EP3788313A1 - Verfahren zum trocknen eines substrats sowie lufttrocknermodul sowie trocknersystem - Google Patents

Verfahren zum trocknen eines substrats sowie lufttrocknermodul sowie trocknersystem

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EP3788313A1
EP3788313A1 EP19720116.3A EP19720116A EP3788313A1 EP 3788313 A1 EP3788313 A1 EP 3788313A1 EP 19720116 A EP19720116 A EP 19720116A EP 3788313 A1 EP3788313 A1 EP 3788313A1
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EP
European Patent Office
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substrate
air
air flow
drying
supply air
Prior art date
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Granted
Application number
EP19720116.3A
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English (en)
French (fr)
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EP3788313B1 (de
Inventor
Bernhard Graziel
Michael Tittmann
Jens Büngener
Vincent Krafft
Larisa Von Riewel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heraeus Noblelight GmbH
Original Assignee
Heraeus Noblelight GmbH
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Publication date
Application filed by Heraeus Noblelight GmbH filed Critical Heraeus Noblelight GmbH
Publication of EP3788313A1 publication Critical patent/EP3788313A1/de
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Publication of EP3788313B1 publication Critical patent/EP3788313B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/28—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun
    • F26B3/283—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun in combination with convection
    • 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
    • F26B13/101—Supporting materials without tension, e.g. on or between foraminous belts
    • F26B13/104—Supporting materials without tension, e.g. on or between foraminous belts supported by fluid jets only; Fluid blowing arrangements for flotation dryers, e.g. coanda nozzles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/004—Nozzle assemblies; Air knives; Air distributors; Blow boxes

Definitions

  • the invention relates to a process for at least partial drying of a substrate, comprising the process steps:
  • the invention relates to an air dryer module for drying a substrate moved in a transport direction through a drying space
  • (A) an air supply unit comprising an inlet nozzle for generating a supply air flow directed to the substrate, which has a Hauptausbreitungsraum enclosing with the surface of the substrate an angle between 10 and 85 degrees, and
  • the invention relates to an infrared dryer system for drying a moving in a transport direction through a process space substrate, comprising an infrared dryer module, seen in the substrate transport direction, a sequence of the following components: a front air exchanger unit, with a a plurality of infrared radiators arranged parallel to each other equipped irradiation room, and a rear air exchange unit.
  • Such air dryer modules and drying methods are used, for example, for drying water-based dispersions, inks, paints, varnishes, adhesives or other solvent-containing layers on substrates or for drying. wet webs of fleece and other textile materials used. Infrared dryer systems find particular application for drying printed products such as paper and cardboard and products thereof.
  • printing inks For printing sheet-like or web-like substrates from paper, paperboard, foil or cardboard with printing inks, offset printing machines, lithographic printing machines, rotary printing machines or flexo printing machines are commonly used.
  • Typical ingredients of printing inks and inks are oils, flakes, water and binders.
  • drying is required which can be based on both physical and chemical drying processes. Physical drying processes include the evaporation of solvents (especially water) and their diffusion into the substrate. Chemical drying is understood to mean the oxidation or polymerization of printing ink constituents.
  • infrared dryer systems In addition to infrared radiators, conventional infrared dryer systems have other functional components, such as cooling, supply air and exhaust air, which are linked and regulated to different degrees in an air management system.
  • DE 10 2010 046 756 A1 describes a dryer module and a dryer system composed of a plurality of dryer modules for printing machines for printing on sheet or roll material.
  • the dryer system consists of several infrared dryer modules arranged transversely to the transport direction, each of which has an elongate infrared radiator aligned with the printing material to be dried, whose longitudinal axis is perpendicular to the transport direction of the printing material.
  • an air flow is generated, which acts on the infrared radiator and on the substrate.
  • the infrared radiator is arranged within a process space for the printing substrate.
  • the supply air is supplied to a supply air collecting space and heated therein by means of a heating device.
  • the air heated by the infrared radiator is removed by means of a fan, added to the heated supply air, and the infrared radiator is thereby cooled.
  • the heated supply air enters the process area via gas outlet nozzles in the form of slot nozzles.
  • the gas outlet nozzles are arranged on both sides of the infrared radiator, wherein the slot in the transport direction for the printing material obliquely to the substrate level with an orientation opposite to the transport direction, and the rear slot in the transport direction also oblique to the substrate plane with an orientation in the transport direction.
  • the degree of inclination of the slot nozzles can be changed by a motor.
  • the supply air laden with moisture is removed as exhaust air via an intake duct and partially fed to a heat exchanger, and another part added to the Zu Kunststoffsammelraum.
  • the process gas is heated by means of a dedicated equipment.
  • the heated process gas exits via the slot nozzles in the direction of the substrate as a heated air flow and acts on the substrate to be dried locally and otherwise more or less undefined as long as until it is sucked as humidity laden air elsewhere.
  • the effectiveness of the drying air with respect to the moisture removal from the substrate surface is therefore not exactly reproducible.
