DE10256593A1

DE10256593A1 - Kühlwalze mit poröser Oberfläche

Info

Publication number: DE10256593A1
Application number: DE10256593A
Authority: DE
Inventors: Neil Doherty; Kent Dirksen Kasper
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Goss International Americas LLC
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2003-07-24
Also published as: US20030131744A1

Abstract

Eine Kühlwalze für Rollendruckmaschinen mit einer zylindrischen Trommel (12), welche von einem Kühlmedium durchströmt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass die Oberfläche (21) der Kühlwalze (10) von einer porösen Schicht (20) gebildet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlwalze für Rollendruckmaschinen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
In Rollendruckmaschinen wird Farbe auf eine fortlaufende Papierbahn oder eine Bahn aus einem anderen Material aufgetragen, während die Bahn in Längsrichtung durch die Druckmaschine bewegt wird. Die frisch bedruckte Bahn wird durch einen Trockner bewegt, in dem die Bahn erwärmt wird. Anschließend wird die Bahn durch eine Kühlwalzenanordnung bewegt, in der die erwärmte Bahn wieder abgekühlt wird und die Farbe aushärtet. Eine Kühlwalzenanordnung umfasst in der Regel eine Reihe von Walzen, die mit Wasser oder einem anderen durch das Innere der Walzen fließenden Kühlmedium gekühlt werden.
Eine herkömmliche Kühlwalzenanordnung ist z. B. im Handbuch der Printmedien, Helmut Kipphan, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 2001, Deutschland, S. 280 und 281 beschrieben.
Zur Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen der Bahn und den Kühlwalzen wurden verschiedene Vorrichtungen eingesetzt. Viele dieser Vorrichtungen dienen dazu, die sich aufgrund eines Sogeffekts oder anderer Vorgänge zwischen der bewegten Bahn und der rotierenden Walze bildende dünne Luftschicht bzw. ein entstehendes Luftkissen zu reduzieren oder zu beseitigen. Die Dicke dieser dünnen Luftschicht beträgt normalerweise ungefähr zwischen 0,1 mm und 0,13 mm. Diese Luftschicht hat eine wärmeisolierende Wirkung und kann die Wärmeübertragung zwischen der Bahn und der Kühlwalze deutlich beeinträchtigen.

Bisherige Versuche zur Reduzierung oder Beseitigung dieser Luftschicht sind in den folgenden Patentschriften beschrieben: 1) Die US 4,476,636 beschreibt Walzen, die entgegen der Bahntransportrichtung gedreht werden, um auf diese Weise die Luftschicht von der Bahn zu lösen; 2) die US 5,036,600 beschreibt eine Anordnung mit dicht aneinander angeordneten Kühlwalzen, bei denen die Luftschicht durch den Weg der Bahn um die Walzen vernngert wird; 3) die US 4,369,584 und die US 5,416,984 beschreiben den Einsatz von auf die Bahnoberfläche gerichteten Luftstrahlen, die die Bahn näher an die Walzenoberfläche drängen; 4) die US 5,111,595 und die US 5,571,564 beschreiben zusätzliche Presswalzen, die dazu dienen, die Luftschicht auszupressen und die Bahn und die Kühlwalze in engen Kontakt zu bringen; und 5) die US 5,275,103 beschreibt den Einsatz von elektrostatischen Anziehungskräften, mit denen die Bahn und die Kühlwalze beaufschlagt werden, um den Abstand zwischen diesen zu reduzieren.

Diese bisherigen Versuche zur Entfernung der Luftschicht haben sich aus verschiedenen Gründen als nicht vollständig zufriedenstellend erwiesen. Die "Löseverfahren" gemäß 1) und 2) können den Luftmitführeffekt zwischen der Bahn und der Kühlwalze nicht völlig beseitigen. Luftstrahlen können in der Regel den durch den Hochgeschwindigkeitsbetrieb bedingten starken Druck zwischen der Bahn und der Kühlwalze nicht eliminieren. Presswalzen machen den Aufbau unerwünscht komplex, da die Presswalze selbst gekühlt werden muss und verhindert werden muss, dass die Presswalze keine Abdrücke auf der Bahn bzw. der Druckfarbschicht hinterlässt. Auch elektrostatische Verfahren verkomplizieren den Aufbau und sind nicht ausreichend wirksam.

Die US 4,688,784 beschreibt eine bogenführende Übergabetrommel (siehe Fig. 9, Bezugszeichen 16) mit einer perforierten Oberfläche. Die Übergabetrommel ist mit einer Saugvorrichtung verbunden, die durch die Perforierung Luft aus der Übergabetrommel ausblasen oder in diese einsaugen kann, damit ein zu übergebender Bogen die Führungsfläche der Trommel auf geeignete Weise kontaktiert (siehe Spalte 7, Zeile 21-31 und 59-68).

