DE2458935A1

DE2458935A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen und regeln der geschwindigkeit von druckund auftragsmaschinen

Info

Publication number: DE2458935A1
Application number: DE19742458935
Authority: DE
Inventors: Bernard Kurtz
Original assignee: Ateliers de Constructions Mecaniques C&A Holweg SA
Current assignee: Ateliers de Constructions Mecaniques C&A Holweg SA
Priority date: 1973-12-13
Filing date: 1974-12-12
Publication date: 1975-06-26
Also published as: FR2254436A1; GB1469678A; IT1023943B; FR2254436B1

Description

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Los Ateliers de Constructions Mecariiques C. & A. HOLWEG, S.A. 42, rue Jacques Kable, STRASBOURG (Bas-Rhin, Frankreich)

Verfahren und Vorrichtung zum Messen und Regeln der Geschwindigkeit von Druck- und Auftragsrnaschinen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mess- und Regeiverfah'reri füf die Betriebsgeschwindigkeit von Druck- und Auf tragsmäseh'irieri in Bezug auf den Endzustand der erwünschten Trocknung. Dieses Regeln garantiert in bestimmten" Äüsfühfungsfäileh das optiniäle energetische Funktionieren der TrOcknungstunnelri in welchen das Ausscheiden der trägerideh Flüssigkeiten¹ erfolgt, die zum Anfrringeri der Auftragsprodukte oder der" Druckfärben auf dWm Bäfvd hetiutzt werden.

Die Erfindung¹ betrifft ebenfalls eine' Vorrichtüäfg Anxveridung dieses Verfahrens.

Im nachfolgenden Text wird das Wort Beschichten unterschiedslos für Beschichtungs-, Gautsch- oder Druckvorgänge benutzt, sowie im allgemeinen für alle Vorgänge, bei welchen eine Materialbahn ein Produkt empfängt oder trägt, das ein Trocknungsvorgang erfordert.

In bekannter Weise erfolgt das Anbringen eines Auftragsproduktes durch verschiedenartige Maschinen oder Apparate, wie z.B. durch Druckmaschinen, Beschichtungs- oder Gautschköpfe. Das Auftragsprodukt ist eine Flüssigkeit von mehr oder weniger starker Viskosität, die aus Trockenauszügen besteht, wie z.B. aus Pigmenten, Harzen, Wachs oder analogen Bestandteilen, sowie aus einer tragenden Flüssigkeit, die Lösemittel genannt wird.

Nach dem Anbringen des Auftragsproduktes auf dem Band muss das Lösemittel ausgeschieden und abgeführt werden, um schliesslich ein trockenes Auftragsprodukt zu erhalten. Dieser Vorgang erfordert obligatorisch einen Trocknungstunnel, in welchem die Zwangsverdampfung" des Lösemittels durch Luft die erwärmt wird in einem Wärmeaustauscher und die auf die Matefiälbahri geblasen wird, geschehtw

Die Verarbeitungsindustrie/ die sich mit dem Beschienteil von Verpackungsmaterial für die NahrungsmitteixnWüstrie befasst, sieht sich zunehmend vor ProMeinen der Hygiene und der Verschmutzung^ die sich aus eventueiierr^; festen von: Lösemitteln ergeben, die im bescfrichteieri Material tiaeft dem Tfockhungsvorgang' übrigbleiben;

fes kommt häufig vor, dass das besehich'tete Bafid als trocKeni beträchtet wird, während hoch Spüren des Lösemittels vorhanden sind, die Über einer bestimmten Schwelle giftig' für den Verbrauch oder verschmutzend für das darin verpackte Nahrungsmittel sind.

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Bezüglich des benutzten Lösemittels fordert die Gesetzgebung, dass bestimmte Restwerte nicht überschritten werden. Die restlichen Rückhaltwerte sind äusserst gering und betragen in den meisten Fällen nur einige Milligramm pro Quadratmeter des beschichteten Bandes.

Es existieren Analysevorrichtungen, die es durch Untersuchung einer beschichteten und trockenen Probe ermöglichen, den Gehalt an restlichen Lösemitteln einer Fabrikation zu ermitteln.