  • CA 2 748 263 C describes a method and apparatus for drying by means of heated airflow and ultrasound.
  • the ultrasonic transducers used for this purpose generate ultrasonic waves with a power level in the range of 120 to 190 dB at the interface of the material to be dried and thus contribute to the reduction of a diffusion boundary layer.
  • the ultrasonic transducers are designed with compressed air support, wherein a housing with a central air outlet, which is used on both sides by an obliquely arranged compressed air outlet with additional ultrasonic transducer and two return air inlets.
  • WO 01/02643 A1 discloses a nozzle arrangement in an air-supported web drying apparatus for drying a coated paper web, in which an overpressure nozzle is arranged such that it blows drying air both in the running direction of the web and counter to the running direction of the web.
  • the nozzle arrangement also comprises a baffle nozzle which is combined with the overpressure nozzle, wherein a plurality of nozzle slots are formed in the baffle nozzle in order to blow drying air substantially perpendicular to the web.
  • a common suction channel for the extraction of the exhaust air is arranged between adjacent nozzle arrangements.
  • DE 10 2016 112 122 A1 describes an LED curing device for UV printing inks which comprises an LED lamp holder with a cooling device and a housing. From the top of the cooling device of the LED lamp holder to a housing top wall extends a partition plate, which divides the interior of the housing on both sides of the LED bulb holder in a Gasansaughunt with multiple Gasansaugö réelleen and in a Gasausblashunt with multiple Gasausblasö réelleen. Both the gas intake port and the gas exhaust port are slanted so as to enclose an angle of 45 ° with the vertical center line of the LED lamp carrier.
  • the invention has for its object to provide a drying process that is reproducible and effective and in particular with respect to homogeneity and speed of drying of the substrate leads to an improved result.
  • the object of the invention is to provide an energy-efficient air dryer module and an infrared dryer system, which are improved in particular for the drying of solvent-containing and in particular water-based dispersions with regard to homogeneity and rapidity of drying.
  • this object is achieved on the basis of a method of the type mentioned in the introduction by dividing the exhaust air flow into a plurality of partial flows by supplying each of the partial flows to an individual intake duct, and in the case of an intake air flow a direction component in the direction of movement of the substrate, the supply air flow of the exhaust air flow is spatially upstream, and in the case a Zuluftströmung with a direction component in the opposite direction of the movement of the substrate, the supply air flow of the exhaust air flow is spatially ordered.
  • the supply air flow is not diffuse but has a main propagation direction in which, depending on the air throughput and flow velocity, it penetrates onto the substrate surface and impinges on it at a pre-set angle, where it dries on the coated substrate.
  • acting means that the supply air flow dries the substrate, for example by taking up solvents from the surface layer into the gas phase.
  • the main propagation direction of the incoming air flow with the surface of the substrate encloses an angle between 10 and 85 degrees.
  • Each supply air flow directed to the substrate is spatially associated with an exhaust air flow leading away from the substrate and divided into a plurality of partial streams, via which the process gas laden with moisture and other gaseous components leaving the substrate are removed as exhaust air from a drying space.
  • the flow of the exhaust air is generated by the suction through a suction channel.
  • the intake air flow running obliquely to the substrate surface is assigned a suction, which, depending on the transport direction of the substrate, is either spatially located before or after the location of the supply air flow.
  • the supply air flow running obliquely to the substrate surface thus always points in the direction of the exhaust air flow.
  • the spatial allocation of supply air flow and exhaust air flow on the substrate surface causes an interaction of the respective gas flows with one another and ensures that the air of the flow boundary layer torn open by the intake air flow can be sucked off directly.
  • the supply air flow is arranged spatially downstream of the exhaust air flow.
  • the sense of rotation of the air vortex forming in this case is determined by the oblique orientation of the supply air flow direction and, in the given case, runs in a clockwise direction.
  • the supply air flow of the exhaust air flow is spatially upstream and there is a risk of vortex formation in the exhaust air flow with a direction of rotation counterclockwise.
  • the invention therefore provides that the exhaust air flow is divided into a plurality of partial flows by supplying each of the partial flows to an individual intake duct. JE the partial flow is assigned exactly one intake duct; each partial flow is extracted via exactly one intake channel.
  • the vortex formation can be reduced by dividing the exhaust air flow into several partial flows.
  • a forming air vortex is channeled in the intake ducts and thereby at least partially dissolved. This enables effective and energy-efficient extraction and reduces air consumption.
  • a fast and effective drying of the substrate with simultaneously low energy consumption is achieved on the basis of these measures.
  • the degree of gas turbulence can be controlled and thus also the effectiveness of drying can be set reproducibly.
  • the distribution of the exhaust air flow counteracts the formation of low-exchange zones in a pronounced exhaust air flow vortex. It has proved to be advantageous if the exhaust air flow is divided into at least three partial streams.
  • the intake ducts each have an intake duct suction opening facing a drying space, with adjacent intake openings differing in their position and orientation in the drying space.
