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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bahnen-Offsetdruckpresse und
ein Verfahren zum Betreiben derselben.
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Genauer
ausgedrückt,
ist die vorliegende Erfindung auf eine Bahnen-Offsetdruckpresse
gerichtet, die thermofixierbare Tinte verwendet und die einen Trockner
zum Aushärten
der Tinte, nachdem sie auf eine Papierbahn aufgebracht wurde, und
eine Kühleinrichtung
zum Kühlen
der Papierbahn umfasst, nachdem sie den Trockner durchlaufen hat.
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Konventionelle
Bahnen-Offsetdruckpressen verwenden thermofixierbare Tinte, die
durch Wärme fixiert
oder ausgehärtet
wird, nachdem die Tinte auf eine Papierbahn gedruckt worden ist.
Das Aushärten der
Tinte wird typischerweise durch Führen der Bahn durch einen Trockner
bewirkt, welcher eine Anhebung der Temperatur der Bahn auf eine
relativ hohe Temperatur, so wie in dem Bereich von 110° bis 160° Celcius
(230° bis
320° Fahrenheit)
verursacht.
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Nach
Austritt aus dem Trockner muss die heiße Bahn gekühlt werden, um wirksame Verarbeitung
der Bahn in nachfolgenden Arbeitsgängen zu ermöglichen.
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1 zeigt
schematisch eine Bahnen-Offsetdruckprese 10 des Standes
der Technik des oben allgemein beschriebenen Typs. Bezugnehmend
auf 1 enthält
die Druckpresse 10 des Standes der Technik eine Mehrzahl
drehbarer Druckzylinder 12, 14, von denen jeder
ein Bild auf eine Papierbahn 16 unter Verwendung einer
thermofixierbaren Tinte aufträgt.
Die Papierbahn 16, welche durch eine Anzahl von Rollen 18 geführt wird,
durchläuft
die Druckpresse 10 von links nach rechts, wie durch den
in 1 gezeigten Pfeil angegeben ist.
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Nachdem
die Tinte durch die Druckzylinder 12, 14 aufgetragen
worden ist, wird die Bahn 16 durch einen Trockner 20 geführt, welcher
die Tinte durch Anheben der Temperatur der Bahn 16 auf
eine relativ hohe Temperatur fixiert. Nach Durchlaufen des Trockners 20 wird
die Bahn 16 über
eine Mehrzahl von Kühlwalzen 22 zum
Kühlen
der Bahn 16 geführt. Wärme von
der Bahn 16 wird durch relativ kaltes Wasser absorbiert,
welches durch Kühlwalzen 22 geleitet
wird. Nach Durchlaufen aller der Kühlwalzen 22 befindet
sich die Bahn 16 auf oder innerhalb 5°C (10°F) von Raumtemperatur.
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Nach
Erhitzung durch den Trockner 20 und Kühlung durch die Kühlwalzen 22 weist
die Papierbahn 16 einen sehr geringen Feuchtigkeitsgehalt
auf. Folglich wird die Bahn 16 nach Kühlung durch die Kühlwalzen 22 einer
elektrostatischen Wiederbefeuchtungseinrichtung 24 zugeführt, die
der Bahn 16 Feuchtigkeit zurückgibt. Die Wiederbefeuchtungseinrichtung 24 ist
mit einer Mehrzahl von Sprühdüsen (nicht
gezeigt) zum Sprühen
von Wassertröpfchen auf
die Papierbahn 16 und einer Mehrzahl von Feldrichtern (nicht
gezeigt) auf jeder Seite der Bahn 16 zum Erzeugen eines
gerichteten elektrostatischen Felds versehen. Die Feldrichter auf
einer Seite der Bahn 16 werden auf einer hohen Spannung
im Verhältnis
zu den Feldrichtern auf der anderen Seite der Bahn 16 gehalten,
und Wasser wird durch das elektrostatische Feld gesprüht, so dass
die Wassertröpfchen
sich innerhalb eines begrenzten Weges zwischen den Sprühdüsen und
der Papierbahn 16 bewegen.