Diese bekannten Vorrichtungen basieren auf dem Prinzip der Chromatographie oder der Spektralphotometrie. Sie erfordern das Entnehmen einer beschichteten und trockenen Analyseprobe auf der Maschine, um sie einer getrennten Untersuchung im Laboratorium zu unterziehen. Diese Entnahme von Analyseproben während der Produktion ist z.B. auf Rotationsmaschinen ein äusserst heikler Vorgang, und da die separate Analyse eine gewisse Zeit beansprucht, kann die Qualität der Produktion im AugenüLick der Entnahme nicht erkannt werden, was zwangsläufig zu einem Zeitverlust oder zu einem Verlust in Form von Abfällen führt, falls die Qualität den vorgeschriebenen Normen nicht entspricht.

Mit diesen Vorrichtungen ist es auf jeden Fall unmöglich, die Qualität kontinuierlich zu überwachen, obwohl eine solche Kontrolle infolge der in der Fabrikation eintretenden Variation der verschiedenen Parameter nötig wäre, wie z.B. das Wechseln der Viskosität des Auftragsproduktes, der Produktionsgeschwindigkeit, der Trocknungsbedingungen, usw. Andererseits gestatten diese Vorrichtungen keinerlei genaue und augenblickliche Anpassung der Produktionsgeschwindigkeit und der Betriebsdaten des Trocknungstunnels in Bezug auf den zulässigen Maximalgehalt von restlichen Lösemitteln.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Beseitigung der

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Nachteile der existierenden Vorrichtungen und das Ermöglichen der kontinuierlichen Prüfung der Qualität des Auftragsproduktes.

Entsprechend der Erfindung sind die Auftragsmaschinen oder Apparate hierzu mit einer Vorrichtung ausgerüstet, die aus einem Messgerät besteht, das sich auf dem Prinzip des Spektralphotometers mit infraroten, ultravioletten oder anderen Strahlen aufbaut und die ständige Kontrolle der restlichen Lösemittel ermöglicht, die nach dem Trocknungsvorgang in der Beschichtung zurückgehalten werden. Das Prinzip dieses an sich bekannten Gerätes besteht darin, ein weitgehendes Spektrum von ultravioletten, infraroten oder anderen Strahlen auf ein Produkt auszustrahlen, die Absorption von gewissen Wellenlängen durch Transparenz oder Reflektierung zu prüfen und die chemische Zusammensetzung des aufgetragenen Produktes durch quantitative und qualitative Analyse zu ermitteln.

Die auf dem Markt bekannten Spektralphotometer sind Laboratoriumsgeräte für die Analyse und Erforschung des Produktes über das gesamte Spektrum der emittierten Strahlen. Diese Analyse erfordert eine gewisse Untersuchungszeit und unterrichtet über die gesamte chemische Zusammensetzung des analysierten Produktes.

Entsprechend eines Merkmales der Erfindung basiert das Prüfverfahren darauf, dass im Benutzungsfall eines solchen Analysators zum kontinuierlichen Prüfen der restlichen Lösemittel in den Beschichtungen nach dem Trocknungsvorgang die Gesamtuntersuchung des gestrahlten Spektrums von keinerlei Interesse ist, da es genügt, eine quantitative Analyse der Wellenlängen vorzunehmen, die der chemiechen Zusammensetzung des oder der benutzten Lösemittel entsprechen.

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Gemäss der Erfindung wird von dem für die permanente Prüfung der restlichen Lösemittel benutzten Gerät nur die Analyse von bestimmten, im voraus eingestellten Wellenlängen vorgenommen. Die spezifische Analyse kann somit sehr kurzzeitig erfolgen und sie beschrankt sich auf die quantitativen Werte der vorher gewählten und eingestellten Wellenlängen.

Ein solches Gerät analysiert ständig ein ablaufendes Band und gibt für eine sehr kurze Integrationszeit kontinuierlich den quantitativen Durchschnittswert der vom Auftragsprodukt nach dem Trocknen zurückbehaltenen Lösemitteln.

