DE10306491A1

DE10306491A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abkühlen einer Bedruckstoffbahn

Info

Publication number: DE10306491A1
Application number: DE10306491A
Authority: DE
Inventors: Stephen Arthur Austin; David Robert Dawley; Neil Doherty; Kent Dirksen Kasper
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Goss International Americas LLC
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2003-10-02
Also published as: US6606948B1; JP2003266643A

Abstract

Ein Verfahren zum Abkühlen einer Bedruckstoffbahn, wobei die Bahn mit flüchtiges Mittel, insbesondere Lösungsmittel, enthaltender Druckfarbe zumindest teilweise belegt ist und wenigstens über eine erste und eine letzte jeweils von Kühlmedium durchströmte Kühlwalze eines Kühlwalzensystems, insbesondere eines Kühlwalzenaggregats einer Rollenrotationsdruckmaschine, geführt wird, zeichnet sich aus durch die Verfahrensschritte DOLLAR A - Messen einer Eingangstemperatur der Bahn (1) vor der ersten Kühlwalze (2); DOLLAR A - Vorgeben einer Austrittstemperatur der Bahn (1) nach der letzten Kühlwalze (3); DOLLAR A - Bestimmen einer Eingangstemperatur und eines Flusses des die erste Kühlwalze durchströmenden Kühlmediums (4, 5) zumindest in Abhängigkeit vom Taupunkt des flüchtigen Mittels und der Eingangstemperatur der Bahn (1) in der Weise, dass Kondensation des flüchtigen Mittels auf der Oberfläche (20) der ersten Kühlwalze (2) verhindert oder minimiert wird und die vorgegebene Austrittstemperatur der Bahn (1) im Wesentlichen erzielt und/oder aufrechterhalten wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abkühlen einer Bedruckstoffbahn für Rollendruckmaschinen gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 9.
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 Abfolge von Walzen, die mit Wasser oder einem anderen durch das Innere der Walzen fließenden Kühlmedium gekühlt werden.

Zur Vermeidung von Druckdefekten ist es wichtig, sowohl die Temperatur der die Kühlwalzenanordnung verlassenden Bahn als auch die Temperatur der Kühlwalzen zu steuern. Wenn die Temperatur der Bahn bei Verlassen der Kühlwalzen nicht ausreichend niedrig ist, d. h. z. B. nicht unter 32°C (90°F) beträgt, kann es nach dem Kühlvorgang zum Abschmieren von Farbe z. B. an Wendeeinrichtungen kommen. Die Kühlung der Bahn unter eine gewünschte Austrittstemperatur dagegen bedeutet Energieverschwendung. Die Vermeidung von Kühlungskondensation auf den Kühlwalzenoberflächen ist ebenfalls von Bedeutung. Wenn eine Walze zu kalt ist, kondensiert Farblösungsmittel oder Feuchtigkeit auf der Walzenoberfläche. Ist die Walze zu warm, so wird die Bahn nicht ausreichend gekühlt und es ist eine hohe Anzahl an Kühlwalzen nötig, um die Bahn auf die gewünschte Austrittstemperatur abzukühlen.

Bisher wurden in dem Versuch, die Bahn- und/oder Kühlwalzentemperatur entsprechend zu steuern, verschiedene Verfahren und Vorrichtungen eingesetzt. Die US 6,202,556 beschreibt die Verwendung eines Mischventils zur Beibehaltung einer gewünschten Kühlwassertemperatur. Die US 5,571,564 beschreibt den Einsatz einer mit einer Kühlwalze in Kontakt stehenden gekühlten Presswalze, welche den Kühlvorgang effektiver gestaltet und die Bildung von Kondensationsstreifen verhindert. Die US 5,275,103 beschreibt die Verwendung einer elektrisch geladenen Elektrodenplatte zur Reduzierung des Luftspalts zwischen der Bahn und der Kühlwalzenoberfläche mit dem Ziel der Verbesserung der Kühlungseffizienz und der Reduzierung von Farblösungsmitteldämpfen zwischen der Bahn und der Kühlwalze. Die US 5,465,661 beschreibt die Einstellung des Flusses einer Kühlmediumspumpe zur Aufrechterhaltung von Maschinentemperaturen. Die US 5,918,541 beschreibt die Erwärmung des Kühlmediums bei einem Bahnstopp zur Vermeidung von Kondensation aus der Luft.

