EP1258352A1 - Vorrichtung zum Kühlen einer Materialbahn - Google Patents

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EP1258352A1
EP1258352A1 EP02007335A EP02007335A EP1258352A1 EP 1258352 A1 EP1258352 A1 EP 1258352A1 EP 02007335 A EP02007335 A EP 02007335A EP 02007335 A EP02007335 A EP 02007335A EP 1258352 A1 EP1258352 A1 EP 1258352A1
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EP
European Patent Office
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cooling
cooling medium
steam
web
steam jet
Prior art date
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EP02007335A
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English (en)
French (fr)
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EP1258352B1 (de
Inventor
Clemens Johannes Maria De Vroome
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Contiweb BV
Original Assignee
Heidelberger Druckmaschinen AG
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Publication of EP1258352B1 publication Critical patent/EP1258352B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B13/00—Machines and apparatus for drying fabrics, fibres, yarns, or other materials in long lengths, with progressive movement
    • F26B13/10—Arrangements for feeding, heating or supporting materials; Controlling movement, tension or position of materials
    • F26B13/14—Rollers, drums, cylinders; Arrangement of drives, supports, bearings, cleaning
    • F26B13/18—Rollers, drums, cylinders; Arrangement of drives, supports, bearings, cleaning heated or cooled, e.g. from inside, the material being dried on the outside surface by conduction
    • F26B13/183—Arrangements for heating, cooling, condensate removal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F23/00—Devices for treating the surfaces of sheets, webs, or other articles in connection with printing
    • B41F23/04—Devices for treating the surfaces of sheets, webs, or other articles in connection with printing by heat drying, by cooling, by applying powders
    • B41F23/0476—Cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F23/00—Devices for treating the surfaces of sheets, webs, or other articles in connection with printing
    • B41F23/04—Devices for treating the surfaces of sheets, webs, or other articles in connection with printing by heat drying, by cooling, by applying powders
    • B41F23/0476—Cooling
    • B41F23/0479—Cooling using chill rolls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F23/00—Devices for treating the surfaces of sheets, webs, or other articles in connection with printing
    • B41F23/04—Devices for treating the surfaces of sheets, webs, or other articles in connection with printing by heat drying, by cooling, by applying powders
    • B41F23/0483—Drying combined with cooling

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for cooling a material web, in particular a printed paper web heated in a hot air dryer in one Web-fed rotary printing press according to the preamble of claim 1 and claim 11.
  • a dryer for example one Hot air dryer, in which the web by exposure to hot air from for example about 300 ° C is dried when passing through the dryer.
  • the material web has a temperature of, for example, approximately 100 ° C and is, before it is fed to a downstream folder, by a cooling device, for example a cooling roll stand, in which it is carried out with cooling liquid through which cooling rollers are guided, for example about 20 ° C is cooled.
  • the necessary temperature increase is achieved, for example, by the Burning a fuel gas in a combustion chamber and / or afterburning the the material web evaporated solvent, always a part of warmed and post-burned air energetically unused as waste heat from a fireplace is fed.
  • the operation of the cooling device that is, the operation a chiller assigned to the cooling device, for example one Compression refrigerator, a cooling capacity on the order of magnitude, for example 100kW required.
  • a device for drying and cooling freshly printed is Paper webs known in which the heat energy required to operate a Absorption refrigeration system through the hot exhaust gas is fed to an afterburner.
  • the hot exhaust gas is first fed to a heat exchanger, in which a Part of the heat is transferred to a heating medium in a first circuit, the Hot medium flows through a heating coil in a cooker.
  • a refrigerant solution for example an ammonia solution, gaseous refrigerant expelled elevated temperature and pressure, which in a second Circuit is supplied to a condenser, in which one with a recooler in Connected cooling coil of a third circuit is arranged.
  • the gaseous coolant is liquefied by heat exchange with the pumped cooling water of the third circuit liquefied and in the second circuit fed to an evaporator via a relief valve, in which an evaporator Heating coil is arranged with the cooling registers of a cooling device via a fourth circuit is connected. Heat is generated via the heating coil in the evaporator released the refrigerant and thus cools a heat transfer medium in the fourth circuit. From the evaporator, the low-pressure refrigerant vapor passes through the second Circuit to an absorber, where it absorbs in low-concentration refrigerant solution becomes. A cooling coil of a fifth circuit is arranged in the absorber, which dissipates the heat of absorption released in the absorber. The now enriched Refrigerant solution is pumped inside the second circuit pumped increased pressure back into the cooker while at the same time out of the cooker Low-refrigerant solution is fed to the absorber via a control valve.
  • This device has the disadvantage that it has a very complex structure, includes in particular five separate heating and coolant circuits and this on the one hand generates high investment and operating costs and on the other hand very much has large dimensions, so that a correspondingly large at cost Space must be provided. Furthermore, it is disadvantageous that the Device for operation requires a volatile refrigerant, which in the event of leakage of the usually closed second circuit in the pressure chamber and exit Can cause environmental and health damage.
  • steam jet vacuum pumps are known from the prior art for For example, such as those sold by Schutte & Koerting, which with the help of a create a vacuum under high pressure steam.
  • the under high-pressure steam is first fed to a nozzle, from which it flows under Decrease in pressure while increasing the speed of the steam into a tapered section of the nozzle Steam jet vacuum nozzle flows.
  • a side opening which communicates with the middle section creates a vacuum.
  • the steam then flows through an expanding section of the Steam jet vacuum nozzle, whereby the speed decreases again and the pressure of the steam increases again, so that this against an external pressure from the Steam jet vacuum nozzle can escape.
  • the invention is accordingly based on the object of providing a device which by a simple structure, and thereby at cost savings simultaneous high reliability causes the cooling of a material web. Still is It is an object of the present invention to provide an apparatus for cooling a To create material web, which includes very few moving parts and without Chemicals works, which have special requirements in terms of construction and operation the device.
  • the device according to the invention for cooling a material web, in particular one printed and heated in a hot air dryer paper web in one Web-fed rotary printing machine uses a cooling medium, which for cooling the Material web is passed through a cooling unit, and a first portion of the Cooling medium evaporates and a second portion of the cooling medium by withdrawing Evaporative heat is cooled by at least one Steam generator, in which, at least in part by means of the waste heat of the Heating device, steam is generated, at least one steam jet vacuum nozzle, which is operated with the steam and which generates a negative pressure, and a Vacuum chamber in which the cooling medium with the vacuum at least partial evaporation and cooling is applied.
  • the device for cooling a material web has very few and easy-to-use components, so that on the one hand the purchase and the operation the device causes little cost, while on the other hand the operation of the Device also only with low costs and at the same time with very high Reliability is feasible.
  • the device according to the invention has a Steam jet vacuum nozzle, which is compared to the power it provides has a very small construction volume, so that it advantageously, without larger Conversion measures, in the vicinity or in the device for cooling a material web can be arranged.
  • Such a steam jet vacuum nozzle also shows in advantageously no moving parts, so that only very much during operation little or no significant wear occurs, which in turn costs and Working wall for repairs can be saved.
