DE19807643C2

DE19807643C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen eines Trocknungsgutes an der Oberfläche eines schnell geförderten Trägermaterials, insbesondere zum Druckfarbentrocknen

Info

Publication number: DE19807643C2
Application number: DE19807643A
Authority: DE
Inventors: Kai K O Baer; Rainer Gaus
Original assignee: INDUSTRIESERVIS GES fur INNOV
Current assignee: Advanced Photonics Technologies AG
Priority date: 1998-02-23
Filing date: 1998-02-23
Publication date: 2000-01-05
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: AU2926899A; DE59905454D1; HUP0101524A3; WO1999042774A1; US6401358B1; CZ20003007A3; ES2199562T3; KR20010041240A; ATE239891T1; CA2330636A1; HUP0101524A2; JP2002504442A; CN1292080A; ES2199562T5; JP4509378B2; EP1058805A1; EP1058805B1; DE19807643A1; BR9908062A; EP1058805B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen eines Trocknungsgutes an der Oberfläche eines schnell geförderten Trägermaterials, insbesondere zum Trocknen von Druckfarbenschichten auf schnell gefördertem Papier. Die Er findung betrifft insbesondere schnell gefördertes Papier mit einer Fördergeschwindigkeit zwischen 2 und 25 m/s.

Beim Trocknen eines Trocknungsgutes an der Oberfläche eines schnell geförderten Trägermaterials kommt es ganz wesentlich auf eine schnell wirkende Trocknung an. Beispielsweise wird das Trägermaterial entlang seines Förderweges über mehrere Umlenk rollen umgelenkt. Dabei kann an einer bestimmten Umlenkrolle entweder die eine oder die andere Seite des Trägermaterials anliegen. Wird z. B. in einer Vorrichtung zum Bedrucken von Papier eine Druckfarbenschicht auf das Papier aufgebracht und wird das bedruckte Papier mit seiner bedruckten Seite an einer Umlenkrolle anliegend umgelenkt, so muß die Druckfarbenschicht bereits ausreichend trocken sein, bevor das Papier die Umlenk rolle erreicht. Aber auch für andere auf das Bedrucken folgende Arbeitsschritte ist eine ausreichend trockene Druckfarbe Voraussetzung. Hierfür seien beispielsweise das Stapeln von bedruckten Einzelblättern übereinander oder das Aufrollen einer bedruckten Papierbahn genannt.

Aus DE-GM 72 28 906 ist eine Vorrichtung bekannt zum Trocknen von Druckfarben an der Oberfläche einer in eine Förderrichtung geförderten Papierbahn mit einer Strahlungsquelle elektromag netischer Strahlung, insbesondere von UV-Strahlung, wobei die Strahlungsquelle derart angeordnet ist, daß zumindest ein Teil der elektromagnetischen Strahlung in einer Trocknungszone am Förderweg der Papierbahn auf die Druckfarbe auftrifft, um eine Feuchtkomponente, insbesondere ein Lösungsmittel, von dem Trocknungsgut abzutrennen, mit einem Transportgasanschluß zum Einleiten von Transportgas in einen die Trocknungszone allsei tig umschließenden Tunnel, wobei sich der Transportgasanschluß derart seitlich der Trocknungszone befindet, daß das Transport gas aus Richtungen in den Tunnel zugeführt und aus diesem ab transportiert wird, die sich quer zur Förderrichtung erstrecken.

Aus DE 33 32 203 A sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trocknung einer schnell geförderten Papierbahn bekannt. In ei ner Trocknungszone wird die Papierbahn mit Infrarot-Strahlung aus einer Infrarot-Strahlungsquelle bestrahlt, so daß Wasser aus der Papierbahn austritt und verdampft. In spezieller Ausge staltung wird Luft aus Düsen in die Trocknungszone geleitet, wobei die Düsen als sogenannte Luftmesser wirken und eine Dampfzone von der Papierbahn abscheiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen eines Trocknungsgutes an der Oberfläche eines schnell geförderten Trägermaterials, insbe sondere zum Trocknen von Druckfarbenschichten auf schnell ge fördertem Papier, anzugeben, mit denen das Trocknungsgut schnell getrocknet werden kann, wobei eine mechanische Defor mation des Trocknungsgutes, beispielsweise ein Verschmieren von scharfen Rändern von Druckfarbenaufträgen, vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Weiterbildungen sind Gegenstand der je weils abhängigen Ansprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Trocknen eines Trock nungsgutes an der Oberfläche eines schnell in Förderrichtung geförderten Trägermaterials, insbesondere zum Trocknen von Druckfarbenschichten auf schnell gefördertem Papier, wird in einer Trocknungszone durch auftreffende elektromagnetische Strahlung eine Feuchtkomponente, insbesondere ein Lösungsmit tel, von dem Trocknungsgut abgetrennt und wird die abgetrennte Feuchtkomponente durch einen Transportgasstrom aus der Trock nungszone abtransportiert. Elektromagnetische Strahlung, insbe sondere Infrarotstrahlung, hat sich als besonders zweckmäßig und effizient für die Trocknung erwiesen. Selbst bei hohen För dergeschwindigkeiten des Trägermaterials wird nur eine Trock nungszone benötigt, die eine in Förderrichtung kurze Länge hat.

