DK176856B1 - Trykværk med böjet tætningsrakel - Google Patents

Description

i DK 176856 B1

Trykværk med bøjet tætningsrakel Opfindelsens område

Den foreliggende opfindelse angår et trykværk med en rotationsvalse samt et farve-kammer med et tætningsrakel i anlæg med rotationsval sens overflade i et berørings-5 område, hvor tætningsrakelet fastholdes i en holder og er elastisk deformeret til en bue mellem holderen og berøringsområdet.

Opfindelsens baggrund I europæisk patent EP 401 250 er der beskrevet en kammerrakelindretning, som er 10 gengivet i FIG. 1. Indretningen omfatter en kammerbjælke med et U-formet rakel-kammer 3 med bund 3A og sider 3B og 3C, som under drift indeholder farve til et trykværk med en rastervalse (ikke vist), der er i kontakt med farven i kammeret 3. To rakelstål 1, 2 er klemt fast til kammeret 3 ved skinner 5,6 og har som opgave at tætne mod rastervalsen, der med sin overflade er i kontakt med farven i kammeret 3. Der kan 15 ledes farve ind i kammeret 3 via kanaler 8. Der er vist to kanaler 8, nemlig en for hvert delkammer i kammeret 3, hvor delkamrene er tilvejebragt ved afgrænsning ved hjælp af en pakning 4 inde i kammeret og en pakning 4 for enden af kammeret. Pakningen 4 har en konkav udformning 4A til anlæg mod rastervalsen.

20 En pakning af denne type er gengivet i FIG. 2, som er en kopi fra den amerikanske designregistrering US D 488,503. Denne pakning har et midterstykke 10 med en skinne 7 af et hårdt materiale beregnet til anlæg mod rastervalsen for øget tætning. Endvidere bliver rakelstålet understøttet af nogle lige elastomerlæber 9. Disse elastomerlæber 9 er traditionelt stort set lige og har en vinkel, der stort set svarer til anlægsvinklen 25 af rakelstålet mod rastervalsen.

De to rakelstål 1, 2 som gengivet i FIG. 1 har forskellige opgaver. Det første rakelstål 1, der har en kant, der peger imod rotationsretningen af valsen, kaldes positiv rakel eller aktiv rakel og skraber overskydende farve af valsen under rotationen, hvor raster-30 ne i valsen ved gennemgang af valsen igennem kammeret 3 er blevet fyldt med farve.

Det andet rakelstål 2, der har en kant der peger i sammen retning som rotationsretnin- 2 DK 176856 B1 gen kaldes passiv rakel eller tætningsrakel og har som primære opgave at tætne mod, at farven ikke løber ud af kammeret 3.

Under trykningsprocessen, hvor rastervalsen roterer med høj hastighed, for eksempel 5 med en hastighed over 120 m/minut eller endda over 200 m/minut, bliver ikke al farve afsat, og der slæbes farve hele vejen med rundt af rotationsvalsen. Denne farve har en tendens til at samle sig ved tætningsrakelets yderside. De typisk benyttede rakelstål med en tykkelse på 0.3 mm er ikke fleksible nok til at lade farven blive slæbt med ind i kammeret igen.

10

Derfor er det blevet forsøgt at benytte tyndere tætningsrakler med en tykkelse på omkring 0.10 mm, således at det deformeres til en bue, hvor rakelstålets æg rører under en lille vinkel med rotationsvalsens tangent eller endda ligger parallels med tangenten. Problematikken er omhandlet i japansk patentskrift JP 2000 117942 af Otsuka Norihi-15 ro, hvor der også er vist et buende tætningsrakel.

