DE4317400C2 - Vorrichtung zum Trocknen von bedruckten Materialbahnen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Trocknen von bedruckten Materialbahnen, insbesondere im Rollenoffsetdruck oder Flexodruck bedruckten Materialbahnen, mit mehreren von der Materialbahn passierten Umlenkkörpern, die zueinander versetzt in wenigstens zwei verschiedenen Ebenen angeordnet sind und der Materialbahn einen meanderförmigen Verlauf mit zwischen den Umlenkkörpern parallelen oder im Wechsel entgegen­ gesetzt geneigten Trumen erteilen, wobei eine Heizeinrichtung und eine Blaseinrichtung zur Ausbildung eines Luftkissens zwischen der Materialbahn und je dem Umlenkkörper sowie zur Erzeugung einer Luftströmung über die Oberfläche der Materialbahn vor­ gesehen sind.

Eine derartige Trocknungsvorrichtung mit meanderförmiger Bahn­ führung ist aus der DE-PS 5 42 698 bekannt.

Speziell beim Rollen-Offsetdruck im Bereich Akzidenz bzw. Illu­ strationsdruck wird die Materialbahn mit sogenannten Heatset- Farben bedruckt, und üblicherweise durch einen Heißluft-Schwebe­ trockner geführt, in dem die Lösungsmittel entfernt werden. Der Schwebetrockner weist eine obere und eine untere Düsenbalken­ ebene auf, aus denen heiße Trocknungsluft gegen die Materialbahn geblasen wird, die zwischen den beiden Düsenbalkenreihen durchläuft. Die Düsenbalken in den beiden Ebenen sind zu­ einander versetzt angeordnet, so daß die von entgegengesetzten Seiten bzw. von oben und unten angeblasene Materialbahn im Bereich des Schwebetrockners einer leicht gewellten Bahn folgt. Der Nachteil eines solchen Schwebetrockners mit Düsenbalken liegt darin, daß sich wegen der im wesentlichen geraden Bahn­ führung und der langen Trocknungsstrecke, die auch bei hoher Bahngeschwindigkeit für eine ausreichende Trocknungsleistung erforderlich ist, ein langgestreckter Trockner ergibt. Dement­ sprechend weisen die bekannten Schwebetrockner Baulängen bis zu 15 m und mehr auf.

Demgegenüber führt die aus der eingangs beschriebenen Vor­ richtung bekannte meanderförmige Bahnführung zu einer vergleichsweise langen Trocknungsstrecke bei kompakter Ausbildung des Trockners mit vergleichsweise geringem Grundflächenbedarf. Hier besteht jedoch die Gefahr, daß es in den Umlenkbereichen zu einer Verwischung der noch nicht fertig getrockneten Bedruckung und damit zu Qualitätseinbußen kommt. Zwar wird bei der bekannten Vorrichtung mit Luftkissen zwischen der Materialbahn und den als rotierende massive Walzen ausgeführten Umlenkkörpern gearbeitet, diese Luftkissen sind jedoch nur im Bereich von eingezogenen bzw. vertieften Walzenabschnitten vorhanden, die durch zwischenliegende Scheibenabschnitte von größerem Durchmesser voneinander getrennt sind. Im Bereich dieser Scheibenabschnitte, die auch dem Vorschub der Papierbahn dienen, kommt es jedoch zur Anlage der bedruckten Papierbahn. Das wird durch die Blaseinrichtungen nicht verhindert, die jeweils einer Umlenkwalze zugeordnet und außerhalb des Umschlingungswinkels zwischen dem Zulauftrum und dem Ablauftrum nahe der Walze angeordnet sind und Luft in die durch die Materialbahn abgedeckten Walzenvertiefungen blasen.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kompakte Trocknungsvorrichtung zu schaffen, die einen geringen Grundflächenbedarf und eine hohe Trocknungsleistung aufweist und dabei Qualitätseinbußen des bedruckten Erzeugnisses vermeidet.