  • the device according to the invention uses further, at least in part, the waste heat from a heating device, and thus causes advantageously high energy and cost savings.
  • the device both have a first steam jet vacuum nozzle which has a first negative pressure generated with which the cooling medium is applied, as well as at least a second Have steam jet vacuum nozzle, which generates a second vacuum, which is greater than the first negative pressure and with which the cooling medium is applied.
  • the first steam jet vacuum nozzle can be used for this purpose Generate forevacuum, starting from which at least one more Steam jet vacuum nozzle either creates the desired vacuum or just again creates an intermediate vacuum, which is gradually increased by further Steam jet vacuum nozzles can be reduced.
  • This also makes it, for example, in advantageously possible instead of an extremely powerful steam jet vacuum nozzle multiple, lower performing steam jet vacuum nozzles for generation to operate a desired vacuum. Since the steam jet vacuum nozzles, as already mentioned, advantageously have small dimensions, there is also the advantage that even when using several steam jet vacuum nozzles in the device for Cooling a web of material overall requires only a relatively small amount of space consists.
  • the subchamber may have at least two sections or has at least two partial chambers, which for exchanging cooling medium are connected to one another, the sections or the subchambers with different sized pressures are applied.
  • each of the sections or sub-chambers by one its own steam jet vacuum nozzle assigned to a desired vacuum to evacuate and thereby in a last of the interconnected sections or Sub-chambers to build the desired final vacuum.
  • the device with a temperature measuring unit and a control or Equip control unit, the temperature measuring unit the temperature of the Cooling medium determined before the cooling medium is passed through the cooling device and the control unit as a function of the temperature Steam flow through the steam jet vacuum nozzle controls or regulates.
  • the control or for Control of the temperature of the cooling medium can thus be advantageously simple based on the measured temperature of the cooling medium before passing through the Cooling device the steam flow, for example by controlling a valve in the desired way. Setting or regulating one, for example predetermined temperature of the cooling medium can thus and easily be carried out quickly.
  • the control or Have a control device designed in a known manner which the measured temperature value as an actual value with a predetermined Comparing temperature value as target value and depending on the deviation of both Values the control performs.
  • a further embodiment of the device according to the invention can be a pump, a Have pressure measuring unit and a control or regulating unit, the pump in one Supply line from the vacuum chamber to the cooling unit can be installed, the Pressure measuring unit the pressure difference of the cooling medium before and after the pump can determine and where the control unit as a function of Pressure difference controls the flow rate of the pump in a known manner.
  • the pressure of the cooling medium can be advantageously before the passage of the cooling medium can be set in the desired manner by the cooling device.
  • Another device according to the invention can be characterized in that the Temperature of the cooling medium to about 10 ° C and the pressure of the cooling medium to about 1.7 bar is regulated.
  • the heating device the waste heat for Steam generation is used, a hot air dryer, in particular a combustion chamber or is a post-combustion device of a hot air dryer.
  • the waste heat of which is used for operation a device for cooling the material web has the required amount of energy it is advantageous to operate the device for cooling a material web with the Combine operation of the heater in such a way that the waste heat, that is Loss energy of the hot air dryer at least partially directly as useful energy in the Device for cooling flows.
  • This is particularly advantageous because of the dryer and cooling device are arranged in close proximity to each other, so that for a long time Supply lines, which in particular must be thermally insulated, can be dispensed with.
  • cooling device comprises at least one cooling roller through which the Cooling medium is guided, and which in particular has a diameter in the range of 150 mm to 250 mm.
  • the device according to the invention also has the advantage that the means of Device cooled cooling medium are passed directly through the cooling rollers can, so that advantageously no further heat exchangers and cooling media are used can be.
  • the diameter of the cooling rolls in the range of 150 mm up to 250 mm, i.e. by choosing a relatively small diameter of the cooling rolls it is also advantageous that the cooling rolls, which for example have a hollow Have interior, are flowed through with a relatively small amount of coolant can bring about the desired cooling effect.
  • the connection of the Device according to the invention which requires little space, with a Chill roll stand, which has chill rolls with small diameters, overall a cooling device, which is the footprint of the entire web-fed rotary printing press considerably reduced.
  • an object of the present invention is a method for cooling to create a material web, which with low cost and labor the desired cooling of a material web brings about high reliability at the same time.
  • the cooling of a Cooling medium in an advantageous manner with low costs and little effort causes, due to the small number of process steps and their respective simple feasibility, the process is very reliable in the long run.
  • the generation of a vacuum by means of the steam jet vacuum nozzle is done without moving parts and without the use of special chemicals, so none Signs of wear are to be expected, and on special safety measures can be dispensed with.
  • Fig. 1 shows the schematic structure of a device according to the invention.
  • Fig. 1 shows a hot air dryer 2, which three sections 4, 6 and 8, one Combustion chamber 10 and an integrated cooling roll stand 12, and by the a printed paper web 14 is guided around cooling rollers 16.
  • the one from that Hot air dryer 2 generated warm exhaust air is a via a line 18 Heat exchanger 20 supplied and ejected from it via a chimney 22.
  • Heat exchanger 20 a heating medium is heated, which via a feed line 24
  • Steam generator 26 is supplied and from this via a return line 28 to Heat exchanger is performed.
  • the steam generated in the steam generator 26 For example, water vapor is fed via a line 30 into which a controllable valve 32 is installed, to a first steam jet nozzle 34 and a second steam jet nozzle 36 out, from where the steam in turn via a line 38 back to one of the Sections of the hot air dryer 2 can be performed.
  • the within the area shown by line 40 in FIG. 1 also be arranged within the hot air dryer 2.
  • the vacuum chamber 50 has a first section 54, in which by means of the steam jet vacuum nozzle 34 a first vacuum above the Cooling medium 52 is generated and furthermore has a second section 56, in which is generated by means of the steam jet vacuum nozzle 36, the is higher than the first vacuum in the first section 54.
  • the cooling medium is now at a certain temperature and a certain pressure of a branch point 62 from a line 64, a mixing valve 66 and a Shut-off valve 68 to a cooling roller 70 of the cooling roller stand 12, and through passed through this.
  • the cooling roller 70 is enlarged and for illustration purposes shown outside the cooling roll stand 12.
  • the surface of the cooling roll is at a low Temperature level maintained so that a paper web 14 guided over the surface Contact with the surface is cooled.
  • the cooling medium is fed via a line 72 to a reservoir 74, in which the Cooling medium is stored and from which this via a line 76 and a Valve 78 can be guided back into the vacuum chamber 50.
  • the control according to the invention can be used to control or regulate to predetermined values Device include other components.
  • the Vacuum chamber 50 may be provided with a temperature measuring device 88 which Temperature of the cooling medium in the vacuum chamber is determined, the measured Temperature values are supplied to a control or regulating device 90, for example, which depending on the measured and possibly given temperature values by means of a motor 92 actuated the control valve 32 in the line 30.
  • Vacuum can be influenced. Because this vacuum in turn evaporates the amount of Cooling medium in the vacuum chamber 50 affects, and thus the amount of withdrawn Evaporation heat, this way the temperature of the cooling medium can be exact can be set.