Die DE 197 10 124 A1 beschreibt ein Kühlwalzensystem mit getrennten Kühlmediumskreisläufen, deren Temperatur und Fluss unabhängig voneinander steuerbar sind. Die DE 88 05 176 beschreibt ein Kühlwalzensystem, bei dem zwei Kühlwalzen hintereinander geschaltet sind und parallel zu zwei anderen Kühlwalzen verlaufen. Z. B. durch das HWS HCR-9 Kühlwalzensystem von Heidelberg ist es ist bekannt, zur Steuerung des Kühlwalzensystems eine gemessene Kühlmediumtemperatur zu verwenden. Außerdem ist es bekannt, zur Entfernung von Kondensat von den Kühlwalzen Kühlwalzenwischer zu verwenden.

Die bekannten Systeme und Verfahren sind im Wesentlichen iterativ, d. h. sie reagieren auf Temperaturveränderungen und sind nicht in der Lage, zur Bestimmung der erforderlichen Kühlmediumstemperaturen und des erforderlichen Kühlmittelflusses eine Vorhersage im Hinblick auf die Temperaturbeaufschlagung bei Geschwindigkeitsveränderungen zu treffen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlwalzensystems zu schaffen, wobei die erläuterten Nachteile bekannter Verfahren und Vorrichtungen dieser Art beseitigt werden.

Es ist eine weitere oder alternative Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlwalzensystems zu schaffen, wobei mit einer minimal notwendigen Anzahl an Kühlwalzen eine gewünschte Kühlleistung erzielt wird.

Es ist eine weitere oder alternative Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlwalzensystems zu schaffen, wobei die Energiekosten für die Abkühlung der Bahn minimiert oder zumindest verringert werden.

Diese Aufgaben werden im Hinblick auf das Verfahren durch die Merkmale von Anspruch 1 und im Hinblick auf die Vorrichtung durch die Merkmale von Anspruch 9 gelöst. Weitere Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Abkühlen einer Bedruckstoffbahn, wobei die Bahn mit flüchtiges Mittel, insbesondere Lösungsmittel, enthaltender Druckfarbe zumindest teilweise belegt ist und wenigstens über eine erste und eine letzte jeweils vom Kühlmedium durchströmte Kühlwalze eines Kühlwalzensystems, insbesondere eines Kühlwalzenaggregats einer Rollenrotationsdruckmaschine, geführt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass eine Eingangstemperatur der Bahn vor der ersten Kühlwalze gemessen wird, dass eine Austrittstemperatur der Bahn nach der letzten Kühlwalze vorgegeben wird und dass eine Eingangstemperatur und ein Fluss des die erste Kühlwalze durchströmenden Kühlmediums zumindest in Abhängigkeit vom Taupunkt des flüchtigen Mittels und der Eingangstemperatur der Bahn in der Weise bestimmt werden, dass Kondensation des flüchtigen Mittels auf der Oberfläche der ersten Kühlwalze verhindert oder minimiert wird und die vorgegebene Austrittstemperatur der Bahn im Wesentlichen erzielt und/oder aufrechterhalten wird.

Erfindungsgemäß wird die Eingangstemperatur und der Fluss des die erste Kühlwalze durchströmenden Kühlmediums zumindest in Abhängigkeit vom Taupunkt des flüchtigen Mittels und der Eingangstemperatur der Bahn bestimmt und entsprechend eingestellt, gesteuert oder geregelt. Weiterhin wird dabei erfindungsgemäß eine Kondensation des flüchtigen Mittels auf der Oberfläche der ersten Kühlwalze verhindert oder minimiert und die vorgegebene Austrittstemperatur der Bahn im Wesentlichen erzielt und/oder aufrechterhalten.

In vorteilhafter Weise kann somit aufgrund einer Bestimmung und entsprechenden Einstellung der relevanten Parameter eines Kühlmediums eine optimale Kühlung der Bahn erreicht werden, wobei zum einen die Kühlwalze nicht zu weit abgekühlt wird und Kondensation vermieden wird und zum anderen die Kühlwalze nicht zu wenig abgekühlt wird und die Aushärtung der Druckfarbe auf der Bahn unzureichend ist.

Durch diese vorteilhafte und optimale Einstellung der Kühltemperatur der Walze wird die Bahn beim Führen über diese Walze bereits sehr weit abgekühlt. Eine oder mehrere weitere Walzen können auf die gleiche erfindungsgemäße Art und Weise bezüglich ihrer Kühlleistung eingestellt, gesteuert oder regelt werden, so dass gegebenenfalls bereits mit wenigen Walzen (zwei, drei, vier oder weniger als etwa sechs oder weniger als etwa zehn) die Bahn auf die gewünschte oder vorgegebene Austrittstemperatur abgekühlt werden kann. In Folge dessen kann mit Vorteil gegebenenfalls auf weitere Kühlwalzen unter Kosteneinsparung verzichtet werden oder weitere Kühlwalzen können ebenfalls unter Kosten- und Energieeinsparung abgeschaltet, d. h. lediglich auf Raumtemperatur gehalten werden.