Diese Aufgabe wird mit der eingangs beschriebenen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Umlenkkörper hohl und drehfest ausgeführt sind, daß die Umlenkkörper im von der Materialbahn überdeckten Umschlingungsbereich eine glatte bogenförmige Außen­ kontur mit Ausblasöffnungen aufweisen und daß in die hohlen Umlenkkörper eingeleitete Heißluft aus den Ausblasöffnungen austritt und das Luftkissen zur Schwebeführung der Materialbahn um je den Umlenkkörper bildet.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung gewährleisten die Bahnumlenkungen eine vergleichsweise lange Trocknungsstrecke mit ggf. dicht benachbarten Trumen, was einerseits zu einer kompakten Vorrichtung mit vergleichsweise geringem Grund­ flächenbedarf führt und andererseits eine hohe Trocknungsleistung ermöglicht, so daß mit hohen Bahngeschwindigkeiten und ohne für die Erzeugnisqualität kritische hohe Temperaturen ge­ arbeitet werden kann. Die aus den Ausblasöffnungen der Umlenkkörper austretende Heißluft wird gegen die Bahn geblasen. Dabei bildet sich zwischen dem Umlenkkörper und der Bahn ein Luftkissen, das sich durchgehend über die ganze axiale Breite der Bahn erstreckt, so daß diese bei gleichzeitiger Umlenkung kontinuierlich und berührungslos über die feststehenden Umlenkkörper hinweggleitet und dabei getrocknet wird, ebenso wie im Bereich der zwischen aufeinanderfolgenden Umlenkkörpern verlaufenden Trume. Den Umlenkkörpern sind jeweils ein Zulauftrum und ein Ablauftrum zugeordnet, wobei diese beiden Trume einen Strö­ mungskanal bilden, in dem die Luft mit der Bahn in intensive Berührung kommt, bevor sie von der Luftansaugung erfaßt und aufs neue in die Umlenkkörper gefördert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 in Seitenansicht einen Trockner mit in zwei Ebenen angeordneten Umlenkkörpern und einem Bahnverlauf mit ent­ gegengesetzt geneigten Trumen, wobei linksseitig die Heißluftströmungen angedeutet sind;

Fig. 2 in einer Fig. 1 entsprechenden Seitenansicht eine andere Ausführung mit zueinander parallelen bzw. senkrechten Trumen, zwischen denen Luftleitelemente angeordnet sind;

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab einen einzelnen Umlenkkörper mit seinen Ausblasöffnungen und der im Radialabstand über diese hinweglaufenden Materialbahn;

Fig. 4 die Ausführung gemäß Fig. 1 in perspektivischer Darstellung unter Andeutung zusätzlicher Warmluftzuführung von entgegengesetzten Seiten quer zur Bahnlaufrichtung; und

Fig. 5 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung, wobei jedoch ein unter Vorspannung stehender Umlenkkörper zum Ausgleich von Bahnspannungsschwankungen vorgesehen ist.

Gemäß Fig. 1 ist eine größere Zahl von Umlenkkörpern 1 vor­ gesehen, die in horizontaler, paralleler Ausrichtung in einer oberen Ebene und in einer unteren Ebene gruppiert sind, wobei lediglich ein eingangsseitiger und ein ausgangsseitiger Umlenk­ körper in einer mittleren Höhenlage angeordnet sind. Eine Mate­ rialbahn, nämlich eine bedruckte und zu trocknende Bahn, ist meanderförmig um die Umlenkkörper 1 geführt. Die Umlenkkörper 1 in den beiden Ebenen sind in horizontaler Richtung zueinander versetzt angeordnet, wobei der Abstand zwischen benachbarten Umlenkkörpern kleiner als der Durchmesser der zylindrischen Umlenkkörper 1 ist. Dementsprechend sind jedem Umlenkkörper 1 zwei von der Bahn durchlaufene Trume 2 zugeordnet, ein Zulauftrum und ein Ablauftrum, die vom Umlenkkörper 1 weg konvergieren.

Dementsprechend ist an jedem Umlenkkörper 1 ein Bahnumschlin­ gungswinkel vorhanden, der etwas größer als 180° ist, wie es insbesondere Fig. 3 verdeutlicht. Innerhalb dieses Umschlin­ gungswinkels weist der feststehende Umlenkkörper 1 Ausblas­ öffnungen auf, die in Fig. 3 dargestellt sind. Aus den Ausblas­ öffnungen der Umlenkkörper 1 austretende Heißluft wird gegen die Bahn geblasen, wodurch zwischen jedem Umlenkkörper 1 und der Bahn ein Luftkissen 3 gebildet wird, so daß die Bahn bei gleichzeitiger Umlenkung kontinuierlich über den Umlenkkörper hin­ weggleitet und dabei getrocknet wird.

