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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Trockner für
eine Materialbahn gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Wenn eine solche Papierbahn unmittelbar nach
dem Bedrucken, ohne dass die Druckfarbe Zeit gehabt hat, zu trocknen,
in einem Falzapparat verarbeitet wird, so besteht die Gefahr, dass
im Kontakt mit den Walzen des Falzapparates Farbe verwischt oder
durch den Kontakt zwischen mehreren gemeinsam im Falzapparat verarbeiteten
Materialbahnen von einer Bahn zur anderen übertragen wird. Moderne Druckmaschinen
erreichen so hohe Bahngeschwindigkeiten, dass die Zeitspanne zwischen
dem Bedrucken eines Bahnabschnitts und dessen Eintreffen am Falzapparat
nur kleine Sekundenbruchteile misst. In dieser Zeitspanne ist eine
ausreichende Trocknung der Farbe nicht möglich, wenn sie nicht durch
technische Hilfsmittel beschleunigt wird.
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DE 41 33 555 A1 beschreibt eine Tiefdruckmaschine
mit mehreren Druckwalzen für
den Mehrfarbendruck, bei der eine Materialbahn nach dem Passieren
jeder einzelnen Druckwalze einen an mehreren Walzen umgelenkten
Transportweg durchläuft, an
dem Trocknungseinrichtungen angeordnet sind. Dabei ist der Verlauf
des Transportwegs so gewählt, dass
die ersten Umlenkwalzen, die die Materialbahn nach einem Durchgang
durch einen Druckspalt passiert, die unbedruckte Rückseite
der Bahn berühren. Erst
wenn die Bahn die Trockeneinrichtungen passiert hat und keine Gefahr
des Verwischens von Farbe durch Kontakt mit einer Umlenkwalze mehr
besteht, folgen Umlenkwalzen, die auch die bedruckte Oberfläche der
Bahn berühren.
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Bei Druckmaschinen für beidseitiges
Drucken ist die aus
DE
41 33 555 A1 bekannte Konstruktion nicht anwendbar, da
ein Kontakt der frisch bedruckten Bahn mit einer Umlenkwalze oder
einer beliebigen anderen Oberfläche
vermieden werden sollte, solange die Druckfarbe nicht vollständig getrocknet
ist.
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DE 44 29 891 A1 verwendet daher zum Trocknen
einer vorder- und rückseitig
bedruckten Bahn einen langgestreckten Trockenofen, den die Bahn
geradlinig durchläuft.
Es wäre
an sich wünschenswert,
die Bahn in der gleichen Richtung, in der sie aus dem Druckwerk
austritt, vertikal nach oben, durch den Trockenofen führen zu
können,
um so einen Kontakt der noch nicht vollständig getrockneten Bahn mit
einer Umlenkwalze zu vermeiden. Eine solche Anordnung würde jedoch
eine Bauhöhe
von vielen Metern erreichen. Eine solche Maschine wäre daher
nur schwer in einer Halle unterzubringen. Um dies zu vermeiden und
den Trockenofen horizontal anbringen zu können, wird eine Umlenkwalze
zwischen dem Ausgang des Druckwerks und dem Eingang des Trockenofens
in Kauf genommen. Die in der genannten Schrift beschriebene Anordnung
mit horizontal orientiertem Trockenofen benötigt zwar keine extremen Hallenhöhen für ihre Unterbringung, dafür aber eine
erhebliche Standfläche,
da eine Länge
des Trockenofens von mehreren Metern erforderlich ist, um eine zum
Trocknen der Farbe ausreichende Verweilzeit der bedruckten Materialbahn
in dem Trockenofen zu erreichen. Ein Teil dieser Fläche kann
zwar genutzt werden, um unterhalb des Trockenofens Rollenwechsler
für das
Druckwerk unterzubringen; um den Platzbedarf einer solchen Druckanlage
zu reduzieren, ist es dennoch erforderlich, die Länge des
Trockenofens reduzieren zu können.