Die US 3,542,358 beschreibt eine Bogenfalzvorrichtung mit einer Bogentrommel, deren Außenwand zumindest teilweise aus einem luftdurchlässigen Material besteht. Ein solches Material kann z. B. gesintertes Material oder ein poröser Kunststoff sein (siehe Spalte 1, Zeile 72-74).

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlwalze zu schaffen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlwalze zu schaffen, mittels derer die Luftschicht zwischen der Bahn und der Kühlwalze reduziert werden kann. Diese Aufgaben werden durch eine Kühlwalze mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Eine erfindungsgemäße Kühlwalze für Rollendruckmaschinen mit einer zylindrischen Trommel, welche von einem Kühlmedium durchströmt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass die Oberfläche der Kühlwalze von einer porösen Schicht (20) gebildet wird.

"Porös" oder "poröse Schicht" soll im Folgenden so verstanden werden, dass Öffnungen und/oder Passagen in der Schicht vorgesehen sind, durch die Luft strömen kann. Diese Öffnungen und/oder Passagen können bei der Herstellung der Schicht eingebracht werden, z. B. durch Verwendung von Treibmitteln zur offenporigen Blasenbildung, oder können nachträglich, z. B. durch Bohren, eingebracht werden.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz einer porösen Schicht wird auf vorteilhafte Weise ein Wärmeübergang von der Bahn auf die Walze an den Kontaktstellen der Bahn mit dem Material der porösen Schicht ermöglicht, während durch die Poren, Öffnungen und/oder Passagen die eingeschlossene Luftschicht zwischen Bahn und Walzenoberfläche entweichen kann. Da das Material der porösen Schicht vorzugsweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, kann die Wärme sehr gut an den Kontaktstellen der Bahn mit dem Material der porösen Schicht übertragen werden. Die weniger gut wärmeleitenden, mit Luft gefüllten Öffnungen spielen bei der Wärmeübertragung nur eine untergeordnete Rolle. Das Öffnungs-Verhältnis der Oberfläche der Walze kann vorteilhaft so gewählt werden, dass die Bahn genügend Kontakt zum Material der porösen Schicht hat und gleichzeitig genügend Öffnungen vorgesehen sind, um einen störenden Luftfilm zwischen Bahn und Walze zu vermeiden.

Die poröse Schicht kann derart ausgebildet sein, dass sie einen Durchgang für Luft von einem ersten Bereich zwischen der Kühlwalze und einer über die Kühlwalze bewegten Bahn und einem zweiten Bereich mit einem geringeren Luftdruck bietet.

Die poröse Schicht kann an der Umfangsoberfläche der Trommel angeordnet oder befestigt sein.

Die poröse Schicht kann einteilig mit der Umfangsoberfläche der Trommel ausgebildet sein.

Die poröse Schicht kann eine Umfangsoberfläche der Trommel bilden.

Der Durchgang kann derart ausgebildet sein, dass er eine radiale Bewegung der Luft ermöglicht. Darüber hinaus kann der Durchgang weiterhin derart ausgebildet sein, dass er eine Bewegung der Luft in seitlicher Richtung und/oder in Umfangsrichtung ermöglicht.

Die poröse Schicht kann eine Materialmatrix umfassen.

Die poröse Schicht kann ein Fasermaterial umfassen.

Die poröse Schicht kann ein aufgeschäumtes Material umfassen.

Die poröse Schicht kann eine Vielzahl von Löchern und/oder Schlitzen und/oder Röhren aufweisen, die den Durchgang bilden.

Die poröse Schicht kann ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit umfassen.

Die poröse Schicht kann Stahl oder Aluminium oder Kupfer umfassen.

Die poröse Schicht kann 1 mm bis 2,5 mm dick sein.

Der zweite Bereich kann sich wenigstens an einer Seitenkante der Trommel befinden.

Die Luft kann im ersten Bereich mitgeführt werden.

Der Durchgang kann derart ausgebildet sein, dass er ein Abführen der Luft vom ersten Bereich ermöglicht, um eine Wärmeübertragung zwischen der Bahn und der Kühlwalze zu verbessern.

Die Trommel kann einen Kühlmitteleingang und einen Kühlmittelausgang umfassen, die eine Zirkulation von Kühlmittel durch einen von der Trommel definierten Innenraum ermöglichen.

Eine erfindungsgemäße Druckmaschine umfasst eine oben beschriebene zylindrische Kühlwalze.

Weitere Merkmale und der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform in Zusammenhang mit der beigefügten, nachfolgend aufgeführten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlwalzenanordnung.

In Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung einer Kühlwalze 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Kühlwalze 10 umfasst eine zylindrische Trommel 12 mit einer zylindrischen Oberfläche 14 und mit scheibenförmigen Stirnflächen 16 und 18, die zusammen einen Innenraum 15 definieren. Auf der zylindrischen Oberfläche 14 befindet sich eine poröse Schicht 20 mit einer Außenoberfläche 21. Die poröse Schicht 20 dreht sich mit der zylindrischen Trommel 12, während sich letztere um die durch die Trommel definierte Achse 40 dreht. In der Stirnfläche 16 befindet sich eine Öffnung 17 für ein Kühlmittelableitungsrohr 32. In der Stirnfläche 18 befindet sich eine Öffnung 19 für ein Kühlmittelzuleitungsrohr 30. Ein Kühlmittelzirkulationssystem 34 dient der Zirkulation eines Kühlmittels durch das Kühlmittelzuleitungsrohr 30, den Innenraum 15 und das Kühlmittelableitungsrohr 32, um eine Übertragung von Wärme von der über die Kühlwalze 10 bewegten Bahn 8 auf die Kühlwalze 10 zu erreichen.

Die Bahn 8 kontaktiert zumindest die Kühlwalze 10, und insbesondere die Oberfläche 21 der porösen Schicht 20, in einem Bereich 6.

Die zylindrische Trommel 12 kann aus Metall, einem Kunststoff, einem Verbundwerkstoff oder einem beliebigen anderen geeigneten Material bestehen. Die zylindrische Trommel 12 kann auf eine beliebige bekannte, für eine Kühlwalze geeignete Weise aufgebaut sein.

Das gegebenenfalls geschlossene Kühlmittelzirkulationssystem 34 kann eine oder mehrere Pumpen und Wärmetauscher umfassen, um ein temperiertes Kühlmittel durch den Innenraum 15 der zylindrischen Trommel 12 zu zirkulieren und Wärme auf das Kühlmittel zu übertragen, wodurch die Kühlwalze 10 gekühlt wird. Der Aufbau eines derartigen Systems ist bekannt.

Die poröse Schicht 20 umfasst einen oder mehrere Durchgänge 22, durch die die mitgeführte oder im Bereich 6 zwischen Bahn 8 und Kühlwalze 10 gefangene Luft in Bereiche mit geringerem Druck entweichen kann. Dadurch wird die poröse Schicht 20 vorzugsweise in Kontakt mit der Bahn 8 gehalten, so dass Wärme von der Bahn zu dem durch den Innenraum 15 der zylindrischen Trommel 12 zirkulierenden Kühlmittel geleitet wird.

Die Durchgänge 22 können als Poren, Freiräume, Ausnehmungen, Löcher, Röhren, Schlitze o. ä. oder als eine beliebige Kombination aus den genannten Möglichkeiten ausgebildet sein. Die poröse Schicht 20 kann als eine Matrix oder ein Geflecht eines geeigneten Materials ausgebildet sein, das derartige Durchgänge 22 aufweist. Die poröse Schicht 20 kann z. B. die Struktur eines metallischen Filters aufweisen. Alternativ kann die poröse Schicht 20 aus einem Metallschaum oder einem anderen aufgeschäumten Material bestehen. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die poröse Schicht 20 aus einem stabilen Material hergestellt sein, das radiale Löcher, Röhren oder Schlitze oder miteinander verbundene radiale und längs verlaufende Löcher, Röhren oder Schlitze o. ä. aufweist, so dass die Durchgänge 22 entstehen. Die poröse Schicht 20 kann eine beliebige geeignete Kombination aus separaten oder miteinander verbundenen Durchgängen umfassen. Die poröse Schicht 20 kann aus einer Matrix eines Materials mit hoher thermischer Leitfähigkeit bestehen, z. B. aus Stahl, Aluminium oder Kupfer. Die poröse Schicht 20 kann z. B. 1 mm bis 2,5 mm dick sein. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die poröse Schicht 20 auch dicker oder dünner als der angegebene Bereich sein.

In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die poröse Schicht 20 als eine Schicht, z. B. eine Hülse, ausgebildet sein, die auf die Außenfläche der ansonsten herkömmlichen Kühlwalze aufgebracht, z. B. axial aufgeschoben, wird. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die poröse Schicht 20 bei der Herstellung der Kühlwalze einteilig mit der Oberfläche 14 der zylindrischen Trommel 12 gebildet werden. In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die poröse Schicht 20 selbst die Oberfläche 14 bilden. Zur Herstellung einer Kühlwalze mit einer erfindungsgemäßen porösen Schicht 20 kann ein beliebiges geeignetes Herstellverfahren angewandt werden.

Es ist auch möglich, die Walze 10 vollständig aus porösem o. ä. Material herzustellen, wobei ein innerer Abschnitt des Materials von dem Kühlmedium durchströmt wird und ein äußerer Abschnitt die Bahn 8 trägt. Zwischen den Abschnitten kann eine für das Kühlmedium undurchlässige Schicht vorgesehen sein.