- D1 (Deutsche Offenlegungsschritt
Nr. 4405332A1) offenbart ein Wiederbefeuchtungssystem in Verbindung
mit einer Dreh-Offsetdruckmaschine. Die bedruckte Bahn läuft von
einem Ofen vorbei an einer Anzahl von Druckluftdüsen in einer Anordnung mit Saugkanälen, die
Absaugen von Lösungsmittel
von der Bahn ermöglichen.
Die abgesaugte Luft wird wieder zu dem Trockenofen zurückgeführt. Die
Bahn bewegt sich weiter zu einer Wiederbefeuchtungskammer und wird
so einem zerstäubten
Wasserspray und anschließend
einem Satz von Kühlwalzen
ausgesetzt, auf denen die Bahn schockgekühlt wird.
- D2 (veröffentlichte
französische
Patentanmeldung 2386356) offenbart eine Einrichtung zum Befeuchten und/oder
Entladen statischer Elektrizität
von einem Gegenstand, der eine Papierbahn darstellen kann.
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Die
Erfindung ist auf eine Bahnen-Offsetdruckpresse gerichtet, umfassend:
einen ersten drehbaren Druckzylinder, der zum Drucken eines ersten
Bilds auf eine Bahn durch Aufbringen einer thermofixierbaren Tinte
auf die genannte Bahn ausgelegt ist;
einen zweiten drehbaren
Druckzylinder, der zum Drucken eines zweiten Bildes auf die genannte
Bahn ausgelegt ist, wobei das genannte zweite Bild auf die genannte
Bahn einschließend
an den Druck des genannten ersten Bildes auf die genannte Bahn durch Aufbringen
einer thermofixierbaren Tinte auf die genannte Bahn gedruckt wird;
eine
Trocknungsstation zum Trocknen der genannten thermofixierbaren Tinte,
die durch den genannten ersten und zweiten drehbaren Druckzylinder
auf die genannte Bahn aufgebracht wurde, wobei die genannte Trocknungsstation
Wärme auf
die genannte Bahn zum Aushärten
der auf die genannte Bahn durch den genannten ersten und zweiten
Druckzylinder aufgebrachten genannten thermofixierbaren Tinte ausübt, wobei
die genannte Bahn sich auf einer Ausgangstemperatur befindet, wenn
die genannte Bahn aus der genannten Trocknungsstation austritt;
eine
erste Kühlstation,
die angrenzend an die genannte Trocknungsstation angeordnet ist,
wobei die genannte erste Kühlstation
die genannte Bahn empfängt,
nachdem die genannte Bahn durch die genannte Trocknungsstation erhitzt
worden ist, wobei die genannte erste Kühlstation eine Senkung der
genannten Ausgangstemperatur der genannten Bahn um wenigstens etwa
11°C (20°F) auf eine
zweite Temperatur veranlasst, und wobei die genannte erste Kühlstation
aufweist:
einen Generator, der zum Erzeugen eines gerichteten
elektrostatischen Felds ausgelegt ist, durch das die genannte Bahn
hindurchgeht; und
eine Sprüheinrichtung,
die zum Sprühen
von Wassertröpfchen
auf die genannte Bahn zum Kühlen
der genannten Bahn durch Verdampfung der genannten Wassertröpfchen von
der genannten Bahn ausgelegt ist, wobei das genannte elektrostatische
Feld die genannten Wassertröpfchen
veranlasst, durch einen begrenzten Weg zwischen der genannten Sprüheinrichtung
und der genannten Bahn hindurchzugehen; und
eine zweite Kühlstation,
die angrenzend an die genannte erste Kühlstation zum Kühlen der
genannten Bahn angeordnet ist, wobei die genannte zweite Kühlstation
die genannte Bahn empfangt, nachdem die genannte Bahn aus der genannten
ersten Kühlstation
austritt, wobei die genannte zweite Kühlstation eine Senkung der
genannten zweiten Temperatur der genannten Bahn um wenigstens etwa
11°C (20°F) verursacht.
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Die
Sprüheinrichtung
kann eine Mehrzahl zerstäubender
Sprühdüsen aufweisen,
die jeweils an eine Flüssigkeitsquelle
und eine Luftquelle angeschlossen sind, und die Kühlstation
kann ein Gehäuse
zum wesentlichen Umschließen
des Mittels zum Erzeugen des gerichteten elektrostatischen Felds und
der Sprüheinrichtung
umfassen.