  • Pressure difference between measuring points before and after the pump 60 are determined, wherein the measured value can also be supplied to the control or regulating device 90 can, which depending on the measured value and possibly predetermined Differential pressure values via a motor 96 increases or increases the delivery capacity of the pump 60 decreased so that the pressure at which the cooling medium passes through the cooling roller 70 is performed, set in the desired manner, that is, to a desired value can be.
  • the Temperature of the cooling medium before the cooling medium is passed through the Cooling roller 70 are measured, the measured values in turn the control or Control device can be supplied, for example, depending on the Operating state of the web-fed rotary printing press via a motor 104
  • Mixing valve 66 can operate, thereby cooling the cooling medium from the vacuum chamber is mixed with heated cooling medium from the heating area 100 and the Cooling roller 70 is supplied. This can happen, for example, when the machine is at a standstill Temperature level of the cooling medium from an operating temperature of about 10 ° C Actuation of the mixing valve to about 20 ° C, so that when the Machine does not come to condensation on the cooling rollers.
  • a shut-off valve 68 can be provided, with which the inflow of Cooling medium to the cooling rollers can be prevented, the shut-off valve 68 for Example operated by an electromagnetic actuator 106 can be.
  • the line 76 is for filling the vacuum chamber 50 with cooling medium with an inlet 108 via an actuator 110 which can also be actuated Shutoff valve 112 connected.
  • the level of the cooling medium in the Vacuum chamber 50 determined via a fill level measuring device, not shown be, this via a line 114 with a motor 116 and its control can be connected, which actuates a valve 78 with which the supply of cooling medium can be adjusted to the vacuum chamber 50.
  • Such a device for cooling a material web can be characterized, for example, by the following values: at a speed of the paper web of 15 m / s and a width of 1460 mm and a weight of the paper web of 90 g / m 2 the temperature of the paper web is reduced from an input temperature web of 80 ° C. in front of the chill roll stand 12 to an outlet temperature of 35 ° C. after the chill roll stand 12, the device shown having to have a power of approximately 115 kWh.
  • steam is generated by the steam generator at a pressure of approximately 10 bar and a temperature of approximately 180 ° C., which, guided through the two steam jet vacuum nozzles, extracts approximately 2.8 l / min of water vapor from the vacuum chamber 50.
  • a negative pressure of approximately 12 mbar is generated in the vacuum chamber 50 and the cooling medium is cooled to approximately 10 ° C. to 20 ° C.
  • the temperature control device 87 and the pressure control device 93 bring the cooling medium to 1.7 bar pressure and 10 ° C. temperature before it flows through the cooling roller 70.
  • the cooling medium After the cooling medium has flowed through the cooling roller stand 12 and its cooling rollers 16, 70, the cooling medium only has a pressure of about 1.2 bar and an elevated temperature of 14 ° C.
  • the vacuum chamber 50 and the reservoir 74 can each have a volume of approximately 40 l.
  • the use of the waste heat from the afterburning of the dryer 2 is sufficient, so that further energy feeding into the device can be dispensed with.
  • the control or regulating device 90 can be a display 118, an input unit 120 as well as a storage unit 122, in which measured values, default values, as well complete control profiles for predefined operating states of the Web-fed rotary printing press can be stored.
  • the tax or Control device 90 can for this purpose via lines, not shown, to the individual Measuring devices 88, 94, 102 and the various valves or their Actuator motors connected in such a way that targeted control or also regulation of these components by automatically running programs in the control or Control device 90 or also by manual inputs by an operator can be carried out.

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Kühlen einer Materialbahn (14), insbesondere einer bedruckten und in einem Heißlufttrockner erhitzten Papierbahn (14) in einer Rollenrotationsdruckmaschine, wobei die Vorrichtung Abwärme einer Heizeinrichtung (2, 10) zur Verdampfungsabkühlung eines Kühlmediums (52) nutzt, welches zur Kühlung der Materialbahn (14) durch eine Kühleinrichtung (12) geleitet wird, und wobei ein erster Anteil des Kühlmediums (52) verdampft und ein zweiter Anteil des Kühlmediums (52) durch Entzug von Verdampfungswärme abgekühlt wird, zeichnet sich durch mindestens Dampfgenerator (26), in welchem, zumindest zum Teil mittels der Abwärme der Heizeinrichtung (2, 10), Dampf erzeugt wird, mindestens eine Dampfstrahlvakuumdüse (34, 36), welche mit dem Dampf betrieben wird und welche einen Unterdruck erzeugt, sowie eine Unterdruckkammer (50), in welcher das Kühlmedium (52) mit dem Unterdruck zum zumindest teilweisen Verdampfen und zum Abkühlen beaufschlagt wird, aus. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kühlen einer Materialbahn, insbesondere einer bedruckten und in einem Heißlufttrockner erhitzten Papierbahn in einer Rollenrotationsdruckmaschine, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und Anspruch 11.
Beim Bedrucken von Materialbahnen, zum Beispiel von Papierbahnen, in Rollenrotationsdruckmaschinen ist es bekannt, eine mit Heatset-Farben bedruckte Bahn nach dem Verlassen des letzten Druckwerkes durch einen Trockner, zum Beispiel einen Heißlufttrockner, zu führen, in welchem die Bahn durch Beaufschlagung mit Heißluft von zum Beispiel etwa 300°C beim Durchlaufen des Trockners getrocknet wird. Nach Verlassen des Trockners weist die Materialbahn eine Temperatur von zum Beispiel etwa 100°C auf und wird, bevor sie einem nachgeordneten Falzapparat zugeführt wird, durch eine Kühleinrichtung, zum Beispiel einen Kühlwalzenstand geführt, in welchem sie um mit einer Kühlflüssigkeit durchströmten Kühlwalzen geführt und dabei auf zum Beispiel etwa 20°C abgekühlt wird. Hierdurch kommt es zu einem vollständigen Aushärten der Druckfarbe auf der Materialbahn, sodass diese in dem nachgeordneten Falzapparat ohne abzuschmieren und somit ohne Beschädigungen an dem Druckbild in der gewünschten Weise gefalzt werden kann.
In dem Heißlufttrockner wird die notwendige Temperaturerhöhung zum Beispiel durch das Verbrennen eines Brenngases in einer Brennkammer und/oder das Nachverbrennen der aus der Materialbahn ausgedampften Lösungsmittel bewirkt, wobei stets ein Teil der erwärmten und nachverbrannten Luft energetisch ungenutzt als Abwärme einem Kamin zugeführt wird. Gleichzeitig wird zum Betrieb der Kühleinrichtung, das heißt zum Betrieb einer der Kühleinrichtung zugeordneten Kältemaschine, zum Beispiel einer Kompressionskältemaschine, eine Kühlleistung in der Größenordnung von zum Beispiel 100kW benötigt.