Bei der Abtrennung der Feuchtkomponente von dem Trocknungsgut kann die abgetrennte Feuchtkomponente eine das Trocknungsgut abdeckende Grenzschicht bilden, die das weitere Trocknen behin dert. Dabei stellt sich insbesondere ein dynamisches Gleichge wicht an der Oberfläche des Trocknungsgutes ein, bei dem etwa gleich viele Feuchteteilchen aus dem Trocknungsgut austreten wie wieder aus der Grenzschicht in das Trocknungsgut eintreten. Erfindungsgemäß wird daher die abgetrennte Feuchtkomponente durch einen Transportgasstrom aus der Trocknungszone abtrans portiert. Insbesondere bei kontinuierlicher Zuführung des Transportgases in die Trocknungszone wird die Entstehung einer trocknungsbehindernden Grenzschicht verhindert, indem die Teilchen der abgetrennten Feuchtkomponente bereits kurze Zeit nach dem Austreten aus dem Trocknungsgut abtransportiert werden.

Die elektromagnetische Strahlung ist vorzugsweise so auf die Absorptionseigenschaften der Feuchtkomponente abgestimmt, daß die Strahlungsenergie im wesentlichen nur von der Feuchtkompo nente und nicht von den übrigen Komponenten des Trocknungsgutes und/oder dem Trägermaterial absorbiert wird. Dadurch wird die Feuchtkomponente nicht im eigentlichen Sinne verdampft, sondern werden die Teilchen der Feuchtkomponente gezielt angeregt bzw. aus dem Trocknungsgut herausgeschlagen.

Der Transportgasstrom (D) strömt in einem quer zur Förderrich tung verlaufenden Bereich aus einer Richtung in die Trocknungs zone ein, die mit einer Oberflächennormalen des Trocknungsgutes (2) einen Winkel von 60 bis 90°, vorzugsweise von etwa 80°, einschließt, und trifft messerartig an dem Trocknungsgut auf. Dadurch kann das Transportgas aus dem Trocknungsgut ausgetretene Feuchteteilchen mitreißen, ohne einen wesentlichen Anteil seiner kinetischen Energie auf das Trocknungsgut zu übertragen. Eine mechanische Deformation des Trocknungsgutes, was beispielsweise zu einem Verschmieren scharfer Ränder von Druckfarbenaufträgen führen könnte, wird somit vermieden.

Vorzugsweise entfaltet der Transportgasstrom in dem Bereich seines Einströmens in die Trocknungszone eine Nahwirkung, indem er unmittelbar an der Oberfläche des Trocknungsgutes (2) auftrifft, so daß eine durch die abgetrennte Feuchtkomponente (3) gebildete Oberflächenschicht messerartig von dem Trocknungsgut abgehoben wird. Insbesondere verstärkt dabei der flache Auftreffwinkel die messerartige Wirkung.

Insbesondere die Kombination der Nahwirkung mit der Erstreckung des Bereiches, in dem der Transportgasstrom in die Trocknungszone einströmt, quer zur Förderrichtung resultiert in einem vorteilhaften schnellen Trocknungseffekt über die gesamte Erstreckungsbreite des Bereiches.

Günstig ist es, wenn der Transportgasstrom entweder in Förderrichtung des Trägermaterials oder entgegengesetzt der Förderrichtung entlang einer Strecke an der Oberfläche des Trocknungsgutes entlangströmt. Diese Strecke kann insbesondere länger sein als die Länge der Trocknungszone, in der elektroma gnetische Strahlung einfällt. Somit wird für einen Abtransport von Feuchteteilchen über die gesamte Trocknungszone hinweg und sogar über diese hinaus gesorgt.

Um das gegebenenfalls durch die elektromagnetische Strahlung erwärmte Trocknungsgut zu kühlen, ist die Gastemperatur des Transportgasstromes, zumindest vor dem Auftreffen auf die Feuchtkomponente, niedriger als die Temperatur des Trocknungs gutes. Dies ist insbesondere bei wärmeempfindlichem Trägermate rial von Vorteil, da durch die Kühlung des Trocknungsgutes ein Wärmeübertrag von dem Trocknungsgut von dem Trägermaterial re duziert bzw. verhindert werden kann.

Zweckmäßigerweise wird der Transportgasstrom aus expandierter Druckluft gebildet.

Insbesondere wenn die Feuchtkomponente des Trocknungsgutes Wasser ist, hat die auftreffende elektromagnetische Strahlung ein spektrales Intensitätsmaximum, das im nahen Infrarot liegt, insbesondere im Wellenlängenbereich von 0,8 bis 2,0 µm. Dadurch wird ein wesentlicher Anteil der Strahlungsenergie gezielt als Anregungsenergie für Teilchen der Feuchtkomponente, insbeson dere Wasser, in das Trocknungsgut eingebracht. In dem genannten Wellenlängenbereich liegen mehrere Absorptionsbanden von Wasser. Aber auch andere Feuchtkomponenten, insbesondere Lö sungsmittel, haben Absorptionsbanden in diesen Wellenlängenbe reich.