En sådan deformation af tætningsrakelet indebærer, at tætningsrakelet ikke længere ligger an mod den overfor beskrevne paknings 4, hvis denne har et lige kant 9 som vist i FIG. 2, 20

For at afhjælpe denne ulempe har man derfor i kommercielle produkter ændret pakningerne 4 til at have en anden form som vist i FIG. 3a og 3b, hvor der i forlængelse af midterstykket 10 med skinnen 7 er tilvejebragt en første, lige elastomer-læbe 9 og en anden buende elastomerlæbe 9’ i hver sin ende af midterstykket 10. Den anden læbe 9’ 25 buer ind mod midterstykket 10 hvor det i overgangspunktet 15 har en i forhold til rastervalsen tangentiel retning for at understøtte et tangentielt anlæg af tætningsrakelet mod rotationsval sen. Krumningen af læbe 9’ øges fra yderkanten 11, hvor tætningsrakelet forlader holderen, i retning mod midterstykket 10. Med henvisning til hjælpelinien 12, ses det, at krumningen faktisk ændrer sig således, at krumningen er større i den 30 andel halvdel 14 af læben 9’ end i den første halvdel 13 af læben 9’. På trods af denne forbedring i forhold til anden kendt teknik, er det ikke lykkes at få en vedvarende præcis tætning mellem tætningsrakelet.

DK 176856 B1 3 I andre beskrivelser af trykvalser i den kendte teknik er også det antydet, at en tætning kan have et buende forløb med en tilnærmelsesvis tangentiel berøring med rotationsvalser, se for eksempel japansk patentskrift JP 2003 080674 af Kudo Yoshihiko.

5 Der er dog ingen beskrivelse eller antydning af løsning i den kendte teknik med henblik på udformning af de ovenfor beskrevne kommercielt tilgængelige pakninger således, at de observerede utætheder undgås. Generelt er der ingen beskrivelse af, hvordan tætningsrakelet skal forløbe for at have den optimale form. Der er derfor behov for yderligere forbedring i den henseende.

10

Opfindelsens formål

Det er formålet med opfindelsen at tilvejebringe et trykværk med en rotationsval se og et kammerrakel, hvor tætningsrakelet har et forløb, der sikrer den bedst mulige tætning med pakninger. Endvidere er det formålet at tilvejebringe en pakning mellem tæt-15 ningsrakelet og kammeret, hvor pakningen i samvirke med tætningsrakelet er udformet med henblik på størst mulig tætning.

Beskrivelse af opfindelsen

Dette formål opfyldes af følgende trykværk med en rations valse samt et farvekammer 20 med et tætningsrakel i anlæg med rotationsvalsens overflade i et berøringsområde. Tætningsrakelet fastholdes i en holder og er elastisk deformeret til en bue mellem holderen og berøringsområdet, hvor buen har en krumning, der er større ved holderen end ved berøringsområdet ved rotationsvalsen. For eksempel har buen en første halvdel, der grænser op til holderen, og en anden halvdel, der grænser op til rotationsvalsen, og 25 krumningen er størst i den første halvdel.

Det har nemlig vist sig, at der kan opnås en langt bedre tætning, hvis kurveforløbet af den indledningsvis beskrevne pakning på FIG. 3 ændres således, at buens krumning aftager fra holderen og til berøringsområdet, helst aftager jævnt, i stedet for at tiltage.

30 Intenst studie af problematikken har afsløret, at tætningsrakelet ved den indledningsvis beskrevne pakning på FIG. 3 tvangs-deformeres i en sådan grad, at den har en tendens til ikke at følge krumningen på pakningen. Derimod tilpasser tætningsrakelet sig pak- s 4 DK 176856 B1 ningens krumning langt bedre ved et fra holderen aftagende krumningsforløb, især, hvis krumningen er lineært eller approksimativt lineært aftagende.

På den måde sikres, at tætningsrakelet har et ensformigt buende forløb over hele 5 længden af farvekammer. Desuden fastholdes dette forløb ved de nye tilpassede pakninger.

Typiske fastholdes tætningsrakelet i en holder, der har en spids vinkel, for eksempel 30 grader, i forhold til rotationsvalsens tangent i berøringsområdet. Fortrinsvis er vink-10 len mellem 5 og 50 grader, hellere mellem 15 og 40 grader og allerhelst mellem 20 og 35 grader. Tætningsrakelet buer fra holderen ind mod rotationsvalsen hvor den ligger an mod rotationsvalsen under en meget lille vinkel, såsom mellem 0 og 10 grader, helst mellem 0 og 5 grader, eller faktisk tilnærmelsesvis tangentielt. På den måde vil farverester på rotationsvalsen, for eksempel en rastervalse, rotere forbi tætningsrakelet 15 og ind i farvekammeret igen. På den måde undgås backblading, hvor tætningsrakelet skræller farve af således, at det ikke kommer tilbage ind i kammeret under rotationen.

