der
DE 44 34 190 C2 ist
eine Leitvorrichtung mit geraden, axial ausgerichteten schlitzförmigen Austrittsöffnungen,
die zur Erhöhung
der Strömungsgeschwindigkeit
als Venturidüsen
ausgebildet sind, bekannt. Die Blaslufteinrichtung ist auf die Bogenniederhaltung
mit dynamischen Blasluft-Linienkräften gerichtet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Bogenführungseinrichtungen für den Blasluftbetrieb mit
Ventilatoren derart weiterzuentwickeln, dass eine gleichmäßige Bogenführung mit örtlich und
zeitlich konstanter Druckverteilung im Blasluftstrom bei minimalen
Druckverlusten erreicht wird. Gleichzeitig soll bei Leitflächen mit
Lochdüsen
eine ausreichende Fernwirkung der Düsenstrahlen und bei der Freistrahlbogenführung mit
Axialventilatoren eine höhere Reichweite
des Freistrahles ermöglicht
werden.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruches gelöst. Weiterbildungen
sind in den Unteransprüchen
offenbart.
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Leiträder sind
fest im Strömungsquerschnitt vor
oder hinter dem Laufrad des Ventilators angeordnete Leitschaufelkränze. Entsprechend
bezeichnet man sie als Vor- bzw. Nachleiträder. Bei den besonders effektiv
wirkenden Nachleiträdern
wird die rotierende und turbulente Strömungskomponente an den gekrümmten Nachleitradschaufeln
verlustarm in eine axiale Strömung
umgelenkt und dabei die nutzlose rotierende Strömungskomponente in statische
Druckenergie des Ventilatorluftstromes umgewandelt.
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Die
vom Ventilator in axialer Richtung zu den Düsen der Führungsfläche gerichtet abfließende, wirbelfreie,
stationäre
Strömung
ermöglicht
einerseits den Aufbau eines sehr gleichmäßigen Luftpolsters mit hoher
zeitlicher und örtlicher
Konstanz und andererseits kann durch den höheren dynamischen Druck der
das Nachleitrad verlassenden Strömung
die Reichweite vier damit gespeisten Blasluftdüsen – insbesondere die der Lochdüsen – vergrößert werden.
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Der
von den Axialventilatoren erzeugte und mittels Nachleiträder axial
gerichtete Luftstrom gestattet darüber hinaus eine höhere Kraftwirkung
bei direkter Bogenführung
mit dem Freistrahl, so dass die erforderliche Ventilatorantriebsleistung
reduziert werden kann. Die die Nachleiträder verlassende, gerichtete
Strömung
bietet zusätzlich
die Möglichkeit
einer gezielten Umlenkung oder Verteilung von Teilvolumen des Gesamtluftstromes
durch weitere nachgeordnete Leitelemente in sonst weniger beaufschlagte Randzonen
oder die Möglichkeit
der Konzentration der Blasluft auf Zonen mit hohem Luftbedarf und
somit optimale Voraussetzungen für
die zeitlich konstante Ausbildung des gewünschten Druckprofils im Luftpolster über der
gesamten Führungsfläche.
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Die
Erfindung soll an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden,
dabei zeigen:
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1 einen
Abschnitt einer Bogenrotationsdruckmaschine unterhalb einer Wendeeinrichtung mit
Luftpolsterblech, Axialventilatoren und Nachleiträdern
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2 einen
Axialventilator mit Nachleitrad und nachgeordneten weiteren Leitflächen
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3 einen
Axialventilator mit Nachleitrad und nachgeordnetem Diffusor an einer
Führungsfläche,
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4 einen
Axialventilator mit Nachleitrad und nachgeordneten Lochblechen,
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5 einen
Axialventilator mit Nachleitrad und nachgeordneter poröser Schüttung.
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Bei
einer Bogenrotationsdruckmaschine in Reihenbauweise sind die Druckzylinder 1 der
jeweils vorgeordneten Druckwerke und die Druckzylinder der jeweils
nachgeordneten Druckwerke mittels Übergabetrommeln und ggf. – wie in 1 dargestellt – einer
Wendeeinrichtung 2 verbunden. Dem Druckzylinder 1 vor
der Wendeeinrichtung 2 ist eine Ablöseeinrichtung 3, die
im Wesentlichen in Form einer Rakel ausgeführt ist, zugeordnet. Vom vorgeordneten
Druckzylinder 1 zum nachfolgenden nicht dargestellten Druckzylinder
erstreckt sich unterhalb des Druckzylinders 1 bzw. der
Wendeeinrichtung 2 ein bekanntes als Führungsfläche 4 ausgebildetes
Luftpolsterblech mit Blasluftdüsen 42,
an dessen Luftkammern 41 als Axialventilatoren 5 ausgebildete Ventilatoren
in ebenfalls bekannter Weise zeilenförmig über die gesamte Zylinderbreite
angeordnet sind (1). Zwischen den Axialventilatoren 5 und der(den)
Luftkammer(n) befinden sich Nachleiträder 6 mit gekrümmten Leitschaufeln.