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Das
Mittel zum Erzeugen des gerichteten elektrostatischen Felds kann
eine Mehrzahl erster Feldrichter angeordnet auf einer ersten Seite
der Bahn, wobei jeder der ersten Feldrichter eine Mehrzahl von Spitzenelektroden
aufweist, eine Mehrzahl der zweiten Feldrichter angeordnet auf einer
zweiten Seite der Bahn gegenüber
der ersten Seite, wobei jeder der zweiten Feldrichter eine Mehrzahl
von Spitzenelektroden aufweist, und Mittel umfassen, um den Spitzenelektroden
eines der ersten oder zweiten Feldrichter eine relativ hohe Spannung
zuführen.
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Das
Mittel zum Erzeugen des gerichteten elektrostatischen Felds und
die Sprüheinrichtung können Senkung
der Ausgangstemperatur der Bahn um wenigstens etwa 28°C (50°F), oder
alternativ um wenigstens etwa 55°C
(100°F)
veranlassen. Die Erfindung umfasst weiter eine zweite Kühlstation,
die angrenzend an die erste Kühlstation
zum weiteren Senken der Temperatur der Bahn um wenigstens etwa 11°C (20°F) angeordnet
ist.
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Die
Erfindung ist auch auf ein Verfahren zum Betreiben einer Bahnen-Offsetdruckpresse
gemäß Anspruch
9 gerichtet.
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Die
vorliegende Erfindung soll nun weiter beispielhaft unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben werden, in denen:
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1 ein
Blockdiagramm einer Druckpresse des Standes der Technik ist;
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2 ein
Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform einer Druckpresse
gemäß der Erfindung
ist;
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3 eine
Seitenansicht der schematische in Gig. 2 gezeigten elektrostatischen
Kühleinrichtung ist;
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4 eine
Querschnittansicht der elektrostatischen Kühleinrichtung entlang Linien
4-4 von 3 ist;
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5 eine
Seitenansicht eines Teils eines Feldrichters ist, der in der elektrostatischen
Kühleinrichtung
verwendet wird;
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6 eine
Querschnittendansicht eines Teils eines in der elektrostatischen
Kühleinrichtung verwendeten
Feldrichters ist; und
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7 eine
Endansicht eines Feldrichters ist, der in der elektrostatischen
Kühleinrichtug
verwendet wird.
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2 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
einer Bahnen-Offsetdruckpresse 50 gemäß der Erfindung. Bezugnehmend
auf 2 weist die Druckpresse 50 eine erste
Druckstation 52, eine zweite Druckstation 54,
einen Trockner 56, eine erste Kühlstation in Form einer elektrostatischen
Kühleinrichtung 58,
die direkt angrenzend an den Trockner 56 positioniert ist,
und eine zweite Kühlstation
in Form einer Mehrzahl von Kühlwalzen 60 auf.
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Die
erste Druckstation 52 umfasst ein Paar drehbarer Druckzylinder 70,
die zweite Druckstation 54 umfasst ein Paar drehbarer Druckzylinder 80,
und die Druckpresse 50 umfasst eine Mehrzahl von Führungsrollen 82.
Es soll verstanden werden, dass während nur zwei Druckstationen
gezeigt sind, eine Mehrfarben-Druckpresse typischerweise wenigstens vier
Druckstationen aufweist, von denen jede Bilder in einer anderen
Farbe auf die Bahn 90 druckt.
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Ein
Teil einer Bahn 90, so wie Papier, ist gezeigt, wie sie
aufeinanderfolgend von der ersten Druckstation 52 zu der
zweiten Druckstation 54, zu dem Trockner 56, zu
der elektrostatischen Kühleinrichtung 58 und
zu den Kühlwalzen 60 in
der durch die Pfeile angezeigten Richtung läuft. Während Drucken, wenn die Bahn 90 durch
die erste Druckstation 52 hindurchgeht, werden Bilder in
einer thermofixierbaren Tinte einer ersten Farbe auf beide Seiten
der Bahn 90 durch die Druckzylinder 70 aufgebracht. Wenn
die Bahn 90 die zweite Druckstation 54 durchläuft, werden
Bilder in einer thermofixierbaren Tinte einer zweiten Farbe auf
beide Seiten der Bahn 90 durch die Druckzylinder 80 in
Ausrichtung oder Justierung mit den vorhergehend durch die Zylinder 70 gedruckten
Bilder gedruckt.