Die vorliegende Erfindung bezweckt jedoch nicht nur die Schaffung eines Messverfahrens und einer Messvorrichtung, sondern auch deren Anwendung zur Geschwindigkeitssteuerung der Auftragsmaschinen und -Geräte in der Weise, dass die Binstellvierte der restlichen Lösemittel während der Fabrikationsvorgänge niemals überschritten werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen :

Figur 1 schematisch eine Analysevorrichtung der restlichen Lösemittel für das Regeln der Produktionsgeschwindigkeit einer Auftragprotationsmaschinc.

Figur 2 die Vorrichtung der Figur 1, die durch ein System vervollständigt ist, welches auf einen oder mehrere Parameter einwirkt, die das Gesetz der Trocknungsgeschwindigkeit in einem Trocknungstunnel bestimmen, und Figur 3 eine Variante der Figur 1, wo die Aktion auf die das Gesetz der Trockungsgeschwindigkeit bestimmenden Parameter mittels eines Datenverarbeitungsgerätes erfolgt, welches das energetische Funktionieren des Trocknungstunnels optimalisiert.

Gemäss der Erfindung und der Figur 1, besteht die Analyse-

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vorrichtung der restlichen Lösemittel im wesentlichen aus dem Analysatorkopf 5 mit kontinuierlicher Strahlung 6 durch den Empfänger 7 zur Aufnahme der Strahlung, die das analysierte Produkt reflektiert oder dasselbe durchfiltert, mittels des Analysators 8, für die ständige Angabe der quantitativen uurchschnittsxverte der vom Auftragsprodukt zurückgehaltenen Lösemittel durch den Komparator 11, der die gemessenen Durchschnittswerte mit den zulässigen Höchstwerten vergleicht, und zwar durch ein Geschwindigkeitsregelsystem, das aus einer Geschwindigkeitseinstellvorrichtung 15, einem Regler 14a und einem ihn gegebenenfalls steuernden Drehzahlgeber 16 besteht ; die Gesamtheit wirkt auf den Antriebsmotor 14.

Gemäss der Erfindung funktioniert die Analysevorrichtung wie folgt :

Das Band 2, das in einem Rotationskopf 3 mit einem Beschichtungselement 1 beschichtet wird, bewegt sich in den Trocknungstunnel 4 zur Zwangsverdampfung der Lösemittel»

Am Ausgang des Trocknungstunnels 4 emittiert ein Analysatorkopf 5 eine kontinuierliche Strahlung 6 auf das Band 2, Ein Empfänger 7 nimmt die Strahlung auf, wovon gewisse Wellenlängen vom Produkt absorbiert wurden,und sendet sie zum Analysator 8, an welchem vorher bei 9 die Wellenlängen a, b, c, bis χ eingestellt wurden, die den zu analysierenden Lösemitteln entsprechen. Der Ausgang 10 des Analysators gibt ständig die quantitativen Durchschnittswerte des oder der Lösemittel an, die vom Auftragprodukt zurückbehalten werden. Die am Messgerät 13 ablesbaren Werte gelangen in den Komparator 11, der die effektiven Durchschnittswerte a, b, c, ... χ mit den am ablaufenden Band gemessenen, zulässigen, in 12 voreingestellten Höchstwerten A, B, C, ...X ständig vergleicht .

Das Komparator-Ausgangssignal gibt zu jedem Moment eine

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Information über die Qualität des getrockneten Auftrags und ermöglicht das manuelle Regeln der Produktionsgeschwindigkeit der Rotationsmaschine durch die Einstellvorrichtung 15.

Das Signal kann ebenfalls zum automatischen Steuern und Überwachen der Betriebsgeschwindigkeit der Rotationsmaschine mittels des Drehzahlreglers 14a durch Einwirken auf den Antriebsmotor mit veränderlicher Drehzahl 14.