Es als eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung zu verstehen, dass mittels des Verfahren nur eine minimal notwendige Anzahl von Kühlwalzen tatsächlich zur Abkühlung eingesetzt werden. Der Energieeinsatz insgesamt wird folglich ebenfalls minimiert und Energiekosten eingespart.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann iterativ betrieben werden, d. h. beginnend bei der ersten Kühlwalze wird mittels des Verfahrens die optimal Kühlung der Walze definiert und mittels des gleichen Verfahrens wird eine jeweilige optimale Kühlung für jede weitere Walze Schritt für Schritt definiert, bis die vorgegebene Endtemperatur der Bahn erreicht ist. Das Iterationsverfahren bricht dann ab und alle weiteren Walzen werden auf einem konstanten Niveau gehalten.

Bei dem Wärmeübertragungsmodell zur Bestimmung der Kühlmediumseingangstemperatur und des Kühlmediumsflusses kann es sich um ein theoretisches und/oder empirisches Modell handeln. Das Wärmeübertragungsmodell kann sich an Prozessmessungen anpassen.

Der erste Temperaturwert kann einem Differenzwert unter dem berechneten Taupunkt entsprechen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin vorsehen, dass die Bestimmung der Eingangstemperatur und des Flusses des Kühlmediums für mindestens eine zweite Kühlwalze des Kühlwalzensystems durchgeführt werden.

Darüber hinaus kann das Verfahren auch die Berechnung einer Austrittstemperatur der Bahn nach der ersten Kühlwalze vorsehen. Entspricht die berechnete Austrittstemperatur der Bahn annähernd einer vorgegebenen Austrittstemperatur der Bahn, so kann das Verfahren vorsehen, dass eine jeweilige Kühlmediumseingangstemperatur des in die der ersten Kühlwalze nachgeordneten Kühlwalze einströmenden Kühlmittels auf einen auf der vorgegebenen Austrittstemperatur der Bahn basierenden zweiten Temperaturwert eingestellt wird und der jeweilige Kühlmediumsfluss durch die nachgeordneten Kühlwalzen auf einen minimalen Fluss eingestellt wird, um durch die nachgeordneten Kühlwalzen die gewünschte Austrittstemperatur für die Bahn beizubehalten. Der zweite Temperaturwert kann einem Wert unter der gewünschten Austrittstemperatur der Bahn entsprechen.

Die Einstellung der Eingangstemperatur des in die erste Kühlwalze einströmenden Kühlmediums kann unter Verwendung eines Kühlmediumswärmetauschers und/oder eines Kühlmediumsmischventils des Kühlwalzensystems erfolgen.

Zur Berechnung des Taupunkts für flüchtiges Farblösungsmittel und/oder zur Bestimmung des Kühlmediumsflusses durch die erste Kühlwalze, die nötig sind, um den Temperaturanstieg des durch die erste Kühlwalze strömenden Kühlmittels unter dem vorgegebenen Wert zu halten, kann ein Rechnerelement vorgesehen sein.

Die Berechnung kann auf der Basis einer Eigenschaft des Lösungsmittels in der Farbe erfolgen.

Darüber hinaus kann das Verfahren vorsehen, dass ein zweiter Kühlmediumsfluss und/oder eine zweite Kühlmediumseingangstemperatur einer der ersten Kühlwalze nachgeordneten zweiten Kühlwalze anhand einer gemessenen Bahnaustrittstemperatur der die erste Kühlwalze verlassenden Bahn eingestellt wird. Darüber hinaus kann das Verfahren auch die Einstellung des Kühlmediumsflusses und/oder der Kühlmediumseingangstemperatur auf der Basis einer gemessenen Kühlmediumsaustrittstemperatur des die erste Kühlwalze verlassenden Kühlmediums umfassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin vorsehen, dass der Kühlmediumsfluss und/oder die Kühlmediumseingangstemperatur auf der Basis einer gemessenen Temperatur einer Oberfläche der ersten Kühlwalze und/oder eines gemessenen Temperaturanstiegs des durch die erste Kühlwalze strömenden Kühlmediums und/oder einer gemessenen Bahnaustrittstemperatur der die erste Kühlwalze verlassenden Bahn manuell eingestellt wird.