Die radiale Richtung 42 steht senkrecht auf der Achse 40. Die Längsrichtung bzw. seitliche Richtung 44 verläuft parallel zur Achse 40. Die Umfangsrichtung 46 steht senkrecht auf der radialen Richtung 42 und der Längsrichtung 44, d. h. sie verläuft parallel zu einer Tangente an die Oberfläche 14 der zylindrischen Trommel 12 oder der Oberfläche 21 der porösen Schicht 20.

Die Durchgänge 22 bilden vorzugsweise einen Durchgang für Luft, die sich vom Bereich 6 in die radiale Richtung 42 und seitlich in die Längsrichtung 44 und/oder in die Umfangsrichtung 46 und/oder in den Richtungen 44 und/oder 46 entgegengesetzte Richtungen bewegt. Auf diese Weise kann sich die Luft von dem Bereich 6 mit höherem Druck in Bereiche mit niedrigerem Druck z. B. in der Nähe der Stirnflächen 16 und 18 bewegen. In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Durchgänge 22 von der Oberfläche 21 der porösen Schicht 20 in Bereiche mit niedrigerem Druck im Innenraum 15 der zylindrischen Trommel 12 verlaufen.

Durch einen erfindungsgemäß vorgesehenen Strömungsweg für Luft mit höherem Druck vom Bereich 6 in einen Bereich mit geringeren Druck kann die vorliegende Erfindung eine Luftschicht zwischen der Bahn 8 und der Kühlwalze 10 reduzieren oder beseitigen. Dadurch kann die Wärmeübertragung von der Bahn 8 auf die Kühlwalzen 10 verbessert werden, da ein wärmeisolierendes Luftkissen zwischen der Bahn 8 und der Walze 10 vermieden bzw. abgebaut wird.

Die poröse o. ä. Beschichtung kann nicht nur auf Kühlwalzen, sondern auf allen Walzen vorgesehen sein, bei denen ein Luftkissen zwischen Bahn und Walzenoberfläche unerwünscht ist. Liste der Bezugszeichen 6 Bereich
8 Bahn
10 Kühlwalze
12 zylindrische Trommel
14 zylindrische Oberfläche
15 Innenraum
16 Stirnfläche
17 Öffnung
18 Stirnfläche
19 Öffnung
20 poröse Schicht
21 Oberfläche der porösen Schicht
22 Durchgang
30 Kühlmitteleinleitungsrohr
32 Kühlmittelableitungsrohr
34 Kühlmittelzirkulationssystem
40 Achse
42 radiale Richtung
44 Längsrichtung
46 Umfangsrichtung

Claims

1. Kühlwalze für Rollendruckmaschinen mit einer zylindrischen Trommel (12), welche von einem Kühlmedium durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (21) der Kühlwalze (10) von einer porösen Schicht (20) gebildet wird.

2. Kühlwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Schicht (20) derart ausgebildet ist, dass sie einen Durchgang (22) für Luft von einem ersten Bereich (6) zwischen der Kühlwalze (10) und einer über die Kühlwalze (10) bewegten Bahn (8) und einem zweiten Bereich mit einem geringeren Luftdruck bietet.

3. Kühlwalze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Schicht an der Umfangsoberfläche (14) der Trommel (12) angeordnet oder befestigt ist oder einteilig mit der Umfangsoberfläche der Trommel ausgebildet ist oder eine Umfangsoberfläche der Trommel (12) bildet.

4. Kühlwalze nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (22) derart ausgebildet ist, dass er eine Bewegung der Luft in radialer Richtung (42) und/oder in seitlicher Richtung (44) und/oder in Umfangsrichtung (46) ermöglicht.

5. Kühlwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Schicht (20) eine Materialmatrix oder ein Fasermaterial oder ein aufgeschäumtes Material umfasst.

6. Kühlwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Schicht (20) eine Vielzahl von Löchern und/oder Schlitzen und/oder Röhren aufweist, die den Durchgang (22) bilden.

7. Kühlwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Schicht (20) ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. Stahl, Aluminium oder Kupfer, umfasst.

8. Kühlwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Schicht (20) ungefähr 1 mm bis ungefähr 2,5 mm dick ist.

9. Kühlwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite Bereich wenigstens an einer Seitenkante der Trommel (12) befindet.

10. Kühlwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (22) derart ausgebildet ist, dass er ein Abführen der Luft vom ersten Bereich (6) ermöglicht, um eine Wärmeübertragung zwischen der Bahn (8) und der Kühlwalze (10) zu verbessern.

11. Druckmaschine, insbesondere Rollenrotationsdruckmaschine, gekennzeichnet durch eine Kühlwalze (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.