Die beiden einem Umlenkkörper 1 zugeordnete Trume 2 bilden jeweils zwischen sich einen Strömungskanal 4, durch den die aus dem Umlenkkörper 1 ausgeblasene Heißluft bei intensivem Kontakt mit der Bahn und dementsprechend fortgesetzter Trocknungswirkung abströmt, wie es gleichfalls in Fig. 1, links angedeutet ist. Damit die Heißluft im wesentlichen vollständig längs der Trume 2 abströmt und nicht vorzeitig seitlich entweicht, kann gemäß Fig. 4 zusätzliche Warmluft quer zur Bahnlaufrichtung in die zwischen den Trumen 2 gebildeten Strömkanäle 4 eingeblasen werden, zweckmäßigerweise wie dargestellt von entgegengesetzten Seiten. Diese zusätzliche Warmluft steigert die Trocknungsleistung.

Eine weitere Steigerung der Trocknungsleistung kann dadurch er­ reicht werden, daß in nicht dargestellter Weise bekannte Düsenbalken mehr oder weniger heiße oder warme geregelte Luft gegen die Bahn blasen oder zusätzliche Wärmestrahler, wie beispielsweise Infrarot-Strahler, eingesetzt werden.

In Fig. 5 ist dargestellt, daß ein Umlenkkörper (rechts, unten) nach Art einer "Tänzerwalze" mit einer Kraft F vorgespannt ist und so Bahnspannungsschwankungen ausgleicht.

Zweckmäßig ist eine nicht dargestellte Regelungseinrichtung vorgesehen, die einem Verlaufen der Materialbahn vorbeugt. Dazu kann ein Umlenkkörper 1 an seinen Enden verstellbar und dadurch in eine von der Parallelität abweichende Neigungslage bringbar sein, um bei einem ein Mindestmaß übersteigenden Bahnverlauf die Materialbahn automatisch in die Mittelstellung zurückzuführen.

Die Beheizung erfolgt im wesentlichen wie bei konventionellen Durchlauftrocknern mit Erdgas oder Propangas mittels industrieller Gasstrecken und Brenner, sowie mit den ent­ sprechenden Bauelementen und Steuerungen. Die Heißluft wird dabei direkt über den Brenner im Bahneinlaufbereich des Trocknergehäuses eingebracht, von der, in Bahnlauf­ richtung gesehen, ersten Umluftturbine angesaugt, und durch die Strömungskörper der ersten Trocknersektion gegen die Materialbahn geblasen. In Bahnlaufrichtung gesehen, saugen weitere Umluftturbinen an geeigneter Stelle die Luft ab und befördern sie durch die nachfolgenden Umlenkkörper. Eine den Umluftkreisläufen übergeordnete Strömung fließt vom Bahneinlaufbereich des Trocknergehäuses zum Abluft­ gebläse am Ende der Trocknungseinrichtung.

Andere Möglichkeiten der Beheizung sind Fremdbeheizung oder Heißluftrückführung aus einer thermischen Lösungsmittel- Verbrennungsanlage, wobei die heiße Luft ebenfalls in den Ansaugbereich der Umluftgebläse geführt wird, und zwar in der Regel in den Bahneinlaufbereich des Trockners.

Als ein Hauptanwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung gilt die Trocknung im Rollen-Offsetdruck mit Heatset-Farben. Nach dem derzeitigen Stand der Technik erfolgt die Trocknung in diesem Bereich der Druckindustrie, der auch als Akzidenzdruck bezeichnet wird, fast ausschließlich mittels Durchlauftrocknern, bei denen die bedruckte Bahn auf geradem Wege vom Trockner-Einlauf zwischen den Düsenbalken hindurch zum Trockner-Auslauf transportiert wird. Dabei beträgt die Verweilzeit ca. 1 Sekunde.

Nach dem derzeitigen Stand der Technik ist bei einer Bahn­ geschwindigkeit von 12 m/s von einem Trocknungsprozeßbereich von 12 m Länge auszugehen. Dazu kommen noch die Wandstärken des Trockners sowie je nach Fabrikat Luftschleusen oder sonstige Zusatzeinrichtungen, so daß für eine Bahn­ geschwindigkeit von 12 m/s mit über 13 m Trocknerlänge ge­ rechnet werden muß.