Aus der EP-A 0 997 697 ist eine Vorrichtung zum Trocknen und Kühlen frisch bedruckter Papierbahnen bekannt, in welcher die erforderliche Wärme-Energie für den Betrieb einer Absorptionskälteanlage durch das heiße Abgas einer Nachbrennkammer zugeführt wird. Hierzu wird das heiße Abgas zunächst einem Wärmetauscher zugeführt, in welchem ein Teil der Wärme auf ein Heizmedium in einem ersten Kreislauf übertragen wird, wobei das Heißmedium eine Heizschlange in einem Kocher durchströmt. In dem Kocher wird aus einer Kältemittellösung, zum Beispiel einer Ammoniaklösung, gasförmiges Kältemittel bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck ausgetrieben, welches in einem zweiten Kreislauf einem Verflüssiger zugeführt wird, in welchem eine mit einem Rückkühler in Verbindung stehende Kühlschlange eines dritten Kreislaufes angeordnet ist. In dem Verflüssiger wird das gasförmige Kühlmittel durch Wärmeaustausch mit dem umgepumpten Kühlwasser des dritten Kreislaufes verflüssigt und in dem zweiten Kreislauf über ein Entspannungsventil einem Verdampfer zugeführt, in welchem wiederum eine Heizschlange angeordnet ist, die mit den Kühlregistern einer Kühleinrichtung über einen vierten Kreislauf verbunden ist. Über die Heizschlange in dem Verdampfer wird Wärme an das Kältemittel abgegeben und somit ein Wärmeträger in dem vierten Kreislauf abkühlt. Von dem Verdampfer gelangt der Kältemitteldampf mit niedrigem Druck über den zweiten Kreislauf zu einem Absorber, wo er in niedrig konzentrierter Kältemittellösung absorbiert wird. In dem Absorber ist eine Kühlschlange eines fünften Kreislaufes angeordnet, welche die in dem Absorber freiwerdende Absorptionswärme abführt. Die nunmehr angereicherte Kältemittellösung wird innerhalb des zweiten Kreislaufes durch eine Pumpe unter erhöhtem Druck zurück in den Kocher gepumpt, während gleichzeitig aus dem Kocher über ein Regelventil kältemittelarme Lösung dem Absorber zugeführt wird.
Diese Vorrichtung weist den Nachteil auf, dass sie einen sehr aufwendigen Aufbau besitzt, insbesondere fünf voneinander getrennte Heiz- und Kühlmittelkreisläufe umfasst und hierdurch zum einen hohe Investitions- sowie Betriebskosten erzeugt und zum anderen sehr große Abmessungen aufweist, sodass unter Kostenaufwand eine entsprechend große Stellfläche bereitgestellt werden muss. Des Weiteren ist es von Nachteil, dass die Vorrichtung zum Betrieb ein leicht flüchtiges Kältemittel benötigt, welches bei Leckagen des in der Regel geschlossenen zweiten Kreislaufes in dem Druckraum austreten und zu Umwelt- und Gesundheitsschädigungen führen kann.
Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik Dampfstrahlvakuumpumpen bekannt, zum Beispiel solche, wie sie von Schutte & Koerting verkauft werden, welche mit Hilfe eines unter hohem Druck stehenden Dampfes ein Vakuum erzeugen. Hierzu wird der unter hohem Druck stehende Dampf zunächst einer Düse zugeführt, aus welcher er unter Verringerung des Druckes und gleichzeitiger Erhöhung der Geschwindigkeit des Dampfes in einen der Düse nachgeordneten sich verjüngenden Abschnitt der Dampfstrahlvakuumdüse strömt. Dabei wird, zum Beispiel an einer seitlichen Öffnung, welche mit dem mittleren Abschnitt in Verbindung steht, ein Vakuum erzeugt. Anschließend strömt der Dampf durch einen sich erweiternden Abschnitt der Dampfstrahlvakuumdüse, wobei sich die Geschwindigkeit wieder verringert und der Druck des Dampfes wieder zunimmt, sodass dieser gegen einen äußeren Druck aus der Dampfstrahlvakuumdüse entweichen kann.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche durch einen einfachen Aufbau, und hierdurch unter Kosteneinsparung bei gleichzeitiger hoher Zuverlässigkeit die Kühlung einer Materialbahn bewirkt. Weiterhin ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Kühlen einer Materialbahn zu schaffen, welche nur sehr wenige bewegliche Teile umfasst und ohne Chemikalien arbeitet, welche besondere Anforderungen an den Aufbau sowie das Bedienen der Vorrichtung stellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kühlen einer Materialbahn, insbesondere einer bedruckten und in einem Heißlufttrockner erhitzten Papierbahn in einer Rollenrotationsdruckmaschine, wobei die Vorrichtung Abwärme einer Heizeinrichtung zur Verdampfungsabkühlung eines Kühlmediums nutzt, welches zur Kühlung der Materialbahn durch eine Kühleinheit geleitet wird, und wobei ein erster Anteil des Kühlmediums verdampft und ein zweiter Anteil des Kühlmediums durch Entzug von Verdampfungswärme abgekühlt wird, zeichnet sich durch mindestens einen Dampfgenerator, in welchem, zumindest zum Teil mittels der Abwärme der Heizeinrichtung, Dampf erzeugt wird, mindestens eine Dampfstrahlvakuumdüse, welche mit dem Dampf betrieben wird und welche einen Unterdruck erzeugt, und eine Unterdruckkammer, in welcher das Kühlmedium mit dem Unterdruck zum zumindest teilweisen Verdampfen und Abkühlen beaufschlagt wird, aus.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zum Kühlen einer Materialbahn nur sehr wenige und leicht zu bedienende Komponenten auf, sodass zum einen der Kauf sowie der Betrieb der Vorrichtung nur geringe Kosten verursacht, während zum andern der Betrieb der Vorrichtung ebenfalls nur mit geringen Kosten und gleichzeitig mit sehr hoher Zuverlässigkeit durchführbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Dampfstrahlvakuumdüse auf, welche im Vergleich zu der von ihr erbrachten Leistung ein sehr geringes Bauvolumen aufweist, sodass diese in vorteilhafter Weise, ohne größere Umbaumaßnahmen, in der Nähe oder in der Vorrichtung zum Kühlen einer Materialbahn angeordnet werden kann. Eine solche Dampfstrahlvakuumdüse weist des Weiteren in vorteilhafter Weise keine bewegten Teile auf, sodass während des Betriebes nur sehr geringer oder sogar kein nennenswerter Verschleiß auftritt, wodurch wiederum Kosten und Arbeitswand für Reparaturen eingespart werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung nutzt des Weiteren zumindest zum Teil die Abwärme einer Heizeinrichtung, und bewirkt somit in vorteilhafter Weise eine hohe Energie- und Kosteneinsparung.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, kann die Vorrichtung sowohl eine erste Dampfstrahlvakuumdüse aufweisen, welche einen ersten Unterdruck erzeugt, mit welchem das Kühlmedium beaufschlagt wird, als auch mindestens eine zweite Dampfstrahlvakuumdüse aufweisen, welche einen zweiten Unterdruck erzeugt, welcher größer als der erste Unterdruck ist und mit welchem das Kühlmedium beaufschlagt wird.