Der er observeret den fordel ved det tangentielle eller tilnærmelsesvis tangentielle forløb af tætningsrakelets ved rotationsvalsen, nemlig det faktum, at der ved kørsel med 20 relativ høj hastighed, det vil sige over 120 m/minut, opbygges en farvefilm mellem rotationsvalsen og tætningsrakelet således, at tætningsrakelet faktisk ikke rører ved rotationsvalsen. Fænomenet er analogt til akvaplaning. Det betyder, at friktionen mellem tætningsrakelet og rotationsvalsen er meget lille, hvilket reducerer slitage i betragteligt omfang. På trods af, at der ved opbygning af farvefilmen ikke længere er tale om 25 en direkte berøring mellem tætningsrakelet og rotationsvalsen, bibeholdes dog udtrykket berøringsområde og skal forstås som det område, hvor der er tættest afstand mellem tætningsrakelet og rotationsvalsen.

Såfremt rakeistålet i holderen har en betydelig vinkel med tangenten, for eksempel 30 30 grader, skal rakeistålet være relativ let bøjeligt. Med de typisk brugte typer stål er tykkelsen i det tilfælde fortrinsvis mellem 0.04 og 0.15 mm og krummer over en afstand på mellem 25 mm og 50 mm fra holderen og til berøringsområdet.

5 DK 176856 B1

Ved de kendte rakelstål, der har en tykkelse på 0.3 mm, er det ikke praktisk muligt at skabe en bøjning, på 30 grader over 30 mm. Den nødvendige kraft fra rotationsvalsen til at skabe en sådan bøjning vil ødelægge overfladen på valsen, og der er fare for, at rakelstålet brækker. Ved anvendelse af rakelstål med en godstykkelse på mere end 10 5 mm, er det derfor foretrukket, at holderens vinkel er under 30 grader, helt under 20 grader. Og hvis rakelstålet er mere end 0.15 mm tyk, skal vinklen af holderen helst være under 15 grader, I en praktisk udførelsesform er tætningsrakelets holder et skinnearrangement, der er 10 tilvejebragt på et farvekammer. En pakning benyttes til tætning mellem det buende tætningsrakel og kammerets bund. Pakningen har da et buende midterstykke til anlæg mod rotationsvalsen og en læbe i forlængelse af midterstykket til understøtning af tæt-ningsrakelet fra holderen og til berøringsområdet. Læben er udformet med en bue, der følges tætningsrakelets bue som angivet ovenfor.

15

For eksempel har tætningsrakel et en bue med en første halvdel til at grænse op til holderen og en anden halvdel i forlængelse midterstykket, hvor krumningen er størst i den første halvdel. Buens krumning er da større ved holderen end ved berøringsområdet ved rotationsval sen. Ved at læben er udformet med en bue, hvis krumning tiltager i 20 retning væk fra midterstykket opnås en langt bedre tætning end med tidligere pakninger, hvor krumningen aftog. Fortrinsvis tiltager krumningen jævnt fra midterstykket, for eksempel lineært eller tilnærmelsesvis lineært.

Tegningsbeskrivelse 25 Opfindelsen vil blive beskrevet nærmere under henvisning til tegningen, hvor FIG. 1 viser et kammerrakel ifølge kendt teknik fra EP 410 250, FIG. 2 viser en pakning ifølge kendt teknik fra US D 488,503, FIG. 3 viser en pakning, der er kommercielt tilgængeligt i a) perspektiv og b) fra siden, 30 FIG. 4 viser en principskitse af et eksempel på et trykværk ifølge opfindelsen, FIG. 5 viser vinklen mellem tætningsrakelet og tangenten i større perspektiv, FIG. 6 viser en pakning ifølge opfindelsen i a) perspektiv og b) fra siden, og DK 176856 B1 6 FIG. 7 viser et muligt forløb for et rakelstål under bøjningen.