Aus Gründen der Effizient der ablaufenden thermodynamischen Prozesse, insbesondere zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, strömt der Transportgasstrom nach dem Verlassen der Trocknungszone zu der Strahlungsquelle der elektromagnetischen Strahlung, um diese zu kühlen. Insbesondere bei Verwendung von Temperaturstrahlern, die bei einer Temperatur oberhalb von 2500 K betrieben werden, ist eine Kühlung erforderlich. Durch den Transportgasstrom kann entweder auf eine weitere, zusätzliche Kühlung verzichtet wer den, oder kann eine solche, zusätzliche Kühlung entsprechend kleiner dimensioniert werden.

Zur Gewährleistung definierter Temperaturverhältnisse wird die Temperatur des getrockneten Trocknungsgutes und/oder die Tempe ratur der abgetrennten Feuchtkomponente und/oder die Temperatur des Trägermaterials durch Einstellen der Strahlungsflußdichte der in der Trocknungszone auftreffenden elektromagnetischen Strahlung gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens geregelt. Vorzugsweise wird die zu regelnde Temperatur mittels eines Py rometers gemessen.

Zweckmäßigerweise wird als Strahlungsquelle für die elektro magnetische Strahlung eine elektrische Glühlampe, insbesondere eine Halogenlampe, verwendet und wird zum Einstellen der Strahlungsflußdichte der Glühstrom der Glühlampe eingestellt. Zusätzlich oder alternativ wird zum Einstellen der Strahlungs flußdichte der Abstand der Strahlungsquelle von der Trocknungs zone eingestellt.

Besonders effizient ist die Trocknung bei einer Weiterbildung des Verfahrens, bei der durch das Trocknungsgut hindurchtre tende, nicht absorbierte Strahlungsanteile der elektromagneti schen Strahlung auf das Trocknungsgut zurückreflektiert werden. Dort werden die zurückreflektierten Strahlungsanteile zumindest teilweise absorbiert. Es erhöht sich der absorbierte Strahlungsanteil. Somit können die zur Erzeugung der elektroma gnetischen Strahlung eingesetzten Strahlungsquellen bzw. die eingesetzte Strahlungsquelle hinsichtlich ihrer Strahlungs leistung kleiner dimensioniert werden, oder es kann eine grö ßere Trocknungszone bestrahlt werden. Es ist auch möglich, durch reflektierte Strahlungsanteile Zonen am Förderweg des Trägermaterials zu bestrahlen, auf die keine Strahlung direkt von den Strahlungsquellen bzw. der Strahlungsquelle einfällt. Vorzugsweise wird ein für die Reflexion der nicht absorbierten Strahlungsanteile eingesetzter Reflektor gekühlt, insbesondere um die Emission längerwelliger Infrarotstrahlung zu minimieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere vorteilhaft an wendbar, wenn das Trägermaterial Papier ist, das mit einer För dergeschwindigkeit zwischen 2 und 25 m/s gefördert wird. In besonderer Ausgestaltung ist das Papier Zeitungspapier, das mit einer Fördergeschwindigkeit zwischen 10 und 20 m/s, insbeson dere mit etwas 15 m/s, gefördert wird, oder ist das Papier Thermo-Druckpapier, das mit einer Fördergeschwindigkeit zwi schen 2 und 10 m/s, insbesondere mit etwa 5 m/s gefördert wird.

Insbesondere im Fall von Thermo-Druckpapier als Trägermaterial wird die Temperatur des Trägermaterials auf einen Wert unter 70°C, insbesondere unter 50°C eingestellt und/oder geregelt. Auf diese Weise kann eine unerwünschte thermisch bedingte Ver änderung des Trägermaterials bzw. seiner Eigenschaften vermie den werden.

Vorzugsweise trifft der Transportgasstrom mit einer Geschwin digkeit zwischen 20 und 120 m/s auf die abzutransportierenden Teilchen der abgetrennten Feuchtkomponente und reißt diese Teilchen mit. Insbesondere beträgt die Geschwindigkeit beim Auftreffen zwischen 30 und 40 m/s. Durch eine ausreichend hohe Transportgasgeschwindigkeit, die beispielsweise in den ge nannten Bereichen liegt, wird eine trocknungsbehindernde Schicht von aus dem Trocknungsgut abgetrennten Feuchteteilchen zuverlässig aufgelöst und/oder von der Oberfläche des trocknungsgutes abgehoben, bzw. entsteht zumindest unmittelbar an der Oberfläche des Trocknungsgutes erst gar nicht. Gegenüber Versuchen, bei denen auf den erfindungsgemäßen Transportgas strom verzichtet wurde, sind dadurch um 70 bis 80% höhere Trocknungsraten beobachtet worden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Trocknen eines Trocknungs gutes an der Oberfläche eines schnell in Förderrichtung geförderten Trägermaterials, insbesondere zum Trocknen von Druckfarbenschichten auf schnell gefördertem Papier, weist folgendes auf:

- eine Strahlungsquelle zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung, wobei die Strahlungsquelle derart angeordnet ist, daß zumindest ein Teil der elektromagnetischen Strah lung in einer Trocknungszone am Förderweg des Trägermate rials auf das Trocknungsgut trifft, um eine Feuchtkompo nente, insbesondere ein Lösungsmittel, von dem Trocknungs gut abzutrennen,
- einen Transportgasanschluß zum Einleiten von Transportgas und
- eine sich zumindest in Teilen quer zur Förderrichtung erstreckende Transportgasführung (14), die derart ausgebildet und angeordnet ist, daß durch den Transportgasanschluß (12) eingeleitetes Transportgas in die Trocknungszone (T) geführt wird und messerartig an dem Trocknungsgut auftrifft, um die abgetrennte Feuchtkomponente (3) von dem Trocknungsgut (2) abzutransportieren.

Vorteile, die ebenso die erfindungsgemäße Vorrichtung betreffen, wurden bereits oben genannt.

Insbesondere ist der Transportgasanschluß ein Druckluftanschluß und weist die Transportgasführung einen sich quer zum Förderweg erstreckenden Druckluftverteiler auf, insbesondere ein Verteilerrohr, zum Verteilen von in den Druckluftanschluß einströmender Druckluft im wesentlichen über die gesamte Breite des Förderweges. Vorzugsweise reicht somit ein einziger Druckluftanschluß aus, um Druckluft einzuleiten, die über die gesamte Breite des Förderweges zum Abtransport der Feuchtkomponente aus dem Trocknungsgut dient.

Bevorzugtermaßen weist die Transportgasführung eine etwa ent lang dem Förderweg des Trocknungsgutes verlaufende Führungs fläche auf, deren Abstand zum Förderweg sich in Gasströmungs richtung verringert. Die Führungsfläche endet an einem durch sie und das Trocknungsgut definierten Gasdurchtrittsspalt. Durch den Spalt wird das Trocknungsgas in die Trocknungszone geführt.

Nach dem Durchtritt durch den Spalt kann das Trocknungsgas, je nach Ausgestaltung des Endes der Führungsfläche, Strömungswirbel bilden oder annähernd laminar in die Trocknungszone geführt werden. Strömungswirbel, insbesondere begünstigt durch ein scharfkantig abknickendes Ende der Führungsfläche, beschleunigen den Abtransport von Feuchteteilchen unmittelbar im Bereich hinter dem Spalt, verringern jedoch die Effizienz des Abtransports in größerer Entfernung hinter dem Spalt. Je nach Anwendung kann auf diese Weise die Transportgasströmung in der Trocknungszone optimal durch Formgestaltung des Endes der Führungsfläche eingestellt werden.

Besonders bevorzugt wird eine Ausgestaltung, bei der die Spalt breite des Gasdurchtrittsspaltes zwischen 2 und 15 mm, insbe sondere zwischen 5 und 10 mm beträgt. In Kombination mit einem flachen Auftreffwinkel des Transportgasstromes auf die abgetrennte Feuchtkomponente bzw. an der Oberfläche des Trocknungsgutes entsteht bei solch schmalem Gasdurchtrittsspalt insbesondere die messerartige Wirkung. Die abgetrennten Feuchteteilchen werden somit von der Oberfläche des Trocknungsgutes entfernt. Insbesondere bildet das Transportgas über die gesamte Länge der Trocknungszone in Förderrichtung oder entgegengesetzt der Förderrichtung eine strömende Trennschicht zwischen dem Trocknungsgut und bereits abgetrennten Feuchteteilchen. In bestimmter Ausgestaltung nimmt daher, zumindest in der Nähe des Gasdurchtrittsspaltes die Teilchendichte der Feuchteteilchen von der Oberfläche des Trocknungsgutes aus gesehen zunächst, im Strömungsbereich des Transportgasstromes ab und nimmt in größerer Entfernung von dem Trocknungsgut, noch im Transportgasstrom oder jenseits des Transportgasstromes wieder zu. In jedem Fall führt die messerartige Wirkung zu einer höheren Netto-Austrittsrate von Feuchteteilchen aus dem Trocknungsgut, d. h. sie verhindert eine nennenswerte Rückdiffusion der Feuchteteilchen in das Trocknungsgut. Die zuvor genannten Inhalte der Erfindung werden ausdrücklich auch als erfindungswesentlich für Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beansprucht.

Bevorzugt wird eine Ausgestaltung der Vorrichtung, bei der die Strahlungsquelle eine Glühlampe, insbesondere eine Halogen- Glühlampe ist. Halogen-Glühlampen können kostengünstig im Handel erworben werden. Ihre Emissionstemperatur ist durch Einstellen des Glühstromes auf verschiedene Anwendungen anpaß bar. Günstigerweise sind Lampenreflektoren bzw. Reflektoren im Bereich der Lampe vorgesehen, so daß die von der Lampe emi tierte Strahlung möglichst vollständig in der Trocknungszone einfällt. Durch Formgebung und Anordnung der Lampenreflektoren kann auch die räumliche Verteilung des Strahlungsflusses über die Trocknungszone eingestellt werden.