Demgegenüber kann mit dem erfindungsgemäßen Trockner bei einer Trockenraumlänge von 6 m eine Bahnlänge im Trockner von beispielsweise 44 m erreicht werden. Das bedeutet eine Verweilzeit von über 3,5 Sekunden. Kürzere Verweilzeiten und somit auch kürzere Trockner sind natürlich möglich. Am vorangegangenen Beispiel ist aber schon ersichtlich, daß trotz 3,5facher Verweilzeit die Trocknerlänge etwa halbiert ist. Diese Verkürzung bedeutet Kostenersparnisse beim Bau der Druckmaschinenhalle sowie am schwimmenden Fundament im Bereich der Rotationslinie und verkürzt Galerien, Schallschutzwände und Leitungen. Zudem werden Übersichtlichkeit und Arbeitssicherheit an der Rotationsanlage erhöht, denn durch die großen Dimensionen der derzeitigen Trockner ist die Einsehbarkeit vom zentralen Steuerpult aus in die Bereiche, wo die Druckeinheiten bzw. der Falzapparat stehen, stark eingeschränkt.

Sollen die derzeitigen Rotationsanlagen voll ausgefahren werden, so muß für eine genügende Trocknung der Druckfarben an den derzeitigen Schwebetrocknern mit Umlufttemperaturen von etwa 160-200°C gefahren werden. Bei Materialbahnen aus gestrichenem Papier mit einem Gewicht von 60-100 g/qm und einem Farbauftrag von 1,2 bis 1,5 g/qm pro Seite und einer Bahngeschwindigkeit, die einer Verweilzeit von 1 Sekunde entspricht, wird die Bahntemperatur ca. 130°C betragen. Dabei treten unter normalen Bedingungen keine Probleme auf. Es kommt aber zum Abschmieren, d. h. die Bahn wird nicht genügend getrocknet, wenn folgende Parameter zu sehr erhöht werden: Farbdeckung und Bahngeschwindigkeit; ein weiteres Kriterium ist das Papier in Gewicht und Be­ schaffenheit. Bis zu einer bestimmten Grenzgeschwindigkeit kann dann durch Erhöhung der Umlufttemperatur noch eine aus­ reichende Trocknung erzielt werden, aber dem sind ebenfalls Grenzen gesetzt durch Probleme, die bei hohen Trocknungs­ temperaturen auftreten.

Ein Nachteil der Trocknung mit hohen Temperaturen ist das sogenannte Fiber-Lifting, das dadurch entsteht, daß die Hitze sehr schnell bis in die einzelnen Fasern des Papiers eindringt, dort den Siedepunkt des Wassers überschreitet und auch die notwendige Energie zur schlagartigen Änderung des Aggregatzustandes des Wassers liefert. Dabei springen die einzelnen Fasern auf, was die Qualität des Drucks er­ heblich beeinträchtigt. Ferner entsteht eine generelle Ver­ sprödung des Papiers, weil es wie oben beschrieben "aus­ gekocht" wird, d. h. das Wasser wird schlagartig verdampft und fast völlig ausgetrieben.

Naturgemäß erfordern starke Papiere hohe Farbbelegung und hohe Geschwindigkeiten auch eine hohe Trocknerleistung, aber die kann aus Gründen der Produktqualität nur bedingt durch die Erhöhung der Umlufttemperatur erreicht werden. Die vorgenannte Austrocknung und Versprödung des Papiers kann große Probleme bei der Weiterverarbeitung verursachen, u. a. kommt es dabei im Falzapparat zum sogenannten Falz­ brechen, d. h., daß das Produkt dort, wo es gefalzt wird, nicht mehr elastisch genug ist und im Knick Brucherscheinungen zeigt, wobei in der Regel auch die Farbdecke aufbricht. Auf weitere negative Begleiterscheinungen der Trocknung mit sehr hohen Temperaturen wie Kühlwalzenkapazitätsgrenze und Randwelligkeit sei nur kurz hingewiesen.

Die Erfahrungen mit den derzeitigen Trocknern haben gezeigt, daß niedrige Trocknungstemperaturen das Papier schonen und die Druckqualität steigern. Da die Lösungsmittel aber ver­ dampfen, d. h. die Bahn getrocknet werden muß, ist das einfache Herabsetzen der Temperatur natürlich keine Lösung. Bei bestehenden Anlagen bleibt dann nur die Mög­ lichkeit der Reduktion der Produktionsgeschwindigkeit und für Neuinstallationen werden entsprechend lange Trockner eingeplant; beides bedeutet nichts anderes als die Verlängerung der Verweilzeit. An den derzeitigen Rotationsanlagen kann die Verweilzeit aber nur geringfügig verlängert werden, denn eine Rotations­ maschine, die für eine Produktionsgeschwindigkeit von 9 m/s ausgelegt ist, ist nicht mehr produktiv, wenn sie mit 6 m/s läuft, und eine neue Rotationsanlage, die für 12,5 m/s kon­ zipiert ist, kann man schlecht mit einem 16 m langen Trockner einplanen, denn dann werden u. a. auch die Investitionskosten zu hoch.