Detaljeret beskrivelse af opfindelsen FIG. 1, 2 og 3 viser et kammerrakel og pakninger ifølge kendt teknik som indledningsvis beskrevet.

5 FIG. 4 viser et trykværk ifølge opfindelsen. Trykværket omfatter en rotationsvalse 18, fortrinsvis en rastervalse, som ifølge figuren roterer med uret og er i kontakt med et rakelkammer 3, der i sit hulrum 19 indeholder farve som ved rotation optages af rotationsvalsen 18.

10

Det aktive rakel 1, som er fastspændt til kammeret 3 ved et skinnearrangement 17, skraber overskydende farve/blæk af rotationsvalsen 18. Farven overføres til en anden valse 20, inden det færdige tryk overføres til papir. Det aktive rakel 1 er fastholdt i en holder 17 under en vinkel v med tangenten 23 i berøringspunktet 24. Denne vinkel v er 15 typisk 30-35 grader.

Farve, som ikke overføres til den anden valse 20 føres ind i hulrummet 21 mellem tætningsrakel 2 og rotationsvalsen 18. Da tætningsrakelet 2 i berøringsområdet 22 er tangentielt eller tilnærmelsesvis tangentielt med rotationsvalsen 18, trækkes den over-20 skydende farve let med ind i rakelkammerets 3 hulrum 19. Derved dannes en film mellem tætningsrakelet 2 og rotationsvalsen 18, som reducerer friktionen og nedsætter slitage på såvel tætningsrakelet 2 og rotationsvalsen 18.

Den tangentielle berøring mellem tætningsrakelet 2 og rotationsvalsen 18 opnås ved 25 en elastisk deformation af tætningsrakelet 2. Fra holderen 16 buer tætningsrakelet 2 med en krumning, der er større ved holderen 16 end i berøringsområdet 22. Hjælpelinien 12 deler tætningsrakelets 2 længde mellem holderen 16 og berøringsområdet i to, og det er illustreret, at krumningen i den første halvdel 13’ er større en i den anden halvdel 14’.

FIG. 5 illustrerer vinklen w mellem tangenten 25 i tætningsrakelets 2 berøringsområde 22 og holderen 16. Vinklen w er for illustrationen skyld på tegningen større end den i 30 7 DK 176856 B1 virkeligheden typisk ville være. Selvom denne spidse vinkel i princippet kan antage værdier på mellem 5 og 50 grader, vil den typisk være mellem 20 og 35 grader. Afbøjningen afhænger af tætningsrakelets elasticitetskonstant og tykkelse, idet sidstnævnte sætter en begrænsning for, hvor meget det kan deformeres, uden at skade rotationsval-5 sen på grund af for stort tryk. Ved tykkere rakler er vinklen mindre end for tynde rakler. Tætningsrakelets tryk på rotationsvalsen skal afpasses til, at der kan opbygges en farvefilm mellem tætningsrakelet og rotationsvalsen. Denne film kan strække sig over flere millimeter af tætningsrakelets længde, hvorfor der er tale om et udstrakt berøringsområde snarere end et linieformet berøringsområde langs rotationsvalsen.

10 FIG. 6a viser rakelkammeret og en del af rotationsvalsen 18, hvor det cirkulære udsnit A er gengivet forstørret i FIG. 6b. Ved den givne bøjning rører kanten 26 af tætningsrakelet 2 rotationsvalsen i en linje. Under drift, vil tætningsrakelet dog blive løftet af rotationsvalsen på grund af den farve, der transporteres ind i kammeret 3 ved passage 15 mellem tætningsrakelet 2 og rotationsvalsen 18. Det linjeformede berøringsområde 22 ændres derfor ved drift til et berøringsområde der strækker sig over flere millimeter. Typisk vil tætningsrakelet være justeret i forhold til rotationsvalsen, at dette berøringsområde med farvefilm ligger ved tætningsrakelets 2 kant 26. Dette er dog ikke strikt nødvendigt, idet det har vist sig, at der ikke er stor forskel på, om berøringslinien 20 mellem tætningsrakelet og rotationsvalsen er på tætningsrakelets 2 kant 26 eller et stykke inde på tætningsrakelet, altså at tætningsrakelet fortsætter forbi den teoretiske berøringslinie, så længe der under drift dannes en friktionsnedsættende farvefilm mellem tætningsrakelet og rotations valsen.