Vorzugsweise wird ein Reflektor zum Reflektieren von durch das Trägermaterial hindurchtretender, nicht absorbierter Strahlung vorgesehen, der auf der der Strahlungsquelle gegenüberliegenden Seite des Förderweges angeordnet ist. Insbesondere ist an dem Reflektor eine Wasserkühlung vorgesehen.

Um die Temperaturverhältnisse in der Trocknungszone und in För derrichtung hinter der Trocknungszone kontrollieren zu können, weist die Vorrichtung vorzugsweise einen Regelkreis zum Regeln der Temperatur des Trocknungsgutes und/oder der Temperatur der abgetrennten Feuchtkomponente und/oder der Temperatur des Trä germaterials auf. Der Regelkreis umfaßt ein Pyrometer zum Messen der zu regelnden Temperatur, ein Stromstellglied zum Einstellen des Glühstromes der Glühlampe und einen Stromregler, der das Stellglied in Abhängigkeit vom Temperaturmeßwert des Pyrometers betätigt, um den Glühstrom einzustellen.

Alternativ oder zusätzlich zu der Kombination aus Stromstell glied und Stromregler weist die Vorrichtung ein Abstandsstell glied zum Einstellen des Abstandes der Strahlungsquelle vom Förderweg des Trägermaterials und einen Abstandsregler auf, der das Stellglied in Abhängigkeit vom Temperaturmeßwert des Pyro meters betätigt, um den Abstand der Strahlungsquelle einzu stellen.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielhaft erläu tert. Sie ist jedoch nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Trägermaterial, das an seiner Oberfläche ein Trocknungsgut trägt,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Trock nungsvorrichtung in perspektivischer Darstellung.

Fig. 1 zeigt ein Trägermaterial, das aus Papier 1 besteht und an seiner Oberfläche eine Schicht feuchter Druckfarbe 2 trägt. Das Papier 1 wird in der gewählten Darstellung nach rechts transportiert, wie durch einen Pfeil in Transportrichtung R verdeutlicht ist. Auf die Druckfarbe 2 trifft Infrarotstrahlung 4, die teilweise von dem Lösungsmittel Wasser absorbiert wird, das in hohem Prozentsatz, beispielsweise 90%, in der Druckfarbe 2 enthalten ist. Es bildet sich somit in Förderrichtung in oder hinter der Zone, in der die Infrarotstrahlung 4 auftrifft, eine dünne Grenzschicht von Wasserdampf 3, die aus den aus der Druckfarbe 2 herausgeschlagenen Teilchen besteht. Der Wasserdampf 3 behindert die weitere Trocknung der Druckfarbe, wie durch den rechten, nach unten weisenden Pfeil schematisch angedeutet ist. Dabei spielen zumindest zwei Prozesse eine Rolle: Das dynamische Gleichgewicht zwischen in die Druckfarbe 2 eintretenden und aus dieser austretenden Wasserteilchen sowie die Absorption von Strahlung in der Wasserdampfschicht.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 8 zum Trocknen von feuchter, wasserhaltiger Druckfarbe 2 an der Oberfläche ei ner schnell geförderten Papierbahn 1, insbesondere einer be druckten Zeitungspapierbahn. Die Papierbahn 1 wird mit einer Geschwindigkeit von etwa 15 m/s gefördert. Wie aus dem Doppelpfeil in Förderrichtung R ersichtlich ist, kann das Pa pier entweder von rechts nach links oder von links nach rechts gefördert werden, wobei jedoch während eines bestimmten Trocknungsprozesses die Papierbahn nur in eine Richtung gefördert wird. Für die weitere Beschreibung sei angenommen, daß das Papier in der in Fig. 2 gewählten Darstellung von links nach rechts gefördert wird. Die Anordnung der Druckluftführung 14 wäre jedoch für den Fall, daß das Papier von rechts nach links gefördert würde, die gleiche. Gegenüber der Darstellung von Fig. 2 wäre lediglich ein Pyrometer 11 (Funktion wird unten beschrieben) in Förderrichtung hinter der Druckluftführung 14, d. h. links von dieser vorzusehen.

Entlang dem Förderweg der Papierbahn 1 liegt eine Trocknungs zone T, in der von Halogenlinienstrahlern 10 emittierte Strahlung auf die Druckfarbe 2 auftrifft, deren energiereichste Anteile im wesentlichen Infrarotstrahlung 4 sind. Insbesondere kann zwischen den Halogenlinienstrahlern 10 und dem Trocknungsgut ein nicht gezeigter Spektralfilter angeordnet sein.