Diese Anforderung stellt sich in umso höherem Maße, je höher die Bahngeschwindigkeiten
in der Druckanlage sind. Um bei steigender Bahngeschwindigkeit eine
ausreichende Trocknung zu garantieren, muss nämlich bei der bekannten Konstruktion
die Länge des
Ofens proportional zur Bahngeschwindigkeit vergrößert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen Trockner für
eine Materialbahn zu schaffen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die mit der Erfindung erzielbaren
Vorteile bestehen insbesondere darin, dass der Trockner sehr kompakt
gebaut werden kann und dabei keine Umlenkwalzen aufweist bzw. benötigt, die
mit der Materialbahn vor ihrer vollständigen Trocknung in Kontakt kommen.
Dies wird erreicht, indem anstelle von Umlenkwalzen mit Luftaustrittsöffnungen
versehene gekrümmte
Umlenkflächen
am Durchgangskanal des Trockners zum Einsatz kommen. Indem zwischen den
Umlenkflächen
und der sie umschlingenden Materialbahn durch aus den Öffnungen
austretende Luft ein Luftkissen erzeugt wird, wird eine extrem reibungsarme
Führung
der Materialbahn ermöglicht und
ein Kontakt der Materialbahn mit einer Oberfläche, der zu einem Verwischen
von Farben führen könnte, verhindert.
Um ein gleichmäßiges Luftkissen zwischen
der Umlenkfläche
und der Materialbahn zu erzeugen, ist es wünschenswert, das die Umlenkfläche einen
in Bahnlaufrichtung variablen Krümmungsradius
aufweist, der an einer Scheitellinie der Umlenkfläche minimal
ist und zu den Rändern
der Umlenkfläche
hin jeweils zunimmt. Eine solche Umlenkfläche kann insbesondere einen
hyperbolischen Querschnitt (insbesondere bei Umlenkwinkeln von 90°) oder einen
halbelliptischen Querschnitt aufweisen.
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Luftaustrittsöffnungen sind vorzugsweise entlang
der Scheitellinie der Umlenkfläche
angeordnet.
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Mit Hilfe einer Mehrzahl derartiger
Umlenkflächen
kann eine zu trocknende Materialbahn in einem kompakten Volumen über eine
große
Länge geführt werden,
so dass auch bei hohen Bahngeschwindigkeiten lange Verweildauern
in dem Trockner erreichbar sind. Um die Trocknungswirkung zu intensivieren,
verfügt
der Trockner vorzugsweise über an
dem Durchgangskanal angeordnete Wärmequellen, z. B. in Form von
Wärmestrahlern.
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Die Trocknungswirkung kann auch durch Luftbewegung
intensiviert werden, deshalb sind zweckmäßigerweise an dem wenigstens
einen geradlinigen Abschnitt des Durchgangskanals auf die Materialbahn
ausgerichtete Luftaustrittsdüsen
vorgesehen. Diesen Luftaustrittsdüsen kann vorteilhafterweise
eine Heizeinrichtung in einer Versorgungsleitung der Düsen, zum
Erwärmen
der durch sie austretenden Luft, zugeordnet sein. Bei der Heizeinrichtung kann
es sich insbesondere um einen Brenner handeln.
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Bei einem Trockner, in dessen Durchgangskanal
eine Mehrzahl von mit Luftaustrittsdüsen versehenen Abschnitten
vorhanden ist, ist vorzugsweise in der Versorgungsleitung der Düsen wenigstens
eines in Laufrichtung der Materialbahn stromaufwärts gelegenen Abschnitts eine
Heizeinrichtung vorgesehen, während
in der Versorgungsleitung der Düsen wenigstens
eines in Laufrichtung der Materialbahn stromabwärts gelegenen Abschnitts eine
solche Heizeinrichtung fehlt. Während
in dem stromaufwärts gelegenen
Abschnitt die Materialbahn so erwärmt und damit die Trocknung
intensiviert wird, ermöglicht der
stromabwärts
gelegene Abschnitt eine schnelle Abkühlung der Materialbahn.
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Zum Antreiben des Luftstroms durch
die Düsen
kann eine Druckpumpe an einer Versorgungsleitung der Düsen angeordnet
sein; statt dessen oder zusätzlich
ist es aber auch denkbar, eine Saugpumpe zum Erzeugen eines Unterdrucks
im Durchgangskanal vorzusehen. Ein solcher Unterdruck erleichtert zum
einen die Trocknung durch Herabsetzen der Siedetemperatur der zu
verdampfenden Farbbestandteile; außerdem kann auch er dazu dienen,
einen Luftstrom durch die Düsen
anzutreiben.