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Die
Funktionssicherheit der Bogenübergabe- und
der Bogenwendeeinrichtung hängt
dabei davon ab, wie stabil der Bogen während der Übergabephase vom vorgeordneten
Druckzylinder zur Übergabe- bzw.
Wendetrommel pneumatisch geführt
wird.
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Während die
Führungsflächen entlang
des Bogentransportweges i. a. dem Bogenweg angenähert, d. h. gekrümmt sind,
und deshalb kein weitreichendes Luftpolster aufbauen müssen, befindet
sich unter der Wendeeinrichtung eine gestreckte Führungsfläche 4 mit
teilweise erheblichem Abstand von der Bogenbahn, so dass die Blasluftdüsen 42 der Führungsfläche 4 Blasluftstrahlen
mit der dafür
erforderlichen hohen Reichweite ausbilden müssen, um den Bogen im gesamten Übergabebereich
sicher zu stützen.
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In
der Betriebsart Schön-
und Widerdruck werden die zu wendenden Bogen mit der Ablöseeinrichtung 3 von
der Manteloberfläche
des vorgeordneten Druckzylinders 1 abgehoben und entlang
der Rakel mit dem vorderen Bereich unter den Druckzylinder geführt. Gleichzeitig
wird die Bogenhinterkante von Greifern der Wendetrommel 2 erfasst
und entlang der gestreckten Führungsfläche 4 unterhalb
der Wendetrommel 2 zum nachgeordneten Druckzylinder weitertransportiert.
Während
des Abrakelns vom vorgeordneten Druckzylinder 1 muss der
Bogen in fast waagerechter Lage gestreckt gehalten werden. Dies
stellt an die Gleichmäßigkeit
der Druckverteilung im Stützluftpolster
hohe Anforderungen.
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In
der Betriebsart Schöndruck
werden die Bogen nicht gewendet, sondern mit der Vorderkante an
die Greifer der jetzt als Übergabetrommel
fungierenden Wendetrommel 2 übergeben. Dabei muss verhindert
werden, dass der hintere Bogenbereich vom vorgeordneten Druckzylinder
abrutscht und im Übergabebereich
Falten bildet. Dazu ist vor allem eine hohe Reichweite der Blasluftdüsen in der
darunter befindlichen Führungsfläche 4 erforderlich.
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Die
unter der Führungsfläche 4 angeordneten
Axialventilatoren 5 erzeugen zunächst rotierende und turbulente
Luftströmungen,
die sich ohne die Nachleiträder 6 bis
zu den Blasluftdüsen 42 fortsetzen
und wechselseitig beeinflussen würden
und starken Schwankungen in ihrer Blasrichtung und ihrem Blasdruck
unterworfen wären,
wodurch ein ungleichmäßiges Luftpolster
mit geringer Wirkungshöhe
entstehen würde.
An den gekrümmten
Leitflächen 7 der Nachleiträder (siehe 2)
wird jedoch nun die Rotationskomponente der vom Axialventilator
kommenden Luftströmung
in eine axiale, senkrecht auf die Führungsfläche 4 gerichtete Strömung umgelenkt, die
dadurch einen höheren,
aus der Rotationsenergie stammenden Druck aufweist. Die gleichgerichteten Luftströme der einzelnen
Axialventilatoren 5 gelangen im Parallelstrom an die Düsenöffnungen
der Blasluftdüsen 42 und
durchströmen
diese in normaler Richtung, so dass die maximale Druckenergie mit der
Blasluft übertragen
wird und eine große
Reichweite der Blasluftstrahlen für den Schöndruck erzielt wird. Gleichzeitig
wird durch die Wirbelfreiheit der zugeführten Blasluft eine gleichmäßige Druckverteilung im
Luftpolster gewährleistet.
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Die
von den Nachleiträdern 6 gerichtet
abströmende
Luft kann bei vorhandenem Bauraum durch weitere Leitflächen 7 zielgerichtet
an die Blasluftdüsen 42 geleitet
werden und dabei entweder die sonst weniger beaufschlagten Luftkammerrandbereiche
stärker
mit Blasluft versorgen oder gewünschte Druckgradienten über der
Führungsfläche 4 schaffen,
um in ausgewählten
Flächenbereichen
höhere Kräfte auf
den Bogen ausüben
zu können,
wie z. B. beim Stützen
des hinteren Bogens unterhalb des Übergabebereiches während der
Bogenübergabe
an die Übergabetrommel.
In 2 sind beispielhaft dem Nachleitrad 6 nachgeordnete
Leitflächen 7 zur
radialen Verteilung der Blasluftströmung über die Führungsfläche dargestellt. Eine solche
Anordnung ist erforderlich, um eine möglichst gleichmäßige Druckverteilung über der
gesamten Führungsfläche 4 bei minimaler
Anzahl von Axialventilatoren 5 zu erzeugen, ohne dass eine
hohe Reichweite des damit erzeugten Luftpolsters erforderlich ist.