Die Ermittlung kann mittels einer anhand des Wärmeübertragungsmodells erstellten Nachschlagetabelle erfolgen, wobei das Wärmeübertragungsmodell vorzugsweise an mindestens eine Prozessmessung, z. B. eine Bahngeschwindigkeitsmessung, anpassbar ist.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abkühlen einer Bedruckstoffbahn, wobei die Bahn mit flüchtiges Mittel, insbesondere Lösungsmittel, enthaltender Druckfarbe zumindest teilweise belegt ist und wobei die Vorrichtung wenigstens eine erste und eine letzte jeweils von Kühlmedium durchströmte Kühlwalze umfasst, über welche die Bahn geführt wird, zeichnet sich aus durch einen Temperatursensor zum Messen einer Eingangstemperatur der Bahn vor der ersten Kühlwalze, eine Speichereinheit zum Speichern einer vorgegebenen Austrittstemperatur der Bahn nach der letzten Kühlwalze, eine Steuer- und Recheneinheit zum Bestimmen einer Eingangstemperatur und eines Flusses des die erste Kühlwalze durchströmenden Kühlmediums zumindest in Abhängigkeit vom Taupunkt des flüchtigen Mittels und der Eingangstemperatur der Bahn, eine Temperiereinheit zum Erzeugen der Eingangstemperatur des Kühlmediums und eine Pumpeinheit zum Erzeugen des Flusses des Kühlmediums, wobei die Temperiereinheit und die Pumpeinheit von der Steuer- und Recheneinheit in der Weise angesteuert werden, dass Kondensation des flüchtigen Mittels auf der Oberfläche der ersten Kühlwalze verhindert oder minimiert wird und die vorgegebene Austrittstemperatur der Bahn im Wesentlichen erzielt und/oder Aufrechterhalten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung verhindern ein Abschmieren von Farbe der Bahn nach dem Kühlsystem durch ausreichende Kühlung der Bahn und ermöglichen eine Einstellung der Kühlwalzentemperaturprofile zur Vermeidung der Kondensation von Lösungsmittel auf den Kühlwalzenoberflächen und damit von Kondensatabdrücken.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand beispielhafter Ausführungsformen im Zusammenhang mit den beigefügten, nachfolgend aufgeführten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Kühlwalzensystems mit einer Kühlwalzensteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 2 eine schematische Draufsicht des in Fig. 1 gezeigten Kühlwalzensystems.
Fig. 1 und 2 zeigen ein Kühlwalzensystem mit einer ersten Kühlwalze 2 und dieser nachgeordneten Kühlwalzen 3. Die Kühlwalzen 2, 3 sind im Wesentlichen zylindrisch geformt und rotieren um ihre jeweilige Achse 18. Die Bahn 1 wurde in einem (nicht gezeigten) vorgeordneten Trockner erwärmt und kontaktiert die Kühlwalzen 2, 3 auf ihrem Weg durch eine Kühlwalzenanordnung bzw. einen Kühlwalzenstand, wie er in Fig. 1 gezeigt ist. Mittels eines durch die Kühlwalzen 2, 3 strömenden Kühlmediums wird die Bahn 1 gekühlt. Der Kühlmediumsfluss durch die Kühlwalzen 2, 3 wird von einer von einem Motor mit variabler Geschwindigkeit angetriebenen Pumpe 6 geregelt. Die Temperatur des einströmenden Kühlmediums 4 wird von einem Mischventil 7 geregelt, das rückgeführtes bzw. ausströmendes Kühlmedium 5 mit von einem Wärmetauscher 8 gekühltem Kühlmedium mischt. Das Mischventil wird über einen in der Kühlmediumsleitung zur Pumpe 6 angeordneten Temperatursensor 9 geregelt.
Die Kühlwalzen 2, 3 können als eine beliebige geeignete Art von Kühlwalzen ausgebildet sein, durch die ein Wärme aus der Walze ableitendes Kühlmedium geleitet werden kann. Der Aufbau einer typischen Kühlwalze ist z. B. in der US 3,676,910 beschrieben. In Abhängigkeit von den Erfordernissen des Systems kann eine beliebige Anzahl von Kühlwalzen von einer Kühlwalze aufwärts vorgesehen sein.