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Um eine große Bahnlänge bei kompakter Bauform zu
erreichen, weist der Durchgangskanal vorzugsweise wenigstens zwei
von. der Materialbahn in entgegengesetzten Richtungen durchlaufene
Abschnitte auf. Dabei verläuft
vorzugsweise ein erster Abschnitt von einem Eingang des Trockners über eine
erste Entfernung in eine erste Richtung und ein daran über eine
Umlenkfläche
anschließender
Abschnitt über
eine zweite Entfernung, die größer als die
erste ist, in die Gegenrichtung. Der Trockner erstreckt sich somit
vom Eingang aus in zwei entgegengesetzte Richtungen, was die Montage
des Trockners auf einem Druckwerk vereinfacht, auch wenn der Trockner
in besagter Richtung bzw. in Gegenrichtung über das Druckwerk hinausragt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 und 2 jeweils schematische Schnitte durch
eine Umlenkfläche
zum berührungslosen
Umlenken einer Materialbahn;
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3 ein
Prinzipschema eines Trockners;
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4 bis 7 jeweils Ausgestaltungen
von auf einem Druckwerk montierten Trockner gemäß der Erfindung.
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1 zeigt
einen schematischen Schnitt durch eine Umlenkfläche 01, im folgenden
auch als Luftsattel 01 bezeichnet, zum Umlenken einer Materialbahn 07,
z. B. Papierbahn um einen Winkel von 180°. Der Luftsattel 01 hat
ein sich in Querrichtung der Materialbahn 07 (der Richtung
senkrecht zur Zeichnungsebene) erstreckendes Gehäuse 02 in Form einer
entlang ihres kurzen Durchmessers halbierten Ellipse. Das Gehäuse 02 kann
z. B. aus einem Stahlblech, einer steifen Kunststoffplatte oder dergleichen
bestehen. Der Querschnitt des Gehäuses 02 ist in Bezug
auf eine Ebene A symmetrisch, die das Gehäuse 02 entlang einer
Scheitellinie 03 schneidet. Entlang der Scheitellinie 03 ist
das Gehäuse 02 mit
einer Mehrzahl von Luftaustrittsöffnungen 04 versehen,
die mit einem Druckluftkanal 06 kommunizieren, der sich
im Inneren des Gehäuses 02 in dessen
Längsrichtung
erstreckt. Aus den Luftaustrittsöffnungen 04 austretende
Druckluft verteilt sich zwischen dem Gehäuse 02 und einer um
das Gehäuse 02 herumgeschlungenen
Materialbahn 07 und bildet so ein Luftkissen, welches die
Materialbahn 07 von der Oberfläche des Gehäuses 02 beabstandet
hält. Der
zum Aufrechterhalten eines Luftkissens mit einer Dicke von typischerweise
0,3 bis 0,5 mm erforderliche Überdruck
zwischen dem Gehäuse 02 und
der Materialbahn 07 ist eine Funktion der Spannung der Materialbahn 07.
Es können
daher Drucksensoren an der von der Materialbahn 07 umschlungenen Oberfläche des
Gehäuses 02 oder
auch im Druckluftkanal 06 vorgesehen werden, anhand von
deren Messwerten die Bahnspannung gesteuert und gegebenenfalls,
wenn der erfasste Druck einen Bahnriss oder sonstigen Fehler anzeigt,
ein Nothalt einer Maschine, die die Umlenkoberfläche enthält, eingeleitet werden kann.
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2 zeigt
einen Schnitt analog dem der 1 durch
einen Luftsattel 01 mit 90° Umlenkwinkel. Das Funktionsprinzip
ist das gleiche wie beim Luftsattel 01 aus 1; durch den Druckluftkanal 06 und
entlang einer Scheitellinie 03 des Gehäuses 02 angeordnete
Luftaustrittsöffnungen 04 austretende Luft
verteilt sich zwischen der Oberfläche des Gehäuses 02 und einer
dieses umschlingenden Materialbahn 07 und erzeugt so ein
Luftkissen, dass eine im wesentlichen reibungsfreie Förderung
der Materialbahn 07 ermöglicht.