Durch den Einsatz mehrerer Dampfstrahlvakuumdüsen ist es in vorteilhafter Weise möglich, schrittweise das gewünschte Vakuum über dem Kühlmedium in der Unterdruckkammer zu erzeugen. Hierzu kann die erste Dampfstrahlvakuumdüse ein Vorvakuum erzeugen, von welchem ausgehend wenigstens eine weitere Dampfstrahlvakuumdüse entweder das gewünschte Vakuum erzeugt oder wiederum nur ein Zwischenvakuum erzeugt, welches schrittweise durch weitere Dampfstrahlvakuumdüsen verringert werden kann. Hierdurch ist es zum Beispiel auch in vorteilhafter Weise möglich, statt einer extrem leistungsstarken Dampfstrahlvakuumdüse mehrere, eine geringere Leistung aufweisende Dampfstrahlvakuumdüsen zur Erzeugung eines gewünschten Vakuums zu betreiben. Da die Dampfstrahlvakuumdüsen, wie bereits erwähnt, vorteilhaft geringe Abmessungen aufweisen, ergibt sich weiterhin der Vorteil, dass selbst beim Einsatz mehrerer Dampfstrahlvakuumdüsen in der Vorrichtung zum Kühlen einer Materialbahn insgesamt nur ein verhältnismäßig geringer Raumbedarf besteht.
Des Weiteren ist es auch möglich, dass die Unterkammer mindestens zwei Abschnitte oder mindestens zwei Teilkammern aufweist, welche zum Austauschen von Kühlmedium miteinander verbunden sind, wobei die Abschnitte oder die Teilkammern mit unterschiedlich großen Unterdrücken beaufschlagt werden.
So ist es zum Beispiel möglich, jeden der Abschnitte oder der Teilkammern durch eine eigene ihm zugeordnete Dampfstrahlvakuumdüse auf ein jeweiliges gewünschtes Vakuum zu evakuieren und hierdurch in einem letzten der miteinander verbundenen Abschnitte oder Teilkammern das gewünschte Endvakuum aufzubauen.
Ferner ist es möglich, die Vorrichtung mit einer Temperaturmesseinheit und einer Steueroder Regeleinheit auszustatten, wobei die Temperaturmesseinheit die Temperatur des Kühlmediums vor der Durchleitung des Kühlmediums durch die Kühleinrichtung bestimmt und die Steuer- oder Regeleinheit in Abhängigkeit von der Temperatur den Dampfdurchfluss durch die Dampfstrahlvakuumdüse steuert oder regelt.
Bei Erhöhung des Dampfdurchflusses durch die Dampfstrahlvakuumdüse erzeugt diese ein höheres Vakuum, wodurch die Menge des verdampften Kühlmediums zunimmt und gleichzeitig das in der Unterdruckkammer zurückgebliebene Kühlmedium stärker abgekühlt wird. Eine Verringerung des Dampfdurchflusses bewirkt in gleicher Weise eine geringere Abkühlung des Kühlmediums in der Unterdruckkammer. Zur Steuerung oder zur Regelung der Temperatur des Kühlmediums kann somit in vorteilhaft einfacher Weise aufgrund der gemessenen Temperatur des Kühlmediums vor der Durchleitung durch die Kühleinrichtung der Dampfdurchfluss, zum Beispiel durch Ansteuerung eines Ventils, in der gewünschten Weise beeinflusst werden. Das Einstellen oder Regeln zum Beispiel einer vorgegebenen Temperatur des Kühlmediums kann somit auf einfache Weise und reaktionsschnell durchgeführt werden. Zur Regelung der Temperatur kann die Steuer- oder Regeleinrichtung eine in bekannter Weise ausgestaltete Regeleinrichtung aufweisen, welche den gemessenen Temperaturwert als Ist-Wert mit einem vorgegebenen Temperaturwert als Soll-Wert vergleicht und in Abhängigkeit von der Abweichung beider Werte die Regelung durchführt.
Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Pumpe, eine Druckmesseinheit und eine Steuer- oder Regeleinheit aufweisen, wobei die Pumpe in eine Zuleitung von der Vakuumkammer zur der Kühleinheit eingebaut sein kann, wobei die Druckmesseinheit die Druckdifferenz des Kühlmediums vor und nach der Pumpe bestimmen kann und wobei die Steuer- oder Regeleinheit in Abhängigkeit von der Druckdifferenz die Förderleistung der Pumpe in bekannter Weise steuert oder regelt.
Hierdurch kann in vorteilhafter Weise der Druck des Kühlmediums vor der Durchleitung des Kühlmediums durch die Kühleinrichtung in gewünschter Weise eingestellt werden.
Eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Temperatur des Kühlmediums auf etwa 10°C und der Druck des Kühlmediums auf etwa 1,7 bar geregelt wird.
Es ist weiterhin auch möglich, dass die Heizeinrichtung, deren Abwärme zur Dampferzeugung benutzt wird, ein Heißlufttrockner, insbesondere eine Brennkammer oder eine Nachverbrennungseinrichtung eines Heißlufttrockners, ist.
Da insbesondere beim Betrieb von Rollenrotationsdruckmaschinen Heißlufttrockner zum Trocknen der bedruckten Materialbahn eingesetzt werden, deren Abwärme die zum Betrieb einer Vorrichtung zum Kühlen der Materialbahn erforderliche Energiemenge aufweist, ist es von Vorteil, den Betrieb der Vorrichtung zum Kühlen einer Materialbahn mit dem Betrieb der Heizeinrichtung in der Weise zu kombinieren, dass die Abwärme, also die Verlustenergie des Heißlufttrockners zumindest teilweise direkt als Nutzenergie in die Vorrichtung zur Kühlung einfließt. Dies ist insbesondere deshalb von Vorteil, da Trockner und Kühleinrichtung in räumlicher Nähe zueinander angeordnet sind, sodass auf lange Zuleitungen, welche insbesondere wärmeisoliert sein müssen, verzichtet werden kann. Auch beim Betrieb eines Heißlufttrockners mit integrierter Kühleinrichtung, zum Beispiel mit integriertem Kühlwalzenstand ist es von besonderem Vorteil, diesen mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Kühlen einer Materialbahn auszurüsten. Dabei kann in vorteilhafter Weise unter Einsparung von Stellfläche zum Beispiel die gesamte Vorrichtung zum Kühlen der Materialbahn mit in den Trockner integriert sein, es ist jedoch auch denkbar, dass zum Beispiel nur die Dampfstrahlvakuumdüsen in den Trockner integriert sind. Da die Dampfstrahlvakuumdüsen aufgrund ihres Funktionsprinzips eine längliche Bauweise aufweisen, bietet es sich in vorteilhafter Weise an, diese in die ebenfalls längliche Bauform eines Trockners, insbesondere eines Heißlufttrockners zu integrieren.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Kühleinrichtung mindestens eine Kühlwalze umfasst, durch welche das Kühlmedium geführt wird, und welche insbesondere einen Durchmesser im Bereich von 150 mm bis 250 mm aufweist.