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Nachdem
die Bahn 90 durch die Druckstationen 52, 54 bedruckt
wurde, läuft
sie durch den Trockner 56, der die Tinte durch Anheben
der Temperatur der Bahn 90 auf eine relativ hohe Temperatur
so wie 149°C
(300°F)
fixiert. Von dem Trockner 56 läuft die Bahn 90 direkt
in die elektrostatische Kühleinrichtung 58,
die die Bahn 90 auf eine viel niedrigere Temperatur als
149°C (300°F), so wie
beispielsweise eine Temperatur zwischen etwa 27°C (80°F) und 49°C (120°F) kühlt. Wenn die Bahn 90 aus
der elektrostatischen Kühleinrichtung 58 austritt,
wird sie über
eine oder mehrere Kühlwalzen 60 geführt, um
die Temperatur der Bahn 90 weiter auf eine Temperatur bei
oder nahe Raumtemperatur abzukühlen.
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3 ist
eine Seitenansicht der inneren Struktur der elektrostatischen Kühleinrichtung 58 und eines
schematisch in 2 gezeigten Teils des Trockners 56,
und 4 ist eine Seitenansicht der inneren Struktur
der elektrostatischen Kühleinrichtung 58 entlang
Linien 4-4 in 3. Bezugnehmend auf die 3 und 4 umfasst
die elektrostatische Kühleinrichtung 58 eine
Mehrzahl zerstäubender Sprühdüsen 100,
die in einer Richtung allgemein quer zu der Längsachse der Bahn 90 ausgerichtet sind.
Die Düsen 100,
die zum Sprühen
von sehr feinen Wassertröpfchen
auf die Unterseite der Bahn 90 verwendet werden, sind fluidmäßig an eine
Wasserquelle in Form eines Wasserverteilerrohrs 102 und eine
Luftquelle in Form eines Luftverteilerrohrs 104 über einen
Schlauch 106 und ein elektropneumatisches Ventil 108 angeschlossen.
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Die
elektrostatische Kühleinrichtung 58 umfasst
eine Mehrzahl oberer Feldrichter 110, die über der
Bahn 90 angeordnet sind, und eine Mehrzahl unterer Feldrichter 112,
die unter der Bahn 90 angeordnet sind. Wie in 4 gezeigt
ist, liegen die Feldrichter 110, 112 allgemein
in Form länglicher
Stäbe vor, die
sich quer zu der Längsachse
der Bahn 90 erstrecken.
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Jeder
der oberen Feldrichter 110 ist mit Reihen scharfe Spitzen
aufweisender Metallelektroden 114 (siehe auch 5)
versehen, die an eine relativ hohe Spannung so wie +/– 20.000
Volt oder mehr über
ein Kabel 116 angeschlossen sind, das elektrisch an die
Spitzenelektroden 114 angeschlossen ist, und jeder der
unteren Feldrichter 112 ist mit einer ähnlichen Reihe scharfer Spitzenelektroden 118 versehen,
die an elektrische Erde über
ein Kabel 119 angeschlossen sind.
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Aufgrund
der relativ hohen Spannung über den
Spitzenelektroden 114, 118 der oberen und unteren
Feldrichter 110, 112, wird ein elektrostatisches Feld
innerhalb der elektrostatischen Kühleinrichtung 58 erzeugt.
Sowohl die Bahn 90 als auch die durch die Sprühdüsen 100 gesprühten Wassertröpfchen gehen
durch das elektrostatische Feld hindurch, welches gut definiert
ist, da mehrere Feldrichter 110, 112 mit gleichmäßig beabstandeten
Spitzenelektroden 114, 118 über und unter der Bahn 90 verwendet
werden.