Bei dem Kühlmedium 4, 5 kann es sich um Wasser oder ein anderes zur Ableitung von Wärme aus den Kühlwalzen 2, 3 geeignetes Fluid handeln. Die Pumpe 6 kann als eine Drehkolbenpumpe oder eine beliebige andere geeignete Fluidbewegungsvorrichtung ausgebildet sein. Das Mischventil 7 kann als eine beliebige zur Umleitung eines Kühlmediums von der Rückführleitung 22 in den Wärmetauscher 8 und vom Wärmetauscher 8 in die Kühlmediumsrückführleitung 22 geeignete Ventilvorrichtung ausgebildet sein.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in Fig. 2 nur die Kühlmediumsrückführleitung 22 der Kühlwalze 2 und nur ein Kühlmediumsteuersystem 24 mit einem Temperatursensor 9 und einem Mischventil 7 dargestellt. Für jede Kühlwalze 3 ist eine Kühlmediumsrückführleitung vorgesehen, die als Teil der oder unabhängig von der Kühlmediumsrückführleitung 22 ausgebildet sein kann. Das Kühlmedium kann z. B. seriell oder parallel durch die Kühlwalzen 2, 3 geleitet werden. Ebenso kann die Kühlmediumszirkulation durch die Kühlwalzen 3 vom Kühlmediumssteuersystem 24 oder von jeweils einem separaten eigenen Kühlmediumsteuersystem gesteuert werden. Es sind selbstverständlich verschiedene Anordnungen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Pumpen, Temperatursensoren, Wärmetauschern und Mischventilen denkbar. Aus Gründen der Einfachheit wird nachfolgend davon ausgegangen, dass die Temperatur und der Fluss des einströmenden Kühlmediums 4 für jede Kühlwalze 2, 3 unabhängig regelbar sind.
Ein Temperatursensor 10 misst die Eingangstemperatur der Bahn 1, d. h. die Temperatur der Bahn 1 vor der ersten Kühlwalze 2 nach dem Verlassen eines (nicht gezeigten) Trockners. Bei dem Temperatursensor 10 kann es sich um einen kontaktlosen Infrarotsensor oder einen beliebigen anderen geeigneten Sensor handeln. Die Steuervorrichtung 11 dient dazu, eine Vorhersage zu treffen bezüglich des Temperaturanstiegs des Kühlmediums entlang den Kühlwalzen 2, 3, des Temperaturabfalls in der Bahn 1 vermittelt durch die einzelnen Kühlwalzen 2, 3 und einer durchschnittlichen Oberflächentemperatur der einzelnen Kühlwalzen, jeweils bei einer vorgegebenen Eingangstemperatur des Kühlmediums 4, einem vorgegebenen Kühlmediumsfluss, einer vorgegebenen Geschwindigkeit der Bahn 1 und einer vorgegebenen Eingangstemperatur der Bahn 1. Die Geschwindigkeit der Bahn 1 wird mittels eines Tachometers 14 gemessen und der Steuerungsvorrichtung 11 zugeführt. Die Steuerungsvorrichtung 11 verwendet zur Durchführung von Vorhersagerechnungen ein Wärmeübertragungsmodell für die Wärmeübertragung zwischen der Bahn 1, den Kühlwalzen 2, 3 und dem Kühlmedium 4, 5. Auf der Basis der Eingangstemperatur der Bahn berechnet die Steuerungsvorrichtung 11 den Taupunkt des flüchtigen Lösungsmittels in der auf die Bahn 1 gedruckten Farbe. Der berechnete Taupunkt wird im Wärmeübertragungsmodell verwendet. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Berechnung des Taupunkts Teil des Modells sein. Eine Prozessorvorrichtung der Steuerungsvorrichtung 11 kann dabei jede notwendige Berechnung durchführen. Eine Prozessorvorrichtung, z. B. eine zentrale Verarbeitungseinheit (Central Processing Unit, CPU) kann Kühlmediumseinstellungen, z. B. die Eingangstemperatur und den Fluss des Kühlmediums für mehr als eine Kühlwalze und/oder für Kühlwalzensysteme für mehr als eine Bahn ermitteln und/oder steuern.
Bei dem von der Steuerungsvorrichtung 11 eingesetzten Wärmeübertragungsmodell kann es sich z. B. um eine Reihe von Gleichungen handeln, die auf bekannten thermodynamischen Gleichungen, Wärmeübertragungsgleichungen und Fluidflussgleichungen sowie auf den physikalischen Eigenschaften der Bahn und des Kühlwalzensystems beruhen. Die physikalischen Eigenschaften beziehen sich auf die physikalischen Abmessungen der Bahn 1 und der Kühlwalzen 2, 3 sowie die thermischen Eigenschaften (spezifische Wärme, Dichte usw.) der Bahn 1. Es können auch angenommene oder empirisch bestimmte Wärmeübertragungskoeffizienten verwendet werden. Darüber hinaus kann das Wärmeübertragungsmodell an eine oder mehrere mittels Sensoren auf die nachfolgend erläuterte Weise vorgenommene Prozessmessungen, z. B. an die Maschinengeschwindigkeit, die Austrittstemperatur der Bahn bei Verlassen des Trockners, die Austrittstemperatur der Bahn bei Verlassen der Kühlvorrichtung, die Umgebungstemperatur und den Kühlmediumsfluss anpassbar sein. Derartige Prozessmessungen können zur Feineinstellung von Wärmeübertragungskoeffizienten des Modells im Hinblick auf eine spezifisches Bahngewicht oder eine Veränderung der Flächendeckung der Bahn herangezogen werden. Geeignete Wärmeübertragungsmodelle sind bekannt und werden daher hier nicht näher erläutert.