Der Betrieb einer Kühleinrichtung mit mindestens einer Kühlwalze in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung führt ferner zu dem Vorteil, dass das mittels der Vorrichtung abgekühlte Kühlmedium direkt durch die Kühlwalzen hindurchgeführt werden kann, sodass in vorteilhafter Weise auf weitere Wärmetauscher und Kühlmedien verzichtet werden kann. Durch die Wahl des Durchmessers der Kühlwalzen im Bereich von 150 mm bis 250 mm, also durch die Wahl eines relativ geringen Durchmessers der Kühlwalzen, ist es weiterhin von Vorteil, dass die Kühlwalzen, welche zum Beispiel einen hohlen Innenraum aufweisen, mit einer relativ geringen Menge an Kühlmittel durchflossen werden können, um den gewünschten Kühleffekt herbeizuführen. Somit führt die Verbindung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche einen geringen Platzbedarf aufweist, mit einem Kühlwalzenstand, welcher Kühlwalzen mit geringen Durchmessern aufweist, insgesamt zu einer Kühleinrichtung, welche die Stellfläche der gesamten Rollenrotationsdruckmaschine beträchtlich verringert.
Des Weiteren ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Kühlen einer Materialbahn zu schaffen, welches mit geringem Kosten- und Arbeitsaufwand bei gleichzeitiger hoher Zuverlässigkeit die gewünschte Kühlung einer Materialbahn bewirkt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale von Anspruch 11 gelöst.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Kühlen einer Materialbahn, insbesondere einer bedruckten und in einem Heißlufttrockner erhitzten Papierbahn in einer Rollenrotationsdruckmaschine, wobei Abwärme einer Heizeinrichtung zur Verdampfungsabkühlung eines Kühlmediums genutzt wird, welches zur Kühlung der Materialbahn durch eine Kühleinrichtung geleitet wird, und wobei ein erster Anteil des Kühlmediums verdampft und ein zweiter Anteil des Kühlmediums durch Entzug von Verdampfungswärme abgekühlt wird, zeichnet sich durch die Verfahrensschritte
  • Erzeugen von Dampf, zumindest zum Teil mittels der Abwärme der Heizeinrichtung,
  • Betreiben einer Dampfstrahlvakuumdüse mit dem Dampf und Erzeugen eines Unterdrucks mittels der Dampfstrahlvakuumdüse, und
  • Beaufschlagen des Kühlmediums mit dem Unterdruck, zum zumindest teilweisen Verdampfen und zum Abkühlen des Kühlmediums
aus.
Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Abkühlung eines Kühlmediums in vorteilhafter Weise mit geringen Kosten und geringem Arbeitsaufwand bewirkt, wobei aufgrund der geringen Anzahl der Verfahrensschritte und deren jeweilige einfache Durchführbarkeit, das Verfahren insgesamt auch auf Dauer sehr zuverlässig ist. Das Erzeugen eines Unterdrucks mittels der Dampfstrahlvakuumdüse geschieht ohne bewegliche Teile und ohne Einsatz spezieller Chemikalien, sodass keinerlei Verschleißerscheinungen zu erwarten sind, und auf besondere Sicherheitsmaßnahmen verzichtet werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt ein Heißlufttrockner 2, welcher drei Sektionen 4, 6 und 8, eine Brennkammer 10 sowie einen integrierten Kühlwalzenstand 12 aufweist, und durch den eine bedruckte Papierbahn 14 um Kühlwalzen 16 geführt wird. Die von dem Heißlufttrockner 2 erzeugte warme Abluft wird über eine Leitung 18 einem Wärmetauscher 20 zugeführt und von diesem über einen Kamin 22 ausgestoßen. In dem Wärmetauscher 20 wird ein Heizmedium erwärmt, welches über eine Zuleitung 24 einem Dampfgenerator 26 zugeführt wird und von diesem über eine Rückleitung 28 zum Wärmetauscher geführt wird. Es ist jedoch auch möglich, den Dampfgenerator 26 direkt mit den heißen Abgasen des Heißlufttrockners über die Leitung 18 zu betreiben und auf einen Wärmetauscher 20 zu verzichten. Der in dem Dampfgenerator 26 erzeugte Dampf, zum Beispiel Wasserdampf, wird über eine Leitung 30, in welche ein steuerbares Ventil 32 eingebaut ist, zu einer ersten Dampfstrahldüse 34 und einer zweiten Dampfstrahldüse 36 geführt, von wo aus der Dampf wiederum über eine Leitung 38 zurück zu einer der Sektionen des Heißlufttrockners 2 geführt werden kann. Dabei können zum Beispiel die innerhalb des durch die Linie 40 begrenzten Bereiches der Figur 1 gezeigten Komponenten auch innerhalb des Heißlufttrockners 2 angeordnet sein. Beim Durchströmen des Dampfes durch die erste und die zweite Dampfstrahlvakuumdüse 34 und 36 wird an den Stellen 42 und 44, welche einen verengten Querschnitt aufweisen, ein jeweiliges Vakuum erzeugt, mit welchem über seitlich angebrachte Leitungen 46 und 48 eine Vakuumkammer 50 beaufschlagt wird, in welcher sich ein Kühlmedium 52 befindet. Durch das erzeugte Vakuum über dem Kühlmedium 52 in der Vakuumkammer 50 verdampft dieses teilweise, wobei der Dampf über die Leitungen 46 und 48 in den Dampfstrahl gezogen und über die Leitung 38 entfernt wird. Die Vakuumkammer 50 weist einen ersten Abschnitt 54 auf, in welchem mittels der Dampfstrahlvakuumdüse 34 ein erstes Vakuum über dem Kühlmedium 52 erzeugt wird und weist des Weiteren einen zweiten Abschnitt 56 auf, in welchem mittels der Dampfstrahlvakuumdüse 36 ein zweites Vakuum erzeugt wird, das höher als das erste Vakuum in dem ersten Abschnitt 54 ist. Durch das Verdampfen des Kühlmediums 52 in der Vakuumkammer 50 wird dieses durch Entzug der Verdampfungswärme abgekühlt und kann über eine Leitung 58, in welcher eine Pumpe 60 eingebaut ist, aus dem zweiten Abschnitt 56 der Vakuumkammer 50 abgepumpt werden. Das Kühlmedium wird nun mit einer gewissen Temperatur und einem gewissen Druck von einem Verzweigungspunkt 62 aus über eine Leitung 64, über ein Mischventil 66 und ein Absperrventil 68 zu einer Kühlwalze 70 des Kühlwalzenstandes 12 geführt, und durch diese hindurch geleitet. Die Kühlwalze 70 ist aus Darstellungsgründen vergrößert und außerhalb des Kühlwalzenstandes 12 gezeigt. Durch das Durchspülen der Kühlwalze 70 mit dem gekühlten Kühlmedium wird die Oberfläche der Kühlwalze auf einem niedrigen Temperaturniveau