Die gewünschte nominale Betriebsdrehzahl wird auf der Vorrichtung 15 voreingestellt, die die Information auf den Drehzahlregler 14a überträgt ; in welchem der Vergleich mit der vom Drehzahlgeber 16 gegebenen Information der effektiven Maschinengeschwindigkeit, sowie mit der vom Komparator 11 kommenden Information über die Trocknungsqualität erfolgt.

Solange der in 12 voreingestellte Wert der restlichen Lösemittel A, B, G, ... X und die in 15 voreingestellte Geschwindigkeit nicht erreicht wird, erhöht der Regler 14a automatisch die Geschwindigkeit der Rotationsmaschine.

Ab Erscheinen eines Signales von Gleichheit oder von Missverhältnis am Ausgang des !Comparators 11 bewirkt der Drehzahlregler 14a augenblicklich ein Begrenzen der Geschwindigkeit bis zum Erhalten eines Gleichheitssignales am Ausgang des !Comparators 11, damit der Lösemittel-Restgehalt im Bandauftrag nach.dem Trocknen den in 12 eingestellten, zulässigen Höchstwert nicht überschreitet.

Andererseits saugt ein Elektroventilator in den Trocknungstunnels die vom Austauscher vorher erwärmte Luft an und bläst sie durch Düsen mit bestimmter Geschwindigkeit auf das zu trocknende Auftragsprodukt.

Ein Teil der zur Zwangsverdampfung der im Auftragsprodukt enthaltenen Lösemittel benutzten Blasluft wird ausgestossen_o

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Der veränderliche zusätzliche Teil kann mit der frischen Ansaugluft des Ventilators umgewälzt werden und zum Trocknen dienen. Dieser Umwälzvorgang bezweckt ein Begrenzen der Heizleistung des Wärmeaustauschers durch Einschränkung des zu erwärmenden Frischluftvolumens. Die hierdurch asalisierte Kalorienersparnis ist jedoch dadurch begrenzt, dass die bereits zum Trocknen benutzte Umwälzluft mit verdampften Lösemittel durchsetzt ist, was bei ihrer Wiederbenutzung die Verdampfungskapazität, d.h. die Trocknungsgeschxvxndigkext einschränkt.

Wie es die Figur 2 zeigt, ist es hierzu möglich, die Mess- und Regelvorrichtung der Figur 1 <iurch eine Zusatzeinrichtung zu vervollständigen, die einen oder mehrere Parameter des Trocknungsgeschwindigkeitsgesetzes beeinflussen und ein optimales energetisches Funktionieren des Trocknungstunnels zulassen kann.

Diese zusätzliche Mess- und Regelvorrichtung besteht aus einem Komparator 17, einem Verstärker 18 und aus den Reglern 19, 20 und 21.

Das von der Vorrichtung 15 abgegebene Einstellsignal der nominalen Betriebsgeschwindigkeit wird auf den Komparator übertragen, in welchem der Vergleich mit dem vom Drehzahlgeber 16 gelieferten Signal der effektiven Betriebsgeschwindigkeit erfolgt. Das Ausgangssignal des Komparators 17 gibt die Information der eventuellen Ungleichheit der zwei verglichenen Werte und überträgt sie auf den Verstärker 18, in welchem sie mit dem Ausgangssignal des Komparators 11 des Analysators der restlichen Lösemittel ständig verglichen wird.

Die Verarbeitung der von den Komparatoren 11 und 17 in den Verstärker 18 abgegebenen Daten ermöglicht mittels der Regler 19, 20, 21 die zyklische Einwirkung auf einen oder mehrere Parameter (Temperatur, Umwälzgeschwindigkeit der Trockenluft),

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welche das Geschwindigkeitsgesetz der Tunneltrocknung bestimmen, um das energetische Funktionieren des Trocknungstunnels den Einstellungen der Produktionsgeschwindigkeit undder maximal zulässigen Lösemittelrestwerte anzupassen.

Die in 'Figur 3 dargestellte Vorrichtung ist eine Variante von jener der Figur 2 ; sie besteht aussei den Bestandteilen der Figur 2 aus einem Datenverarbeitungsgerät 22 und aus den Reglern 24, 25 und 26.