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Kühlmediumsbedingungen anhand einer Nachschlagetabelle unter Verwendung wichtiger Eingabevariablen wie der Maschinengeschwindigkeit und der Eingangstemperatur der Bahn berechnet oder interpoliert werden. Eine entsprechende Nachschlagetabelle lässt sich anhand theoretischer Wärmeübertragungsmodelle des Systems oder eines empirischen Modells erstellen. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können entsprechende für jede Kühlwalze anhand des Wärmeübertragungsmodells berechnete Einstellungen für die Eingangstemperatur und den Fluss des Kühlmediums in einem Speicher gespeichert werden. Die gespeicherten Einstellungen können zur späteren Verwendung unter denselben oder ähnlichen Bahn- und Kühlwalzensystembedingungen aufgerufen werden, wodurch die Rechenlast der Steuerungsvorrichtung 11 reduziert wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Methodik zur Einstellung der Temperatur des einströmenden Kühlmediums 4 und des Kühlmediumsflusses für die Kühlwalze 2 wie folgt:
Anhand der Eingangstemperatur der Bahn wird der Taupunkt des flüchtigen Lösungsmittels in der Farbe berechnet. Die Temperatur des einströmenden Kühlmediums 4 wird auf einen Differenzbetrag, z. B. etwa 2,8°C (5°F), unter dem berechneten Taupunkt eingestellt. Der Kühlmediumsfluss wird so eingestellt, dass der Temperaturunterschied zwischen dem einströmenden Kühlmedium 4 und dem rückgeführten Kühlmedium 5 unter einem auf den Modellberechnungsergebnissen beruhenden vorgegebenen Wert, z. B. 10°F, gehalten wird. Der gewünschte Temperaturunterschied ist derart gewählt, dass die Temperatur der Walzen und der Bahn über deren Breite relativ gleichmäßig bleibt. Über die Steuerungsvorrichtung 11 kann eine automatische Einstellung des Mischventils 7 und der Pumpe 6 erfolgen, um die gewünschte Temperatur bzw. den gewünschten Fluss des Kühlmediums 4 zu erreichen. Alternativ können das Mischventil 7 und die Pumpe 6 auf der Basis der von der Steuerungsvorrichtung 11 berechneten Ergebnisse über eine Benutzerschnittstelle 16 manuell eingestellt werden. Die Ergebnisse können an der Benutzerschnittstelle 16 angezeigt werden.
Dieselbe Methodik kann zur Einstellung des Flusses und der Eingangstemperatur des Kühlmediums für jeweils nachgeordnete Kühlwalzen 3 eingesetzt werden. Die Eingangstemperatur der Bahn unmittelbar vor jeder Kühlwalze kann mittels der Steuerungsvorrichtung 11 anhand des Modells berechnet oder mittels (nicht gezeigter) entsprechender Temperatursensoren gemessen werden. Für nachfolgende Kühlwalzen 3 kann die Methodik wiederholt werden, bis die Bahntemperatur die gewünschte Austrittstemperatur, z. B. 32°C (90°F), bei der ein Abschmieren der Druckfarbe vermieden wird, erreicht oder unter diese sinkt. Sobald die vorhergesagte (berechnete) oder tatsächliche (gemessene) Austrittstemperatur den Sollwert erreicht hat oder unter diesen gesunken ist, kann die Temperatur des einströmenden Kühlmediums 4 der nachfolgenden Kühlwalzen 3 auf einen Wert unter dem Sollwert, z. B. auf etwa 29°C (85°F) eingestellt werden, um die Bahntemperatur im Wesentlichen konstant zu halten. Der Kühlmediumsfluss der nachfolgenden Kühlwalzen kann auf einen Minimalwert eingestellt werden.