gehalten, sodass eine über die Oberfläche geführte Papierbahn 14 durch Kontakt mit der Oberfläche abgekühlt wird. Nach dem Durchströmen der Kühlwalze 70 wird das Kühlmedium über eine Leitung 72 einem Reservoir 74 zugeführt, in welchem das Kühlmedium bevorratet ist und von welchem dieses über eine Leitung 76 und über ein Ventil 78 zurück in die Vakuumkammer 50 geführt werden kann. Um ein gleichbleibend hohes Niveau des Kühlmediums in dem Reservoir 74 zu gewährleisten, weist dieses zum einen einen Überlauf 80 auf, und zum andern ein mit einem Schwimmer 82 betätigbares Ventil 84 auf, über welches bei absinkendem Niveau des Kühlmediums in dem Reservoir 74 von einem Zulauf 86 Kühlmedium dem Reservoir zugeführt werden kann. Zur Steuerung bzw. zur Regelung auf vorgegebene Werte kann die erfindungsgemäße Vorrichtung weitere Komponenten umfassen. So kann zum Beispiel die Vakuumkammer 50 mit einer Temperaturmesseinrichtung 88 versehen sein, welche die Temperatur des Kühlmediums in der Vakuumkammer bestimmt, wobei die gemessenen Temperaturwerte zum Beispiel einer Steuer- oder Regeleinrichtung 90 zugeführt werden, welche in Abhängigkeit der gemessenen und eventuell vorgegebenen Temperaturwerte mittels eines Motors 92 das Regelventil 32 in der Leitung 30 betätigt. Je nach Öffnungszustand des Ventils 32 ist der Druck des den Dampfstrahlvakuumdüsen 34 und 36 zugeführten Dampfes einstellbar, wodurch in Folge das an den Stellen 42 und 44 erzeugte Vakuum beeinflussbar ist. Da dieses Vakuum wiederum die Menge des verdampften Kühlmediums in der Vakuumkammer 50 beeinflusst, und somit die Menge der entzogenen Verdampfungswärme, kann auf diese Weise die Temperatur des Kühlmediums exakt eingestellt werden. Des Weiteren kann mit Hilfe einer Druckmesseinrichtung 94 die Druckdifferenz zwischen Messstellen vor und nach der Pumpe 60 bestimmt werden, wobei der gemessene Wert ebenfalls der Steuer- oder Regeleinrichtung 90 zugeführt werden kann, welche in Abhängigkeit von dem gemessenen Wert und eventuell vorgegebenen Druckdifferenzwerten über einen Motor 96 die Förderleistung der Pumpe 60 erhöht oder erniedrigt, sodass der Druck, mit welchem das Kühlmedium durch die Kühlwalze 70 geführt wird, in gewünschter Weise, das heißt auf einen gewünschten Wert, eingestellt werden kann. Darüber hinaus ist es möglich, von dem Verzweigungspunkt 62 aus über eine Leitung 98 das Kühlmedium durch einen Heizbereich 100 zu führen, in welchem das Kühlmedium erwärmt wird. Durch eine weitere Temperaturmesseinrichtung 102 kann die Temperatur des Kühlmediums vor dem Durchleiten des Kühlmediums durch die Kühlwalze 70 gemessen werden, wobei die gemessenen Werte wiederum der Steuer- oder Regeleinrichtung zugeführt werden können, welche zum Beispiel in Abhängigkeit vom Betriebszustands der Rollenrotationsdruckmaschine über einen Motor 104 das Mischventil 66 betätigen kann, wodurch gekühltes Kühlmedium von der Vakuumkammer mit erwärmtem Kühlmedium aus dem Heizbereich 100 vermischt wird und der Kühlwalze 70 zugeführt wird. So kann zum Beispiel beim Stillstand der Maschine das Temperaturniveau des Kühlmediums von einer Betriebstemperatur von etwa 10°C durch Betätigung des Mischventils auf etwa 20°C erhöht werden, sodass es beim Stillstand der Maschine nicht zu Kondensation auf den Kühlwalzen kommt. Des Weiteren kann in der Leitung 64 ein Absperrventil 68 vorgesehen sein, mit welchem der Zufluss von Kühlmedium zu den Kühlwalzen verhindert werden kann, wobei das Absperrventil 68 zum Beispiel über eine elektromagnetisch arbeitende Betätigungseinrichtung 106 betätigt werden kann. Zum Befühlen der Vakuumkammer 50 mit Kühlmedium ist die Leitung 76 mit einem Zulauf 108 über ein ebenfalls mit einer Betätigungseinrichtung 110 betätigbares Absperrventil 112 verbunden. Zusätzlich kann der Füllstand des Kühlmediums in der Vakuumkammer 50 über eine nicht dargestellte Füllstandsmesseinrichtung bestimmt werden, wobei diese über eine Leitung 114 mit einem Motor 116 und dessen Steuerung verbunden sein kann, der ein Ventil 78 betätigt, mit welchem der Zulauf von Kühlmedium zur Vakuumkammer 50 eingestellt werden kann.
Eine solche wie in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Kühlen einer Materialbahn kann zum Beispiel durch folgende Werte charakterisiert sein: Bei einer Geschwindigkeit der Papierbahn von 15 m/s und einer Breite von 1460 mm sowie einem Gewicht der Papierbahn von 90 g/m2 kann die Temperatur der Papierbahn von einer Eingangstemperaturbahn von 80°C vor dem Kühlwalzenstand 12 auf eine Ausgangstemperatur von 35°C nach dem Kühlwalzenstand 12 verringert werden, wobei die gezeigte Vorrichtung eine Leistung von etwa 115 kWh aufweisen muss. Hierzu wird von dem Dampfgenerator Wasserdampf mit etwa 10 bar Druck und etwa 180°C Temperatur erzeugt, welcher durch die beiden Dampfstrahlvakuumdüsen geleitet der Vakuumkammer 50 etwa 2,8 1/min Wasserdampf entzieht. Hierdurch wird ein Unterdruck von etwa 12 mbar in der Vakuumkammer 50 erzeugt und das Kühlmedium auf etwa 10°C bis 20°C abgekühlt. Durch die Temperaturregeleinrichtung 87 sowie die Druckregeleinrichtung 93 wird das Kühlmedium vor dem Durchströmen der Kühlwalze 70 auf 1,7 bar Druck und 10°C Temperatur gebracht. Nach dem Durchströmen des Kühlmediums durch den Kühlwalzenstand 12 und dessen Kühlwalzen 16, 70 weist das Kühlmedium nur noch einen Druck von etwa 1,2 bar und eine erhöhte Temperatur von 14°C auf. Durch die Kühlwalzen 16, 70 des Kühlwalzenstandes 12 werden dabei 25 m3 Kühlmedium pro Stunde geführt. Für eine ausreichende Dimensionierung der Vorrichtung können die Vakuumkammer 50 sowie das Reservoir 74 jeweils ein Volumen von etwa 40 1 aufweisen. Beim Betrieb einer solchen Vorrichtung zum Kühlen einer Materialbahn reicht die Nutzung der Abwärme aus der Nachverbrennung des Trockners 2 aus, sodass auf weitere Energieeinspeisung in die Vorrichtung verzichtet werden kann.