Für einen gegebenen Trocknungstunnel und für gegebene Lösemittel oder Lösemittelmischungen ermöglichen die theoretischen Berechnungen und die experimentellen Datenerfassungen das genügend gute Erkennen der Trocknungsgeschwindigkeitsgesetze in Bezug auf die Luftgeschwindigkeit am Ausgang der Blasdüsen, und den Wert der Umwälzung und der Temperatur der Luft.

Für eine gegebene Lösemittelkomposition G = f (V, T, R) Gleichung, in welcher G = Trocknungsgeschxvindigkeit

f (V , T, R)= Funktion der Luftgeschwindigkeit V, der Temperatur T und des Umwälzwertes R,

ist es einfach, auf die drei Parameter einzuwirken, die das Gesetz.der Trocknungsgeschwindigkeit bestimmen, um dieses zu modifizieren und den Betriebsbedingungen einer Rotationsmaschine anzupassen. Der Vorteil dieser Vorrichtung liegt darin, dass die vorgenommenen Korrekturen an den Parametern V,. T und R, die das Trocknungsgeschwindigkeitsgesetz einer gegebenen Beschichtung in einem gegebenen Trocknungstunnel bestimmen, mittels-eines Datenverarbeitungsgerätes 22 erfolgen und eine optimale energetische Leistung des Trocknungstunnels ermöglichen.

Einer Trocknungsgeschwindigkeit G = f (V, T, R)- entsprechen nämlich die Werte der Parameter V, T und R, die eine minimale

Energiezugabe zum Einsatz .bringen, uiii im Trocknungstunnel

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den Wert G zu erhalten. Es ist praktisch nicht möglich, im Dauerbetrieb diese Parameterwerte zu bestimmen und sie dem Wert G anzupassen, der für eine gegebene Produktionsgeschwindigkeit einer Trocknung entspricht, die konform mit den zulässigen, voreingestellten Lösemittel-Restwerten ist, ohne ein üatenverarbeitungsgerät 22 zu verwenden.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 18 gibt somit die Angaben über die Betriebsgeschwindigkeit der Rotationsmaschine im Verhältnis zur voreingestellten maximalen Geschwindigkeit, sowie über den Trocknungszustand des bedruckten und getrockneten Bandes im Verhältnis zum in 17 voreingestellten, zulässigen Maximalwert, und wird zum Datenverarbeitungsgerät 22 gesandt.

Entsprechend diesem Signal IB, sowie der eventuell zu berücksichtigenden Parameter 23, wie z.B. die Art der Lösemittel, die minimalen und maximalen Daten der Temperatur, der Geschwindigkeit und der Umwälzung der Luft versichert das üatenverarbeitungsgerät 22 in permanenter Weise die Korrektur der Funktion G = f (V, T, R), um die Trocknungsgeschwindigkeit G den Einstellungen der Produktionsgeschwindigkeit und den zulässigen Lösemittel-Restwerten anzupassen und dadurch ein optimales energetisches Funktionieren des Trocknungstunnels zu gewährleisten.

Die Korrekturen der Temperatur T, der Luftdurchsatzmenge V und des Umwälzwertes R erfolgen mittels der Regler 24, 25 und 26 durch jeweiliges Einwirken auf den Wärmeaustauscher 27, auf die Motordrehzahl des Ventilators 28 und auf die Umwälzluft-Einlassklappe 29.

Die in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellten Vorrichtungen sind ebenfalls auf Rotationsmaschinen verwendbar, die mehrere aufeinanderfolgende Beschicht- und Trocknungsarbeitsgänge ausführen.

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In diesen Fällen erfolgt das Messen der ^erte der restlichen Lösemittel nach jedem Trocknungsvorgang. Man benutzt hierzu entweder eine komplette Analysiervorrichtung für jeden Messvorgang, oder eine zentrale Analysiervorrichtung, die zyklisch mit den verschiedenen Ableseköpfen zusammengeschaltet ist. Gleichgültig welche Vorrichtung benutzt wird, kann man beliebig das Messen mit einer Regelung der Betriebsparameter des Trocknungstunnels vereinigen, wie es den Erklärungen entspricht, die für die Figuren 2 und 3 gegeben wurden.