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Durch
den Einbau von Diffusoren 8 (3) kann
weiterhin die Abströmfläche des
vom Nachleitrad 6 kommenden Luftstromes vergrößert werden, um
die Blasdüsen
in der Führungsfläche 4 gleichmäßiger beaufschlagen
zu können.
Da Diffusoren 8 nur kleine Öffnungswinkel haben, können sie
für diesen Zweck
allerdings nur bei ausreichendem Bauraum verwendet werden. Noch
größere Bedeutung
haben Diffusoren 8, wenn die Axialventilatoren 5 direkt,
d. h. ohne Zwischenschaltung von Blasluftdüsen 42, für die Freistrahlführung der
Bogen eingesetzt werden, wie z. B. bei der Bogenablage auf dem Auslagestapel.
Wenn Axialventilatoren 5 frei in einen großen Raum
ausblasen, geht ein großer
dynamischer Druckanteil verloren. Diffusoren 8 reduzieren
die Abströmgeschwindigkeit
sukzessive und ohne Wandablösung
der Strömung
und vermindern damit den dynamischen Druckverlust. Bei gleicher
zu erzielender statischer Druckdifferenz kann somit die Ventilatorleistung
reduziert werden.
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Sofern
höchste
Anforderungen an die Gleichmäßigkeit
der Druckverteilung in der Blasluftströmung gestellt werden, können dem
Nachleitrad 6 bekannte Drosselelemente, wie Lochbleche 9 (4),
poröse
Schichten oder lose Schüttungen 10 (5),
nachgeordnet werden, die eine zusätzliche Kammer bilden, um verbliebene
Druckgradienten im Luftstrom zu beseitigen. Dabei muss der Drosseleffekt
nicht so hoch sein wie bei Axialventilatoren 5 ohne Nachleiträder 6,
da bereits ein weitgehend gleichmäßiger Luftstrom vorliegt, d.
h. die Öffnungsweite
der Lochbleche 9 oder die Porengröße der porösen Schichten 10 kann
höher gewählt werden. Durch
die verlustarme Ausrichtung der Blasluftströmung am Nachleitrad 6 kann
der damit gewonnene Druckanteil für den Ausgleich der Durchströmungsverluste
der Drosselelemente 9, 10 genutzt werden, so dass
für die Schaffung
der turbulenzfreien Blasluftströme
insgesamt ein ähnlicher
Leistungsbedarf für
die Axialventilatoren 5 wie ohne Nachleitrad 6 und Drosselelemente 9, 10 vorliegt.
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Ein
vergleichbarer vorteilhafter Effekt der Drallströmungsunterdrückung tritt
auch ein, wenn in einer weiteren, nicht näher dargestellten Variante Vorleiträder im Ansaugbereich
der Axialventilatoren eingesetzt werden. Die auf der Saugseite der
Axialventilatoren senkrecht eintretenden Luftströme werden im Vorleitrad an
gekrümmten
Schaufeln entgegen der Rotationsrichtung des jeweiligen Ventilatorlaufrades
umgelenkt und wirken so einer Drallströmungskomponente auf der Druckseite
entgegen. Allerdings ist der mit Vorleiträdern erreichbare Effekt nicht
so ausgeprägt
wie beim Einsatz von Nachleiträdern.
Im Zusammenwirken mit Nachleiträdern
kann jedoch ein sehr hoher Ventilatorwirkungsgrad und Druck der
Blasluftströmung
erzielt werden bzw. bei gleichem Blasdruck die Antriebsleistung
des Ventilators reduziert werden.
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Der
erfindungsgemäße Einsatz
von Leiträdern 6 ist
nicht auf Axialventilatoren 5 beschränkt. Auch in Kombination mit
hier nicht dargestellten Radialventilatoren, die aufgrund ihres
hohen Volumenstromes teilweise für
Luftpolsterführungen
verwendet werden, kann der Drallanteil in der Blasluftströmung durch
sternförmig
angeordnete Leitflächen
reduziert werden, so dass die Blasluft radial gerichtet abfließt. Dadurch
wird beispielsweise verhindert, dass bei Anordnung mehrerer Radialventilatoren
in einer Zeile innerhalb großer
Luftkammern 41 erhebliche Druckdifferenzen durch zirkulierende
Randströmungen zwischen
den Eckbereichen auftreten.
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- 1
- Druckzylinder
- 2
- Wendetrommel
- 3
- Ablöseeinrichtung
- 4
- Führungsfläche
- 41
- Luftkammern
- 42
- Blasluftdüsen
- 5
- Axialventilator
- 6
- Nachleitrad
- 7
- Leitflächen
- 8
- Diffusor
- 9
- Lochblech
- 10
- Schüttung