Ein Teil der Infrarotstrahlung 4 wird, entsprechend dem Absorptionsgrad der Feuchtkomponente in der Druckfarbe 2 und entsprechend dem Absorptionsgrad der Papierbahn 1, nicht absorbiert, sondern durchtritt die Papierbahn 1 und trifft auf einen Infrarot-Reflektor 20, der unterhalb der Papierbahn 1 an geordnet ist. Wie durch einen Pfeil angedeutet ist, reflektiert der Infrarot-Reflektor 20 auf ihn auf auftreffende Infrarot strahlung, so daß diese reflektierte Strahlung 5 auf die Pa pierbahn 1 zurückgeworfen wird. Ein Teil der reflektierten Strahlung 5 erreicht das Trocknungsgut 2 und wird dort, haupt sächlich von den Wasserbestandteilen der Druckfarbe 2 absor biert.

Durch einen Druckluftanschluß 12 der Druckluftführung 14 wird Druckluft in ein sich über die gesamte Breite des Förderweges der Papierbahn 1 erstreckendes Verteilerrohr 15 zugeführt. Das Verteilerrohr 15 ist an der vorderen Stirnseite aufgeschnitten dargestellt, um sein Profil erkennbar zu machen. Tatsächlich ist das Verteilerrohr 15 jedoch seitlich geschlossen. Aus dem Verteilerrohr 15 tritt die Druckluft durch eine sich über die gesamte Breite des Förderweges erstreckende Austrittsöffnung 16 aus. Auf dem Weg dorthin wird die Druckluft zunächst entgegengesetzt zur Förderrichtung und dann etwa rechtwinklig abknickend durch einen Querführungsabschnitt in Richtung auf die Papierbahn 1 geleitet. In dem Querführungsabschnitt setzt eine Führungsfläche 17 an, die sich ebenfalls über die gesamte Breite des Förderweges erstreckt. Entlang der Führungsfläche 17 strömt die Luft durch einen Durchtrittsspalt 18 in die Trocknungszone T. Die Führungsfläche 17 und die Papierbahn 1 definieren einen sich in Druckluft-Strömungsrichtung verjüngenden Zwischenraum, in dem die Druckluft strömt. Die Führungsfläche 17 und die von der Umlenkrolle 7 kommende, in gerader Richtung geförderte Papierbahn 1 schließen einen Winkel α von etwa 10° miteinander ein. Die Spaltbreite des sich über die gesamte Breite des Förderweges erstreckenden Durchtrittsspaltes 18 beträgt etwa 7 mm. Die durch die Druckluftführung 14 zugeführte Luft strömt mit einer Geschwindigkeit von etwa 35 m/s durch den Durchtrittsspalt 18 in die Trocknungszone T. Über die gesamte Trocknungszone T verteilt werden Wasserdampfteilchen von dem Luftstrom D abtransportiert, die durch die Infrarotstrahlung 4 aus der Druckfarbe 2 herausgeschlagen worden sind. Strömungspfade des Luftstromes D sind durch zahlreiche leicht nach oben gerichtete, gekrümmte Pfeile in Fig. 2 dargestellt.

Auf eine Stelle des Förderweges der Papierbahn 1, die in Förderrichtung hinter der Trocknungszone T liegt, ist ein Pyrometer 11 gerichtet. Das Pyrometer 11 nimmt somit durch Strahlungsmessung die Temperatur der von der Papierbahn 11 getragenen Oberflächenschicht auf, die im wesentlichen aus bereits getrockneter Druckfarbe 2 besteht. Der Temperatur- Meßwert wird einem Regler (nicht gezeigt) zugeführt. Der Regler, beispielsweise ein PI- oder ein PID-Regler, gibt dar aufhin ein Regelsignal aus, das von zwei Stellgliedern empfangen werden kann. Ein Stromstellglied, das der kurzfristigen, reaktionsschnellen Anpassung des Glühstromes der Halogenlinienstrahler 10 dient, wird von dem Regler angesteuert, wenn eine meist geringfügige, reaktionsschnelle Anpassung der Strahlungsflußdichte erforderlich ist. Befindet sich der Temperatur-Meßwert des Pyrometers 11 am Rande eines vorgegebenen Regelbereiches, der durch die Stromregelung abdeckbar ist, wird ein Abstandsstellglied angesteuert, um den Abstand der Strahlungsquelle 10 vom Förderweg der Papierbahn 1 zu verändern. Diese im Vergleich zur Stromregelung langsame Abstandsregelung erweitert den Gesamtregelbereich, indem sie den relativ schmalen Stromregelbereich für einen großen Temperatur- bzw. Strahlungsflußdichte-Bereich nutzbar macht. Somit ist die kurzfristige Veränderung der Strahlungsflußdichte der in der Trocknungszone auftreffenden Strahlungsleistung und damit eine Regelung der Temperatur mit geringer Trägheit in dem gesamten Regelbereich der Abstandsregelung möglich.