25 I den viste tegning er vinklen mellem tangenten 25 og tætningsrakelet 2 i berøringsområdet 22 større end nul grader. Vinklen holdes typisk mellem 0 og 5 grader for at sikre en smidig gennemgang af farven forbi tætningsrakelet 2 og tilbage ind i kammeret 3.

30 FIG. 7 er en principskitse af en pakning til et kammer som på FIG. 4. FIG. 7a er et sidebillede, mens FIG. 7b viser pakningen i perspektiv. Pakningen 4 har en elastisk sokkel 26, hvorpå der er tilvejebragt et midterstykke 10 med en skinne 7 til anlæg mod rotationsvalsen. Skinnen har en krumning, der under pres mod rotationsvalsen svarer 8 DK 176856 B1 til krumningen på rotationsvalsen. Skinnen tilpasset således, at den følger rotationsvalsens krumning, når pakningen presses mod rotationsvalsen og lettere deformeres; typisk sammenpressen pakningen en halv millimeter ved dette pres, hvorfor skinnen ikke nødvendigvis har den helt nøjagtige krumning af rotationsvalsen, får pakningen 5 presses mod rotationsvalsen.

I forlængelse af hver sin ende af midterstykket 10 er der tilvejebragt en første, lige elastomer-læbe 9 og en anden buende elastomerlæbe 9”. Den anden læbe 9” buer ind mod midterstykket 10 hvor den i overgangspunktet 15 har en i forhold til rotationsval-10 sen tangentiel retning for at understøtte et tangentielt anlæg af tætningsrakelet mod rotationsvalsen. Krumningen af læbe 9” tiltager fra midterstykket 10 mod yderkanten 11, hvor tætningsrakelet forlader holderen. Med henvisning til hjælpelinien 12, ses det, at krumningen faktisk ændrer sig således, at krumningen er større i den første halvdel 13 af læben 9’ end i den anden halvdel 14 af læben 9’. Dette forløb sikrer en 15 langt bedre tætning mod tætningsrakelet end med det kendte system.

Tætningsrakler kan være fremstillet i polymer, for eksempel med fiberforstærkning. I mange tilfælde benyttes dog rakelstål. Rakelstål leveres typisk i lange baner, der er rullet op på en mile og har en bredde på typisk 35 eller 50 mm. Rakelstålet er fremstil-20 let af fjedrende knivstål og er fladt, når det ikke er belastet. Et sådant 50 mm bredt rakels tål klemmes med de første 15 mm ind i holderen, hvor en skinne presser rakelstålet mod kammeret, som det også er vist i FIG. 1. De 35 mm, der stikker udenfor holderen buer således, når rakelstålets frie kant presses mod rotationsvalsen 18. Der foretrækkes, at den frie kant af tætningsrakelet 2 følger rotationsvalsen 18 tangentielt 25 eller tilnærmelsesvis tangentielt, helst med en vinkel med tangenten i berøringsområdet på under 5 grader og allerhelst under 2 grader. Da vil der nemlig danne sig en farvefilm mellem rotationsvalsen og tætningsrakelets kantområde, som strækker sig nogle få millimeter, typisk mellem 2 og 5 mm, fra tætningsrakelets kant.

30 FIG. 8 viser en foretrukket kurve for et rakelstål, der har en tykkelse på 0.1 mm. Abscissen angiver afstanden af rakelstålet fra holderen, og ordinataksen viser afbøjningen af kanten på 7 mm samt det foretrukne kurveforløb. Kurven forløber i al væsentlighed som u(x)=k|-k2x+k3x . I konstanterne indgår kraften fra rotationsvalsen på rakelstålets 9 DK 176856 B1 kant, elasticitetskonstanten af materialet samt inertimomentet. Ϊ det viste kurveforløb aftager krumningen, som er den anden afledte af kurvefunktionen, lineært med afstanden fra holderen.