Im Falle eines Bahnrisses oder eines Bahnstopps kann es von Vorteil sein, die Kühlwalzen 2, 3 auf eine Temperatur geringfügig über dem Taupunkt der Umgebungsluft zu erwärmen, um die Kondensation von Wasserdampf auf den Kühlwalzen zu verhindern, oder die Kühlwalzen zur besseren Handhabung zu abkühlen. Die Kondensation von Wasser könnte beim erneuten Anfahren der Bahn einen Bahnriss verursachen. Zeigt der Tachometer 14 oder ein anderes Signal einen Bahnriss oder einen Bahnstopp an, so wird die Temperatureinstellung des einströmenden Kühlmediums 4 kalter Walzen auf einen Wert zur Vermeidung von Kondensation erhöht und die Temperatureinstellung des einströmenden Kühlmediums warmer Walzen zur besseren Handhabung reduziert. Die Temperatureinstellungserhöhung oder -senkung des einströmenden Kühlmediums kann automatisch durch die Steuerungsvorrichtung 11 erfolgen oder manuell an der Benutzerschnittstelle 16 von einem Bediener vorgenommen werden.
Ein Bahntemperatursensor 15 kann dem Kühlwalzensystem nachgeordnet angeordnet befinden. Ein Rückmeldesignal dieses Sensors kann dazu dienen sicherzustellen, dass die tatsächliche Austrittstemperatur der Bahn den Sollwert erreicht hat oder unter diesen gesunken ist. Weicht die Austrittstemperatur der Bahn deutlich vom Sollwert ab, so kann die Temperatur oder der Fluss des einströmenden Kühlmediums 4 der letzten Kühlwalze 3 verändert werden. Wenn diese Einstellung der letzten Walze nicht ausreicht, so kann die Anpassung auch an weiteren vorgeordneten Kühlwalzen 2, 3 vorgenommen werden.
Zur Reduzierung der erforderlichen Genauigkeit der Modellgleichungen und zur Vermeidung unvorhergesehener Störungen kann das System auch (nicht gezeigte) weitere Sensoren umfassen. Diese Sensoren können Temperatursensoren zur Ermittlung der Temperatur des rückgeführten Kühlmediums 5 einer Kühlwalze 2, 3, einen Temperatursensor und Telemetrik für die Überwachung der Oberflächentemperatur einer Kühlwalze und an verschiedenen Stellen im System angeordnete Bahntemperatursensoren umfassen.
Die Steuerungsvorrichtung 11 kann zwar für jede Kühlwalze 2, 3 eine Temperatureinstellung für das einströmende Kühlmedium 4 berechnen, aber ein Bediener kann über die Benutzerschnittstelle 16 manuell eingreifen, um diese Temperaturen anhand von Erfahrungswerten oder aktuellen Betriebsbedingungen zu korrigieren. Ein Eingriff durch einen Bediener kann auch zur Steuerung der Temperatur der Oberfläche 20 der Kühlwalze 2, 3, des Kühltemperaturgefälles entlang der Kühlwalze oder der Bahntemperatur unmittelbar nach jeder Walze möglich sein.
Wenn ein Geschwindigkeitsanstieg in der Druckmaschine erwartet wird, z. B. bei einem erneuten Anfahren der Maschine nach einem Bahnriss, können zur Einstellung der Kühlmediumsparameter die Bedingungen bei der letzten Geschwindigkeit verwendet werden. Dies kann die Übergangsleistung der Kühlwalzen verbessern, wenn die thermische Reaktion langsamer ist als die mechanische Reaktion (z. B. die Geschwindigkeit).
In einem Kühlwalzensystem unter maximaler Wärmebelastung wird gemäß der beschriebenen erfindungsgemäßen Methodik die Bahn effektiv verarbeitet, während das Temperaturgefälle über die Breite der Walzen auf einem akzeptablen Niveau gehalten wird und der Fluss sowie der Stromverbrauch der Pumpe und des Wärmetauschers minimiert werden. Wenn das System mit weniger als der maximalen Wärmebelastung betrieben wird, kann die Regelmethodik geändert werden, um die Bahn effektiv zu verarbeiten und zusätzlichen Kriterien Rechnung zu tragen. Es kann z. B. von Vorteil sein, den Pumpfluss (und den Stromverbrauch der Pumpe) zu minimieren und die Kühlungsrate der Bahn zu reduzieren. Dieses Ziel lässt sich durch eine Einstellung der Eingangstemperatur des Kühlmediums auf einen Wert oberhalb des Taupunkts und durch eine Reduzierung des Pumpflusses erreichen. Liste der Bezugszeichen 1 Bahn
2 erste Kühlwalze
3 nachgeordnete Kühlwalzen
4 einströmendes Kühlmedium
S ausströmendes Kühlmedium
6 Pumpe
7 Mischventil
8 Wärmetauscher
9 Temperatursensor
10 Temperatursensor
11 Steuervorrichtung
14 Tachometer
15 Bahntemperatursensor
16 Benutzerschnittstelle
18 Achse
20 Walzenoberfläche
22 Rückführleitung
24 Kühlmediumsteuersystem