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Abweichend von den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 könnte
ein Halbluftsattel auch einen asymmetrischen Querschnitt haben.
In einem solchen Fall ist die Scheitellinie 03 des Gehäuses 02 definiert
als diejenige Linie an dsr Oberfläche des Gehäuses 02, an der diese
eine gedachte Ebene berührt,
die auf der Summe FΣ der auf die Materialbahn 07 vor
und hinter der Umlenkfläche 01 wirkenden Zugkraftvektoren
FV; FR senkrecht
steht. Durch diese Anordnung wird der zum Aufbau eines Luftkissen
erforderliche Luftdurchsatz der Umlenkfläche minimiert.
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3 zeigt
ein Schema eines mit Luftsätteln 11; 12; 13 gemäß 1 bzw. 2 ausgestatteten Trockners. Eine zu trocknende
Materialbahn 07 wird an einer Umfangsfläche 11, z. B. einen
Luftsattel 11, z. B. einem Eingangs-Luftsattel 11 um
90° umgelenkt,
erstreckt sich geradlinig durch einen Durchgangskanal 08,
z. B. Spalt 08 zwischen zwei mit Luftaustrittsdüsen versehenen
Platten 14, umschlingt eine Umfangsfläche 12, z. b. einen
Luftsattel 12, z. B. einen 180°-Luftsattel 12, verläuft durch
einen zweiten Spalt 08 zu einer Umfangsfläche 13,
z. B. Luftsattel 13, z. B. einem Ausgangs-Luftsattel 13 und
verlässt
von dort aus den Trockner in horizontaler Richtung. Die mit Luftaustrittsdüsen versehenen
Platten 14 begrenzen jeweils Kammern 16, die wie
die Druckluftkanäle 06 der
Luftsättel 11; 12; 13 mit
einer Druckpumpe verbunden sind. In 3 sind
zwei Druckpumpen 17; 18 dargestellt, von denen
eine die Luftsättel 11; 12; 13 und
die andere die Kammern 16 versorgt. Die Luftsättel 11; 12; 13 müssen nämlich mit
einem höheren
Druck versorgt werden als die Kammern 16. Im Prinzip wäre es natürlich auch
möglich, Luftsättel 11; 12; 13 und
Kammern 16 über
eine gemeinsame Druckpumpe zu versorgen und dabei Strömungswiderstände von
der Druckpumpe zu den Luftsätteln 11; 12; 13 bzw.
den Kammern 16 führenden
Versorgungsleitungen auszunutzen, um erstere mit einem höheren Überdruck
als letztere zu versorgen.
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4 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel eines
auf einem Druckwerk 21 montierten Trockners 22.
Ein Durchgangskanal für
vertikal von unten aus dem Druckwerk 21 kommende bedruckte
Materialbahn 07 umfasst einen Luftsattel 11, z.
B. einen 90°-Luftsattel
11 und einen horizontal orientierten Spalt 08 zwischen
mit Luftaustrittsdüsen
versehenen Platten 14. Die Platten 14 bilden ein
bis auf die Düsen und
einen Ein- und Austrittsschlitz für die Materialbahn 07 im
Wesentlichen dichtes Gehäuse,
an das eine Saugpumpe 26 angeschlossen ist, um in dem Spalt 08 einen
Unterdruck zu erzeugen. Der Unterdruck bewirkt das Nachströmen von
Frischluft in den Spalt 08 über Versorgungsleitungen 27,
die hier durch Zwischenräume
zwischen den Platten 14 und einem äußeren Gehäuse 28 des Trockners 22 gebildet
sind. Bei der hier betrachteten Ausgestaltung strömt Frischluft
im wesentlichen über
einen Ausgang 24 des Trockners 22, aus dem die
Materialbahn 07 herausgeführt ist, nach. Die Frischluft
kann durch eine (in der 4 nicht
dargestellte) Heizeinrichtung vorgewärmt sein. Die aus dem Ausgang 24 austretende
Materialbahn 07 umschlingt eine Kühlwalze 29 und erreicht
schließlich
einen Falzapparat 31.