5 Den viste kurve er teoretisk beregnet med en 7 mm udbøjning af et 0.1 mm tykt rakelstål ved en kraftpåvirkning af 23.4 N i en afstand L=30 mm fra rakelstålets holder. Kurveforløbet i en afstand x fra rakelstålets holder kan approksimativt angives som u(x)=-K*[(L-x)/L-(L-x)3/3L3]. K er da givet som K=P*I2/2E, hvor P er kraften, I er inertimomentet, og E er elasticitesmodulet, som for stål typisk er 210000 /mm2.

10

Afhængigheden af stålets tykkelse er stor med hensyn til kraften mellem rakelstålets kant og rotationsvalsen. Eksempelvis vil den ovennævnte kraft på 23.4 N under samme forhold ændre sig til 90 N ved fordobling af tykkelsen til 0.2 mm og endda til en uacceptabelt høj kraft på over 300 N ved en tykkelse på 0.3 mm.

Claims (11)

1. Et trykværk med en rotationsvalse samt et farvekammer med et tætningsrakel (2) i anlæg med rotationsvalsens (18) overflade i et berøringsområde (22), hvor tætningsra-kelet fastholdes i en holder (16) og er elastisk deformeret til en bue mellem holderen 5 og berøringsområdet, kendetegnet ved, at buen har en krumning, der er større ved holderen end ved berøringsområdet ved rotationsvalsen.

2. Et trykværk ifølge krav 1, hvor buen har en første halvdel (13’), der grænser op til holderen (16), og en anden halvdel (14’), der grænser op til rotations valsen (18), hvor 10 krumningen er størst i den første halvdel.

3. Et trykværk ifølge krav 1, hvor buens krumning aftager fra holderen (16) og til berøringsområdet (22).

4. Et trykværk ifølge krav 1, hvor buens krumning approksimativt aftager jævnt fra holderen (16) til berøringsområdet (22).

5. Et trykværk ifølge krav 1, hvor tætningsrakelet (2) fastholdes i en holder, der har en spids vinkel (w) på mellem 20 og 35 grader i forhold til rotations valsens (18) tangent 20 (25) i berøringsområdet (22),

6. Et trykværk ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, hvor tætningsrakelet (2) i berøringsområdet (22) har en vinkel på mellem 0 og 5 grader med tangenten af rotationsvalsen (18). 25

7. Et trykværk ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, hvor tætningsrakelet (2) har en tykkelse på mellem 0.04 og 0.15 mm og krummer over en afstand på mellem 25 mm og 50 mm fra holderen (16) og til berøringsområdet (22).

8. Et trykværk ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, hvor tætningsrakelets (2) holder er et skinnearrangement (16), der er tilvejebragt på et farvekammer (3), hvor der er tilvejebragt en pakning (4) til tætning mellem tætningsrakelet (2) bue og kam- DK 176856 B1 merets bund (3A), hvor pakningen (4) har et buende midterstykke (10) til anlæg mod rotationsval sen (18) og en læbe (9”) i forlængelse af midterstykket til understøtning af tætningsrakelet fra holderen og til berøringsområdet, hvor læben er udformet med en bue til at følge tætningsrakelets bue, hvor buen der har en krumning, der er større ved 5 holderen end ved berøringsområdet ved rotationsvalsen.

9. En pakning til anvendelse i et trykværk ifølge krav 8, kendetegnet ved, at pakningen (4) har en elastisk sokkel (26) til tætnende anbringelse i kammerets (3) bund (3A) og et buende midterstykke (10) på denne sokkel til anlæg mod rotationsvalsen, hvor der i 10 forlængelse af dette midterstykke er tilvejebragt en elastomer læbe (9”) til understøtning af det buende tætningsrakel (2) fra holderen (6) til berøringsområdet, hvor læben er udformet med en bue, hvis krumning tiltager i retning væk fra midterstykket.

10. En pakning ifølge krav 9, hvor læbens (9”) krumning tiltager jævnt fra midter- 15 stykket (10).

11. En pakning ifølge krav 9, hvor pakningens læbe (9’) har en bue med en første halvdel (13) til at grænse op til holderen (16) og en anden halvdel (14) i forlængelse midterstykket (10), hvor krumningen er størst i den første halvdel.