Claims

1. Verfahren zum Abkühlen einer Bedruckstoffbahn, wobei die Bahn mit flüchtiges Mittel, insbesondere Lösungsmittel, enthaltender Druckfarbe zumindest teilweise belegt ist und wenigstens über eine erste und eine letzte jeweils von Kühlmedium durchströmte Kühlwalze eines Kühlwalzensystems, insbesondere eines Kühlwalzenaggregats einer Rollenrotationsdruckmaschine, geführt wird, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

- Messen einer Eingangstemperatur der Bahn (1) vor der ersten Kühlwalze (2);

- Vorgeben einer Austrittstemperatur der Bahn (1) nach der letzten Kühlwalze (3);

- Bestimmen einer Eingangstemperatur und eines Flusses des die erste Kühlwalze durchströmenden Kühlmediums (4, 5) zumindest in Abhängigkeit vom Taupunkt des flüchtigen Mittels und der Eingangstemperatur der Bahn (1) in der Weise, dass Kondensation des flüchtigen Mittels auf der Oberfläche (20) der ersten Kühlwalze (2) verhindert oder minimiert wird und die vorgegebene Austrittstemperatur der Bahn (1) im Wesentlichen erzielt und/oder aufrecht erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Eingangstemperatur und des Flusses des Kühlmediums (4, 5) für mindestens eine zweite Kühlwalze (3) des Kühlwalzensystems durchgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei annähernder Übereinstimmung einer berechneten Bahnaustrittstemperatur mit der vorgegebenen Bahnaustrittstemperatur eine jeweilige Kühlmediumseingangstemperatur des in die der ersten Kühlwalze (2) nachgeordneten Kühlwalzen (3) einströmenden Kühlmediums (4) auf einen auf der eingestellten Bahnaustrittstemperatur basierenden zweiten Temperaturwert eingestellt wird und der jeweilige Kühlmediumsfluss durch die nachgeordneten Kühlwalzen (3) auf einen Minimalwert eingestellt wird, um die Bahn (1) entlang den nachgeordneten Kühlwalzen (3) auf der vorgegebenen Bahnaustrittstemperatur zu halten.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Temperaturwert einem Wert unter der vorgegebenen Bahnaustrittstemperatur entspricht.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Temperaturwert einem Wert unter dem Taupunkt des flüchtigen Mittels entspricht.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Eingangstemperatur und des Flusses des Kühlmediums (4, 5) auf der Basis einer physikalischen Abmessung der ersten Kühlwalze (2) und/oder einer Geschwindigkeit, mit der die Bahn (1) durch das Kühlwalzensystem (2, 3) bewegt wird, und/oder einer physikalischen Abmessung der Bahn und/oder einer thermischen Eigenschaft der Bahn (1) erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einstellen eines zweiten Kühlmediumsflusses und/oder einer zweiten Kühlmediumseingangstemperatur einer der ersten Kühlwalze (2) nachgeordneten zweiten Kühlwalze (3) auf der Basis einer gemessenen Bahnaustrittstemperatur der die erste Kühlwalze (2) verlassenden Bahn (1).

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einstellen des Kühlmediumsflusses und/oder der Kühlmediumseingangstemperatur auf der Basis einer gemessenen Kühlmediumsaustrittstemperatur des die erste Kühlwalze (2) verlassenden Kühlmediums (5).

9. Vorrichtung zum Abkühlen einer Bedruckstoffbahn, wobei die Bahn mit flüchtiges Mittel, insbesondere Lösungsmittel, enthaltender Druckfarbe zumindest teilweise belegt ist und wobei die Vorrichtung wenigstens eine erste und eine letzte jeweils von Kühlmedium durchströmte Kühlwalze umfasst, über welche die Bahn geführt wird, gekennzeichnet durch
einen Temperatursensor (10) zum Messen einer Eingangstemperatur der Bahn (1) vor der ersten Kühlwalze (2);
eine Speichereinheit zum Speichern einer vorgegebenen Austrittstemperatur der Bahn (1) nach der letzten Kühlwalze (3);
eine Steuer- und Recheneinheit (11) zum Bestimmen einer Eingangstemperatur und eines Flusses des die erste Kühlwalze (2) durchströmenden Kühlmediums (4, 5) zumindest in Abhängigkeit vom Taupunkt des flüchtigen Mittels und der Eingangstemperatur der Bahn;
eine Temperiereinheit (8) zum Erzeugen der Eingangstemperatur des Kühlmediums (4) und eine Pumpeinheit (6) zum Erzeugen des Flusses des Kühlmediums (4, 5), welche von der Steuer- und Recheneinheit (11) in der Weise angesteuert werden, dass Kondensation des flüchtigen Mittels auf der Oberfläche (20) der ersten Kühlwalze (2) verhindert oder minimiert wird und die vorgegebene Austrittstemperatur der Bahn im Wesentlichen erzielt und/oder aufrechterhalten wird.

10. Druckmaschine, insbesondere Rollenrotationsdruckmaschine, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach Anspruch 9.