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Eine weiterentwickelte Ausgestaltung
ist in 5 gezeigt. Das
Druckwerk 21 ist das gleiche wie bei der Ausgestaltung
der 4. Es umfasst zwei Baugruppen 32, 33,
die jeweils auf eine gleiche Seite der Materialbahn 07 druckende
Plattenzylinder enthalten, und die in einem Rahmen 34 auseinanderfahrbar
sind, um den Zugang zu den Plattenzylindern zu ermöglichen.
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Das Gehäuse 28 des Trockners 22 erstreckt sich über die
gesamte Breite des Rahmens 34. Der Eingang 23 für die Materialbahn 07 liegt
in etwa mittig an der Unterseite des Gehäuses 28. Ein an ihm
angeordneter 90°-Luftsattel 11 lenkt
die vom Druckwerk 21 kommende Materialbahn 07 in
einen ersten horizontalen geradlinigen Abschnitt 36 des
Durchgangskanals des Trockners 22, der sich ausgehend vom Eingang 23 in
eine vom Falzapparat 31 fort führende Richtung erstreckt.
Der Abschnitt 36 geht an einem 180°-Luftsattel 12 in einen
zweiten horizontalen geradlinigen Abschnitt 37 über, der
die Materialbahn 07 in entgegengesetzter Richtung zu einem
dem Falzapparat 31 benachbarten Ausgang 24 führt. Von
dort verläuft
die Materialbahn 07 über
eine Kühlwalze 29 zum
Falzapparat 31.
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Die Abschnitte 36; 37 des
Durchgangskanals 08 sind hier jeweils von Leitblechen 38 begrenzt,
die einen am Ausgang 24 in das Gehäuse 28 des Trockners 22 eindringenden,
von einer nicht dargestellten Pumpe angetriebenen Frischluftstrom
eng benachbart zur Materialbahn 07 führen. Der Frischluftstrom, der
wiederum vorgewärmt
sein kann, streicht mit hoher Geschwindigkeit entlang der Materialbahn 07 und
sorgt so für
eine wirksame Trocknung. Bei der hier gezeigten Ausgestaltung befindet
sich ein Luftauslass 42 an der dem Ausgang 24 gegenüberliegenden
Stirnseite des Gehäuses 28,
und das untere der zwei Leitbleche 38, die den Abschnitt 37 begrenzen,
ist in Höhe
des Eingangs 23 unterbrochen, so dass sich der Luftstrom
aufteilen und einen Teil von ihm den Luftauslass 42 entlang
des ersten Abschnitts 36 erreichen kann. Selbstverständlich wäre es auch möglich, den
Luftauslass 42 am Eingang 23 für die Materialbahn 07 vorzusehen,
um so den Luftstrom zu zwingen, den Durchgangskanal 08 auf
seiner gesamten Länge
zu durchströmen.
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Bei einer Variante dieser Ausgestaltung
erfolgt die Luftzufuhr zu den geradlinigen Abschnitten 36; 37 wie
bei der Ausgestaltung der 4 über durch
die Leitbleche 38 vom Durchgangskanal abgetrennte Kammern 39 und
in den Leitblechen 38 gebildete Düsen.
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Die Ausgestaltung der 6 unterscheidet sich von
der der 5 darin, dass
im ersten Abschnitt 36 des Durchgangskanals 08 und
in der vom Falzapparat 31 entfernten Hälfte des zweiten Abschnitts 37 die
Leitbleche 38 durch Anordnungen von Wärmestrahlern 41, z.
B. durch elektrisch betriebene Heizstäbe, ersetzt sind. Eine (nicht
dargestellte) Pumpe treibt einen Frischluftstrom an, der das Gehäuse 28 des
Trockners 22 vom Ausgang 24 zu einem an einer
gegenüberliegenden
Stirnseite des Gehäuses 28 gebildeten
Luftauslass 42 durchströmt. Die
zuströmende
Frischluft braucht bei dieser Ausgestaltung nicht vorgewärmt zu sein,
im Gegenteil dient sie dazu, in der rechten Hälfte des Abschnitts 37 die Materialbahn 07 im
Gegenstrom zu kühlen,
so dass auf eine Kühlwalze 29 zwischen
dem Trockner 22 und dem Falzapparat 31 verzichtet
werden kann.