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Das
elektrostatische Feld begrenzt wirksam den Weg der Wassertröpfchen auf
einen gut abgegrenzten Bereich zwischen den Sprühdüsen 100 und der Bahn 90 und
verhindert oder minimiert das Auftreten von Sprühwassertröpfchen oder Nebel. Folglich
landen im wesentlichen alle der gesprühten Wassertröpfchen auf
der Bahn 90 und tragen zur Kühlung der Bahn 90 bei,
und entweichen nicht von der elektrostatischen Kühleinrichtung 58.
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Die
elektrostatische Kühleinrichtung 58 umfasst
eine Umschließung
oder ein Gehäuse 120,
das die Sprühdüsen 100 und
die oberen und unteren Feldrichter 110, 112 im
wesentlichen umschließt.
Das Gehäuse 120 weist
ein Paar darin ausgebildeter rechteckiger Schlitze 122 auf,
um Durchgang der Bahn 90 durch die Kühleinrichtung 58 aufzunehmen, und
das Gehäuse 120 umfasst
einen unteren Gehäuseteil 124 mit
einem eingebauten Ablass 126 zur Vereinfachung des Ablassens
von jeglichem Wasser, das aus dem Wasserverteilerrohr 102 oder
den Düsen 100 leckt.
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Die
Struktur der oberen Feldrichter 110 ist detaillierter in
den 5-7 gezeigt. Bezugnehmend auf
diese Figuren weisen die oberen Feldrichter 110 ein allgemein
U-förmiges dielektrisches
Gehäuse
auf, das aus einem ersten Gehäuseteil 130 und
einem zweiten Gehäuseteil 132 gebildet
ist, welcher an dem ersten Gehäuseteil über Schrauben (nicht
gezeigt) befestigt ist, die sich durch eine Anzahl von Bohrungen 134 erstrecken,
welche periodisch über
die Länge
der Gehäuseteile 130, 132 beabstandet
sind.
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Wie
in 5 gezeigt ist, sind die Spitzenelektroden 114 an
einer Mehrzahl konventioneller Elektrodenplatten 140 befestigt,
welche im Handel von Metallux erhältlich sind. An jeder Platte 140,
die aus einem Keramikmaterial besteht, sind vier der Spitzenelektroden 114 angebracht.
Die vier Elektroden 114 an jeder Platte 140 sind
leitend durch einen metallisierten Weg (nicht gezeigt) miteinander
verbunden, welcher seinerseits leitend an einen geschlängelten
Widerstandsweg (nicht gezeigt) angeschlossen ist, der auf jede Elektrodenplatte 140 aufgebracht
ist. Der geschlängelte
Widerstandsweg jeder Platte 140 ist leitend an einen relativ
kleinen rechteckigen Metallanschluss 142 angeschlossen, der
auf jeder Platte 140 angebracht ist.
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Ein
Metallstab 144 wird zur leitenden Verbindung der Elektrodenplatten 140 miteinander
verwendet. Der Metallstab 144 weist eine Mehrzahl dann ausgebildeter
kreisförmiger
Löcher 146 auf,
wobei die Löcher 146 beabstandet
sind, um mit den rechteckigen Anschlüssen 142 der Elektrodenplatten 140 zusammenzufallen
und diese zu überlappen.
Jeder der rechteckigen Anschlüsse 142 kann
durch in jedem der Löcher 146 angeordnete
Lötstellen
leitend an den Metallstab 144 angeschlossen werden.
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Der
Abstand der Elektrodenplatten 140 kann durch einen länglichen,
Metall- oder Kunststoffdistanzstreifen 150 (7)
festgelegt werden, der über die
Länge jedes
oberen Feldrichters 110 läuft. Der Distanzstreifen 150 kann
periodisch beabstandete Vorsprünge 152 aufweisen,
zwischen denen die Elektrodenplatten 140 angeordnet werden.
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Wie
in 6 gezeigt ist, besetzt ein Einbettmaterial 160 den
inneren Teil des U-förmigen Gehäuses der
oberen Feldrichter 110. Das Einbettmaterial 160 bedeckt
alle inneren Komponenten der oberen Feldrichter 110 außer den äußersten
Spitzen der Elektroden 114 (das Einbettmaterial 160 ist
in den 5 und 7 nicht gezeigt, so dass die
innere Struktur der oberen Feldrichter 110 einfacher deutlich wird).