Die Steuer- oder Regeleinrichtung 90 kann eine Anzeige 118, eine Eingabeeinheit 120 sowie eine Speichereinheit 122 umfassen, in welcher Messwerte, Vorgabewerte, als auch komplette Steuerprofile für vordefinierte Betriebszustände der Rollenrotationsdruckmaschine gespeichert sein können. Die Steuer- oder Regeleinrichtung 90 kann hierzu über nicht dargestellte Leitungen mit den einzelnen Messeinrichtungen 88, 94, 102 sowie den verschiedenen Ventilen oder deren Betätigungsmotoren in der Weise verbunden sein, dass eine gezielte Ansteuerung oder auch Regelung dieser Komponenten durch selbsttätig ablaufende Programme in der Steueroder Regeleinrichtung 90 oder auch durch manuelle Eingaben durch einen Bediener durchgeführt werden können.
BEZUGSZEICHENLISTE
2
Heißlufttrockner
4, 6, 8
Sektionen des Heißlufttrockners
10
Brennkammer
12
Kühlwalzenstand
14
Papierbahn
16
Kühlwalzen
18
Leitung
20
Wärmetauscher
22
Kamin
24
Zuleitung
26
Dampfgenerator
28
Rückleitung
30
Leitung
32
Ventil
34, 36
Dampfstrahlvakuumdüsen
38
Leitung
40
Linie
42
Stellen mit verengtem Querschnitt
44
Stellen mit verengtem Querschnitt
46, 48
Leitung
50
Vakuumkammer
52
Kühlmedium
54
erster Abschnitt
56
zweiter Abschnitt
58
Leitung
60
Pumpe
62
Verzweigungspunkt
64
Leitung
66
Mischventil
68
Absperrventil
70
Kühlwalze
72
Leitung
74
Reservoir
76
Leitung
78
Ventil
80
Überlauf
82
Schwimmer
84
Ventil
86
Zulauf
87
Temperaturregeleinrichtung
88
Temperaturmesseinrichtung
90
Steuer- oder Regeleinrichtung
92
Motor
93
Druckregeleinrichtung
94
Druckmesseinrichtung
96
Motor
98
Leitung
100
Heizbereich
102
Temperaturmesseinrichtung
104
Motor
106
Betätigungseinrichtung
108
Zulauf
110
Betätigungseinrichtung
112
Absperrventil
114
Leitung
116
Motor
118
Anzeige
120
Eingabeeinheit
122
Speichereinheit

Claims (11)

  1. Vorrichtung zum Kühlen einer Materialbahn (14), insbesondere einer bedruckten und in einem Heißlufttrockner erhitzten Papierbahn (14) in einer Rollenrotationsdruckmaschine, wobei die Vorrichtung Abwärme einer Heizeinrichtung (2, 10) zur Verdampfungsabkühlung eines Kühlmediums (52) nutzt, welches zur Kühlung der Materialbahn (14) durch eine Kühleinrichtung (12) geleitet wird, und wobei ein erster Anteil des Kühlmediums (52) verdampft und ein zweiter Anteil des Kühlmedium (52) durch Entzug von Verdampfungswärme abgekühlt wird, gekennzeichnet durch
    mindestens einen Dampfgenerator (26), in welchem, zumindest zum Teil mittels der Abwärme der Heizeinrichtung (10), Dampf erzeugt wird,
    mindestens eine Dampfstrahlvakuumdüse (34, 36), welche mit dem Dampf betrieben wird und welche einen Unterdruck erzeugt,
    eine Unterdruckkammer (50), in welcher das Kühlmedium (52) mit dem Unterdruck zum zumindest teilweisen Verdampfen und zum Abkühlen beaufschlagt wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    gekennzeichnet durch
    eine erste Dampfstrahlvakuumdüse (34), welche einen ersten Unterdruck erzeugt, mit welchem das Kühlmedium (52) beaufschlagt wird, und mindestens eine zweite Dampfstrahlvakuumdüse (36), welche einen zweiten Unterdruck erzeugt, welcher größer als der erste Unterdruck ist und mit welchem das Kühlmedium (52) beaufschlagt wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2
    dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdruckkammer (50) mindestens zwei Abschnitte (54, 56) oder mindestens zwei Teilkammern (54, 56) aufweist, welche zum Austauschen von Kühlmedium (52) miteinander verbunden sind, wobei die Abschnitte oder die Teilkammern (54, 56) mit unterschiedlich großen Unterdrücken beaufschlagt werden.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    eine Temperaturmesseinheit (88), welche die Temperatur des Kühlmediums (52) vor der Durchleitung des Kühlmediums durch die Kühleinrichtung (12) bestimmt, und eine Steuer- oder Regeleinheit (50), welche in Abhängigkeit von der Temperatur den Dampfdurchfluss durch die Dampfstrahlvakuumdüse (34, 36) steuert oder regelt.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    eine Pumpe (60), welche in eine Zuleitung (58) von der Vakuumkammer (50) zu der Kühleinheit (12) eingebaut ist, eine Druckmesseinheit (94), welche die Druckdifferenz des Kühlmediums (52) vor und nach der Pumpe (60) bestimmt, und eine Steuer- oder Regeleinheit (90), welche in Abhängigkeit von der Druckdifferenz die Förderleistung der Pumpe (60) steuert oder regelt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Kühlmediums (52) in der Vakuumkammer (50) auf etwa 10°C bis 20°C und der Druck des Kühlmediums (52) auf etwa 12 mbar geregelt wird.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (2) ein Heißlufttrockner (2), insbesondere eine Brennkammer (10) oder eine Nachverbrennungseinrichtung (10) des Heißlufttrochners, ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (12) mindestens eine Kühlwalze (16, 70) umfasst, durch welche das Kühlmedium (52) geführt wird, und welche insbesondere einen Durchmesser im Bereich von 150 mm bis 250 mm aufweist.
  9. Trockner, insbesondere Heißlufttrockner,
    gekennzeichnet durch
    eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei insbesondere wenigstens die Dampfstrahlvakuumdüsen (34, 36) in den Trockner (2) integriert sind.
  10. Druckmaschine, insbesondere Rollenrotationsdruckmaschine,
    gekennzeichnet durch
    eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder einen Trockner nach Anspruch 9.
  11. Verfahren zum Kühlen einer Materialbahn (14), insbesondere einer bedruckten und in einem Heißlufttrockner erhitzten Papierbahn (14) in einer Rollenrotationsdruckmaschine, wobei Abwärme einer Heizeinrichtung (2, 10) zur Verdampfungsabkühlung eines Kühlmediums (52) genutzt wird, welches zur Kühlung der Materialbahn (14) durch eine Kühleinrichtung (12) geleitet wird, und wobei ein erster Anteil des Kühlmediums (52) verdampft und ein zweiter Anteil des Kühlmedium (52) durch Entzug von Verdampfungswärme abgekühlt wird, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
    Erzeugen von Dampf, zumindest zum Teil mittels der Abwärme der Heizeinrichtung (2, 10),
    Betreiben einer Dampfstrahlvakuumdüse (34, 36) mit dem Dampf und Erzeugen eines Unterdrucks mittels der Dampfstrahlvakuumdüse, und
    Beaufschlagen des Kühlmediums (52) mit dem Unterdruck, zum zumindest teilweisen Verdampfen und zum Abkühlen des Kühlmediums (52).
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