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Eine Ausgestaltung für hohe Trockenleistung ist
in 7 gezeigt. Bei dieser
Ausgestaltung sind, wie bereits in 3 gezeigt,
die Abschnitte des Durchgangskanals 08, hier mit 36.1 bis 36.5 bezeichnet,
von Kammern 16.1 bis 16.5 umgeben, deren dem Durchgangskanal 08 zugewandte
Wandplatten mit Luftaustrittsdüsen
versehen sind. Es sind insgesamt fünf Abschnitte vorgesehen, wobei
die Kammern 16.1; 16.2; 16.3 der drei
bezogen auf die Transportrichtung der Materialbahn 07 stromaufwärts im Trockner 22 gelegenen
Abschnitte 36.1; 36.2; 36.3 mit Heißgasen eines
Brenners versorgt werden und die Kammern 16.4; 16.5 der
stromabwärts
gelegenen Abschnitte 36.4; 36.5 mit nicht erwärmter Frischluft versorgt
werden, um die Materialbahn 07 noch vor dem Erreichen einer
Gruppe von Kühlwalzen 29 vorzukühlen. Die
Leistung eines solchen Trockners 22 ist ausreichend für Heatset-Trocknung.
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Die Tatsache, dass der Trockner 22 auf
einem Druckwerk 21 montiert werden kann, ohne dessen Platzbedart
oder den erforderlichen Abstand zu anderen Maschinen zu vergrößern, prädestiniert
den Trockner 22 speziell für die Nachrüstung von bereits installierten
Zeitungsdruckmaschinen. So wird die Möglichkeit geschaffen, auf solchen
Maschinen auch höherwertige
Papiere mit geringerer Saugfähigkeit als übliches
Zeitungspapier, insbesondere Papiere mit gestrichener Oberfläche, zu
bedrucken. Das Anwendungsgebiet derartiger Druckmaschinen wird so erweitert,
so dass sie auch zu Tageszeiten genutzt werden können, zu denen keine Zeitungen
zu drucken sind. Die Wirtschaftlichkeit einer solchen Druckmaschine
lässt sich
dadurch erheblich steigern.
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- 01
- Umlenkfläche, Luftsattel
- 02
- Gehäuse
- 03
- Scheitellinie
- 04
- Luftaustrittsöffnung
- 05
-
- 06
- Druckluftkanal
- 07
- Materialbahn
- 08
- Druckgangskanal,
Spalt
- 09
-
- 10
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- 11
- Umlenkfläche, Luftsattel,
Eingangs-Luftsattel, 90°-Luftsattel
- 12
- Umlenkfläche, Luftsattel,
180°Luftsattel
- 13
- Umlenkfläche, Luftsattel,
Ausgangs-Luftsattel
- 14
- Platten
- 15
-
- 16
- Kamme
- 17
- Druckpumpe
- 18
- Druckpumpe
- 19
-
- 20
-
- 21
- Druckwerk
- 22
- Trockner
- 23
- Eingang
- 24
- Ausgang
- 25
-
- 26
- Saugpumpe
- 27
- Versorgungsleitung
- 28
- Gehäuse, äußeres
- 29
- Kühlwalze
- 30
-
- 31
- Falzapparat
- 32
- Baugruppe
(21)
- 33
- Baugruppe
(21)
- 34
- Rahmen
- 35
-
- 36
- Abschnitt,
geradliniger, erster
- 37
- Abschnitt,
geradliniger, zweiter
- 38
- Leitblech
- 39
- Kammer
- 40
-
- 41
- Wärmestrahler
- 42
- Luftauslass
- A
- Ebene
- FΣ
- Summe
- FV
- Zugkraftvektor
- FR
- Zugkraftvektor
- 36.1
- Abschnitt
- 36.2
- Abschnitt
- 36.3
- Abschnitt
- 36.4
- Abschnitt
- 36.5
- Abschnitt
- 16.1
- Kammer
- 16.2
- Kammer
- 16.3
- Kammer
- 16.4
- Kammer
- 16.5
- Kammer