Vorzugsweise wird in den Druckluftanschluß 12 Druckluft mit ge ringer Restfeuchte eingeleitet, die durch die anschließende Ex pansion in dem Verteilerrohr und/oder nach dem Ausströmen aus dem Verteilerrohr 15 abgekühlt wird. Es wird somit trockene, kalte Luft in die Trocknungszone T geleitet. Dies hat den Vor teil, daß einerseits der Abtransport der Feuchtkomponente aus der Trocknungszone T verbessert wird und andererseits die Tem peratur der Druckfarbe 2 und damit auch die Temperatur der Pa pierbahn 1 gering gehalten werden kann. Insbesondere ist es möglich, die Temperatur der Papierbahn 1 unter 50°C zu halten, wobei die Papierbahn 1 mit einer Fördergeschwindigkeit von etwa 5 m/s gefördert wird und die Luftgeschwindigkeit am Durchtrittsspalt 18 etwas 35 m/s beträgt. Die erfindungsgemäße Trocknungsvorrichtung kann insbesondere auch bei Vorrichtungen zum Erstellen blattartiger Druckerzeugnisse, beispielsweise Prospekt-, Zeitschriften- oder Zeichnungsblätter, eingesetzt werden, die das zu bedruckende Ausgangsmaterial mittels einer Unterdruck-Transporteinrichtung fördern. Weiterhin sind das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Vorteil bei Druckvorrichtungen einsetzbar, die individualisierte Druckerzeugnisse herstellen, beispielsweise Fahrscheine mit fortlaufenden Nummern oder aufeinanderfolgende Blätter oder Papierbahnabschnitte mit individuellem Bar-Code. Solche Anlagen verfügen häufig über Tintenstrahldrucker, insbesondere mit einer Druckauflösung von 240 dpi oder besser. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem Verfahren sind beispielsweise Druckleistungen von 54.000 DIN A4 Blättern pro Stunde möglich.

Bezugszeichenliste

1

Papierbahn

2

Druckfarbe

3

Wasserdampf

4

Infrarotstrahlung

5

reflektierte Strahlung

7

Umlenkrolle

8

Trockner

10

Halogenlinienstrahler

11

Pyrometer

12

Druckluftanschluß

14

Druckluftführung

15

Verteilerrohr

16

Austrittsöffnung

17

Führungsfläche

18

Durchtrittsspalt

20

Infrarot-Reflektor
DLuftstrom
RTransportrichtung
TTrocknungszone
αFührungsflächenwinkel

Claims

1. Verfahren zum Trocknen eines Trocknungsgutes (2) an der Oberfläche eines schnell in Förderrichtung geförderten Trägermaterials (1), insbesondere zum Trocknen von Druckfarbenschichten auf schnell gefördertem Papier, wobei

1. in einer Trocknungszone (T) durch auftreffende elek tromagnetische Strahlung eine Feuchtkomponente, ins besondere ein Lösungsmittel, von dem Trocknungsgut (2) abgetrennt wird und
2. die abgetrennte Feuchtkomponente (3) durch einen Transportgasstrom (D) aus der Trocknungszone (T) ab transportiert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß der Transportgasstrom (D) in einem quer zur För derrichtung verlaufenden Bereich aus einer Richtung in die Trocknungszone einströmt, die mit einer Ober flächennormalen des Trocknungsgutes (2) einen Winkel von 60 bis 90° einschließt, und messerartig an dem Trocknungsgut auftrifft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Gastemperatur des Transportgasstromes (D), zu mindest vor dem Auftreffen auf die Feuchtkomponente, nied riger als die Temperatur des Trocknungsgutes (2) ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei der Transportgasstrom (D) aus expandierter Druckluft gebildet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die auftreffende elektromagnetische Strahlung (4) ein spektrales Intensitätsmaximum hat, das im nahen Infra rot liegt, insbesondere im Wellenlängenbereich von 0,8-2,0 µm.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Transportgasstrom (D) nach dem Verlassen der Trocknungszone (T) zu der Strahlungsquelle (10) der elek tromagnetischen Strahlung strömt, um diese zu kühlen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Temperatur des getrockneten Trocknungsgutes (2) und/oder die Temperatur der abgetrennten Feuchtkomponente (3) und/oder die Temperatur des Trägermaterials durch Ein stellen der Strahlungsflußdichte der in der Trocknungszone (T) auftreffenden elektromagnetischen Strahlung (4) gere gelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die zu regelnde Temperatur mittels eines Pyrometers (11) gemessen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei als Strahlungs quelle (10) für die elektromagnetische Strahlung eine elektrische Glühlampe, insbesondere eine Halogenlampe, verwendet wird und wobei zum Einstellen der Strahlungs flußdichte der Glühstrom der Glühlampe eingestellt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei zum Ein stellen der Strahlungsflußdichte der Abstand der Strah lungsquelle (10) von der Trocknungszone (T) eingestellt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei durch das Trocknungsgut (2) hindurchtretende, nicht absorbierte Strahlungsanteile (5) der elektromagnetischen Strahlung (4) auf das Trocknungsgut zurückreflektiert werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Trägermaterial (1) Papier ist, das mit einer Förderge schwindigkeit zwischen 2 und 25 m/s gefördert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Papier Zeitungspa pier ist, das mit einer Fördergeschwindigkeit zwischen 10 und 20 m/s, insbesondere mit etwa 15 m/s, gefördert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Papier Thermo-Druck papier ist, das mit einer Fördergeschwindigkeit zwischen 2 und 10 m/s, insbesondere mit etwa 5 m/s, gefördert wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Temperatur des Trägermaterials (1), insbesondere des Thermo-Druckpapiers, auf einen Wert unter 70°C, insbeson dere unter 50°C, eingestellt und/oder geregelt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Transportgasstrom (D) mit einer Geschwindigkeit zwischen 20 und 120 m/s auf die abzutransportierenden Teilchen der abgetrennten Feuchtkomponente (3) trifft und diese mitreißt, insbesondere mit einer Geschwindigkeit von 30 bis 40 m/s auftrifft.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Transportgasstrom (D) derart unmittelbar an der Oberfläche des Trocknungsgutes (2) auftrifft, daß eine durch die abgetrennte Feuchtkomponente (3) gebildete Oberflächenschicht messerartig von dem Trocknungsgut abgehoben wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-16, wobei der Winkel, den die Richtung des einströmenden Transportgasstromes (D) mit der Oberflächennormalen des Trocknungsgutes (2) einschließt, etwa 80° beträgt.