Das Regeln der den Beschichtungsköpfen gemeinsamen Geschwindigkeit erfolgt durch einen Analysator oder einen prioritären Wiedergabekopf, der in den meisten Fällen einer von jenen ist, die das Messen nach dem letzten Trocknungsvorgang in der Beschichtungsmaschine vornehmen.

Die vorliegende Erfindung kommt im besonderen auf dem Gebiete der Bedruckung und der. Beschichtung zur Anwendung.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es sind im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens verschiedene Lösungen möglich.

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Claims

1. Mess- und Regelverfahren der Geschwindigkeit von Druck- und Beschichtungsmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht quantitativ und kontinuierlich die den benutzten Lösemittel entsprechenden Wellenlängen zu analysieren, die auf dem ablaufenden Band nach dem Trocknen gemessenen effektiven Durchschnittsxverte mit den voreingestellten, zulässigen Maximalwerten zu vergleichen, und ein Signal zu senden, das ermöglicht, die Produktionsgeschwindigkeit der Rotationsmaschine einzustellen, indem eine Einstellvorrichtung der Maschine entweder von Hand aus oder automatisch betätigt wird.

2. Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie im wesentlichen aus einem Analysatorkopf mit kontinuierlicher Ausstrahlung, einem Empfänger zur Aufnahme der Strahlung, die das zu analysierende Produkt reflektiert oder dasselbe durchfiltert, einem Analysator mit ständiger Angabe der quantitativen Durchschnittswerte des oder der Lösemittel, die das .Auftragsprodukt zurückbehält, einem Komparator zum Vergleichen des gemessenen Durchschnittswertes mit den zulässigen Maximalwerten, und einer Vorrichtung zur manuellen oder automatischen Geschwindigkeitsregelung besteht.

3. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ermöglicht, ein optimales energetisches Funktionieren des Trocknungstunnels durch Einwirkung auf einen oder mehrere Parameter zu erhalten, die das Gesetz der Trocknungsgeschwindigkeit bestimmen, wie z.B. die Temperatur, die Geschwindigkeit oder die Menge der umgewälzten Luft.

4. Vorrichtung gemäss Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zusätzliche Mess- und Regeleinrichtung enthält, die aus einem Komparator zum Vergleichen des Einstellsignals der nominalen Betriebsgeschwindigkeit mit dem Signal der effektiven Betriebsgeschwindigkeit, aus

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einem Verstärker zum Vergleichen der Information des !Comparators mit dem Ausgangssignal des Analysator-Komparators
der restlichen Lösemittel, sowie aus Reglern zum zyklischen Einwirken auf einen oder mehrere Parameter, die das Gesetz
der Trocknungsgeschwindxgkeit bestimmen, zusammengesetzt ist.

5. Verfahren gemäss Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass es erlaubt ein optimales energetisches Funktionieren
des Trocknungstunnels durch Einwirkung auf die Parameter zu erhalten, die das Gesetz der Trocknungsgeschwindxgkeit
bestimmen, indem ein Datenverarbeitungsgerät angexvandt wird.

6. Vorrichtung gemäss Ansprüche 1 bis,5, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Datenverarbeitungsgerät enthält, das die Angaben über die Betriebsgeschwindigkeit der Rotationsmaschine
im Verhältnis zur voreingestellten Maximälgeschxvindigkeit,
sowie die Angaben über den Trocknungszustand des bedruckten und getrockneten Bandes im Verhältnis zum voreingestellten, zulassigen Maximalwert registriert, wobei dieses Datenverarbeitungsgerät in permanenter Weise das Korrigieren der
Parameter, die das ^üesetz der Trocknungsgeschwindigkeit
bestimmen, sicherstellt um dieselben den Einstellungen der
Produktionsgeschwindigkeit und den zulässigen Werten der
restlichen Lösemittel anzupassen.

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