Es ist in Fachkreisen unbestritten, daß der Trocknungs­ prozeß nach dem derzeitigen Stand der Technik ein großes Problem im Rollenoffsetdruck darstellt. Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem auf einfache Weise, wobei sich eine praktisch gesehen beliebig lange Verweilzeit bei entsprechend angepaßten niedrigen Trocknungstemperaturen erreichen läßt.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Trocknen von bedruckten Materialbahnen, insbesondere im Rollenoffsetdruck oder Flexodruck bedruckten Materialbahnen, mit mehreren von der Materialbahn passierten Umlenkkörpern (1), die zueinander versetzt in wenigstens zwei verschiedenen Ebenen angeordnet sind und der Materialbahn einen mäanderförmigen Verlauf mit zwischen den Umlenkkörpern (1) parallelen oder im Wechsel entgegengesetzt geneigten Trumen (2) erteilen, wobei eine Heizeinrichtung und eine Blaseinrichtung zur Ausbildung eines Luftkissens (3) zwischen der Materialbahn und je dem Umlenk­ körper (1) sowie zur Erzeugung einer Luftströmung über die Oberfläche der Materialbahn vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkkörper (1) hohl und drehfest aus­ geführt sind, daß die Umlenkkörper (1) im von der Materialbahn überdeckten Umschlingungsbereich eine glatte bogenförmige Außenkontur mit Ausblasöffnungen aufweisen und daß in die hohlen Umlenkkörper (1) eingeleitete Heißluft aus den Ausblasöffnungen austritt und das Luftkissen (3) zur Schwebeführung der Materialbahn um je den Umlenkkörper (1) bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit in zwei Ebenen angeordneten parallelen, zylinderförmigen Umlenkkörpern (1) gleicher Größe, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen in einer Ebene benachbarten Umlenkkörpern (1) im wesentlichen dem Durchmesser der Umlenkkörper (1) entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit in zwei Ebenen angeordneten parallelen, zylinderförmigen Umlenkkörpern (1) gleicher Größe, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen in einer Ebene benachbarten Umlenkkörpern (1) kleiner als der Durchmesser der Umlenkkörper (1) ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei einem Umlenkkörper (1) zugeordneten Trume (2) einen Abströmkanal (4) für die Heißluft aus dem Luftkissen (3) begrenzen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem Abströmkanal (4) ein Luftleitelement (5) hineinragt, das den Abströmkanal (4) zumindest auf einem Teil seiner Länge in einen vom Zulauftrum (2) und einer Leitelementfläche begrenzten Zulaufkanal und in einem vom Ablauftrum (2) und einer anderen Leitelementfläche begrenzten Ablaufkanal unterteilt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulaufkanal und der Ablaufkanal unterschiedlich ausgelegt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Umlenkkörper (1) so ver­ stellbar ist, daß sich die Länge der beiden ihm zugeordnete Trume (2) verändert.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißluftzufuhr zu einzelnen Umlenkkörpern (1) abschaltbar ist und diese von der Materialbahn umgehbar angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gebläseeinrichtung vorgesehen ist, die Warmluft quer zur Bahnlaufrichtung zwischen die Trumen (2) bläst.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläseeinrichtung Warmluft von entgegengesetzten Seiten zwischen die Trumen (2) bläst.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahntrocknung unterstützende Wärmestrahler, wie Infrarot- oder UV-Strahler, vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf gegenüberliegenden Seiten wenigstens eines von der Materialbahn durchlaufenen Trums (2) Düsenbalken angeordnet sind, mittels denen die im Abstand vorbeilaufende Materialbahn mit Heißluftstrahlen anblasbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie als in eine Offset-Rotationslinie einbaubare Kompakteinheit ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kompakteinheit eine Einrichtung zur Materialbahnkühlung integriert ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompakteinheit Sprühdüsen zur Wiederbefeuchtung der Materialbahn aufweist.