18. Vorrichtung (8) zum Trocknen eines Trocknungsgutes (2) an der Oberfläche eines schnell in Förderrichtung geförderten Trägermaterials (1), insbesondere zum Trocknen von Druck farbenschichten auf schnell gefördertem Papier, mit

1. einer Strahlungsquelle (10) zum Erzeugen elektroma gnetischer Strahlung (4), wobei die Strahlungsquelle (10) derart angeordnet ist, daß zumindest ein Teil der elektromagnetischen Strahlung (4) in einer Trock nungszone (T) am Förderweg des Trägermaterials (1) auf das Trocknungsgut (2) trifft, um eine Feuchtkom ponente (3), insbesondere ein Lösungsmittel, von dem Trocknungsgut (2) abzutrennen,
2. einem Transportgasanschluß (12) zum Einleiten von Transportgas und
3. einer sich zumindest in Teilen quer zur Förderrich tung erstreckenden Transportgasführung (14), die derart ausgebildet und angeordnet ist, daß durch den Transportgasanschluß (12) eingeleitetes Transportgas in die Trocknungszone (T) geführt wird und messerar tig an dem Trocknungsgut auftrifft, um die abgetrenn te Feuchtkomponente (3) von dem Trocknungsgut (2) abzutransportieren,

wobei die Transportgasführung (14) eine etwa entlang dem Förderweg des Trocknungsgutes verlaufende Führungsfläche (17) aufweist, deren Abstand zum Förderweg sich in Gasströmungsrichtung verringert und an einem durch die Führungsfläche (17) und das Trocknungsgut (2) definierten Gasdurchtrittsspalt (18) endet.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Transportgasan schluß (12) ein Druckluftanschluß ist und wobei die Trans portgasführung (14) einen sich quer zum Förderweg er streckenden Druckluftverteiler (15), insbesondere ein Ver teilerrohr, zum Verteilen von in den Druckluftanschluß (12) einströmender Druckluft im wesentlichen über die ge samte Breite des Förderweges aufweist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Druckluftverteiler (15) eine sich im wesentlichen über die gesamte Breite des Förderweges erstreckende Austrittsöffnung (16) für in die Trocknungszone (T) zu führende Druckluft hat.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei die Spaltbreite des Gasdurchtrittsspaltes (18) zwi schen 2 und 15 mm, insbesondere zwischen 5 und 10 mm be trägt.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei die Strahlungsquelle (10) eine Glühlampe, insbeson dere eine Halogen-Glühlampe, ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, mit einem Regelkreis zum Regeln der Temperatur des Trock nungsgutes (2) und/oder der Temperatur der abgetrennten Feuchtkomponente (3) und/oder der Temperatur des Trägerma terials (1), der folgendes aufweist:

1. ein Pyrometer (11) zum Messen der zu regelnden Tempe ratur,
2. ein Stromstellglied zum Einstellen des Glühstromes der Glühlampe und
3. einen Stromregler, der das Stellglied in Abhängigkeit vom Temperaturmeßwert des Pyrometers (11) betätigt, um den Glühstrom einzustellen.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, mit einem Regelkreis zum Regeln der Temperatur des Trock nungsgutes (2) und/oder der Temperatur der abgetrennten Feuchtkomponente (3) und/oder der Temperatur des Trägerma terials (1), der folgendes aufweist:

1. ein Pyrometer (11) zum Messen der zu regelnden Tempe ratur,
2. ein Abstandsstellglied zum Einstellen des Abstandes der Strahlungsquelle (10) vom Förderweg des Trägerma terials (1) und
3. einen Abstandsregler, der das Stellglied in Abhängig keit vom Temperaturmeßwert des Pyrometers (11) betä tigt, um den Abstand der Strahlungsquelle einzu stellen.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 24, mit einem, insbesondere wassergekühlten, Reflektor (20) zum Reflektieren von durch das Trägermaterial (1) hin durchtretender, nicht absorbierter Strahlung, wobei der Reflektor (20) auf der der Strahlungsquelle (10) gegen überliegenden Seite des Förderweges angeordnet ist.