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Die
unteren Feldrichter 112 haben einen allgemein ähnlichen
Aufbau wie die oben beschriebenen oberen Feldrichter 110 mit
der Ausnahme, dass die unteren Feldrichter 112 keine Elektrodenplatten 140 aufweisen,
da kein elektrischer Widerstand in den unteren Feldrichtern 112 aufgrund
ihres Anschlusses an elektrische Erde benötigt wird. Auch der Abstand
der Spitzenelektroden 114 der oberen Feldrichter 110 kann
anders als der Abstand der Spitzenelektroden 118 der unteren
Feldrichter 112 sein. Zum Beispiel könnten die Elektroden 114 im
Abstand von 5 Millimetern angeordnet sein, während die Elektroden 118 25
Millimeter voneinander beabstandet sein könnten.
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Obwohl
es allgemein zu bevorzugen ist, obere und unteren Feldrichter 110, 112 zu
verwenden, die gleichmäßig beabstandete
Spitzenelektroden 114, 118 zum Erzeugen eines
im wesentlichen einheitlichen elektrostatischen Felds aufweisen,
wird die besondere Struktur der oberen und unteren Feldrichter 110, 112 für die Erfindung
nicht als wichtig erachtet, und andere Strukturen könnten verwendet
werden.
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Der
Abstand der Feldrichter 110, 112 (wie in 3 gezeigt)
könnte
geändert
werden, und die oberen und unteren Feldrichter 110, 112 könnten umgekehrt
werden, so dass die Feldrichter 110 unter der Bahn 90 angeordnet
sind und die Feldrichter 112 über der Bahn 90 angeordnet
sind.
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Die
Verwendung der elektrostatischen Kühleinrichtung 58 hat
eine Reihe von Vorteilen: Bei Verwendung nach dem Trockner in einer
Bahnen-Offsetpresse, kann die Anzahl von zum Senken der Temperatur
der Bahn benötigten
Kühlwalzen
verringert werden, wodurch wesentliche Kosten eingespart werden.
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Weiter
kann die Verwendung der elektrostatischen Kühleinrichtung 58 die
Kosten des zum Fixieren der Tinte verwendeten Trockners verringern.
Ein in einer Bahnen-Offsetpresse
verwendeter Trockner umfasst typischerweise mehrere Trocknerabschnitte, von
denen jeder typischerweise auf eine andere Temperatur erhitzt wird.
Zum Beispiel kann der Trockner einen ersten Trocknerabschnitt, in
den die Bahn hineinläuft
und der auf 127°C
(260°F)
erhitzt wird, einen zweiten Trocknerabschnitt, der auf 138°C (280°F) erhitzt
wird, und einen dritten Trocknerabschnitt aufweisen, der auf 116°C (240°F) erhitzt
wird. Die Verwendung der elektrostatischen Kühleinrichtung 58 angrenzend
an einen Trockner aus mehreren Abschnitten kann die Notwendigkeit
des letzten Trocknerabschnitts beseitigen und folglich die Kosten
des Trockners bedeutend senken. In diesem Fall kann die Druckpresse 50 einen
Trockner mit nur zwei Abschnitten, einem ersten, auf eine erste
Temperatur von wenigstens etwa 93°C
(200°F)
erhitzten Abschnitt, und einem zweiten Abschnitt, der auf eine zweite
Temperatur von etwa 93°C
(200°F)
erhitzt wird, wobei die zweite Temperatur anders als die erste Temperatur
ist, und eine elektrostatische Kühleinrichtung
umfassen, die direkt angrenzend an die Trockner aus zwei Abschnitten
angeschlossen ist.
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Zahlreiche
Abwandlungen und alternative Ausführungsformen der Erfindung
werden den Fachleuten. in diesem Gebiet angesichts der vorhergehenden
Beschreibung einfallen. Diese Beschreibung soll nur als darstellend
aufgefasst werden, und ist zu dem Zweck vorgesehen, den Fachleuten
in diesem Gebiet die beste Art zum Ausführen der Erfindung zu lehren.
Die Details der Struktur und des Verfahrens können wesentlich geändert werden
und die ausschließliche
Verwendung aller Abwandlungen, die in den Umfang der anliegenden
Patentansprüche
fallen, ist vorbehalten.