  • partial streams are tapped from the "exhaust air flow vortex" at different positions and directions.
  • this is preferably achieved by limiting and defining the intake openings by air baffles projecting into the drying space. Due to the position and orientation of the air baffles, suction openings are defined and branched off from the exhaust air flow vortex partial flows and which impressed a new flow direction, which is referred to below as the "inflow" of the respective partial flow.
  • Each of the intake openings defines its own inflow direction, wherein the intake openings are preferably oriented such that their respective intake directions differ from each other.
  • a plurality of intake openings are oriented such that their individual inflow direction and the main propagation direction of the supply air flow are nearly opposite, that is, for example, an angle between 0 and Include 45 degrees.
  • the supply air flow flows out of a longitudinal slot-shaped nozzle opening and acts in strip form on the substrate to be dried, and that the exhaust air flow is discharged via a plurality of slot-shaped intake ducts.
  • the drying air is discharged from a slot-shaped inlet opening into the drying space in the direction of the substrate surface.
  • the slot-shaped inlet opening is designed for example as a continuous gap or as a juxtaposition of a plurality of individual openings. It acts in a strip-shaped surface area on the substrate to be dried.
  • the intake passages are also slit-shaped and thus also the exhaust air partial flows are each preferably strip-shaped and are discharged through a corresponding number of slit-shaped intake passages.
  • the stripe-shaped supply air flow is preferably spatially assigned in each case a plurality of parallel stripe-shaped exhaust air partial flows.
  • the drying space is arranged transversely to the direction of substrate travel and extends over the entire width of the substrate moved underneath.
  • the entire width of the substrate can be homogeneously treated and dried by means of the dynamically acting air.
  • a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that by means of a process gas quantity control the gas introduced into the drying space gas volume V is set at less than the suctioned from the drying chamber gas volume V out, wherein preferably:
  • the drying module is aerodynamic to the outside neutral, that is, the environment is not contaminated by escaping hot and humidified air; the module is pneumatically tight.
  • the abovementioned object is achieved on the basis of an air module of the type mentioned at the outset in that the exhaust air unit comprises a plurality of intake ducts, so that the exhaust air flow is divided into a plurality of partial flows, and the supply air nozzle has a nozzle opening which facing the exhaust unit.
  • the supply air flow emerges obliquely in the direction of the substrate surface.
  • the nozzle opening of the supply air nozzle thus points in the direction of the substrate surface and at the same time points in the direction of the exhaust air unit.
  • Partial drying of the substrate and air exchange between supply air and exhaust air take place in the drying room.
  • the aim is to keep the drying space as small as possible and to avoid leakage of air from the drying room as possible
  • the drying module according to the invention is characterized in particular by the combination of the following aspects: (i) By means of the supply air flow directed onto the substrate surface, the flow boundary layers entrained and suspended on the moving substrate are broken through.
  • the breakthrough of the flow boundary layers is best achieved when the supply air flow emerging from the nozzle has a main propagation direction which encloses an angle between 10 and 85 degrees with the substrate surface.
  • the drying space can be kept compact.
  • the longitudinal axis encloses an angle between 30 and 90 degrees with the surface of the substrate.
  • the supply air flow is assigned to an exhaust air unit which, depending on the transport direction of the substrate, is either located in front of or after the location of the supply air flow.
  • the nozzle opening of the supply air nozzle points in the direction of the exhaust air unit (and not away from the exhaust air unit).
  • the supply air flow flowing obliquely to the substrate surface thus always has a directional component in the direction of the exhaust air unit.
  • the drying module In the case of a supply air flow with a direction component in the direction opposite to the movement of the substrate, the drying module is oriented such that the supply air unit is arranged spatially downstream of the exhaust air unit. In the other case with a supply air flow with a direction component in the direction of the movement of the substrate, the drying module is oriented so that the air supply unit of the exhaust air unit spatially upstream.
  • the invention provides that the exhaust air unit comprises a plurality of intake ducts by means of which the exhaust air flow is divided into a plurality of partial flows, preferably into at least three partial flows in that each of the partial flows is supplied to an individual intake duct.
  • Each partial flow is assigned exactly one intake channel; each partial flow is extracted via exactly one intake channel.
  • the subdivision of the exhaust air unit in intake ducts is structurally preferably accomplished by the fact that in the drying space baffles protrude, which limit and define at least part of the intake openings of the suction ducts.
  • Each of the intake openings is defined by an individual surface normal, wherein the directions of the surface normals may differ from each other. It has proven useful if the respective individual surface normal with the supply air flow direction encloses an angle between 90 and 200 degrees.
  • this comprises an air supply box, in which the supply air unit and the exhaust air unit are integrated.
  • the Zu Kunststoffaji comprising a supply air chamber with supply air and the supply air
  • the exhaust air unit comprising a suction with exhaust port and the intake ducts summarized so that they form an independent component that in plants to the substrate Processing can be inserted as a drying module, without the need for a structural redesign of other plant areas.
  • the air supply box may also include a blower to be associated with the supply air unit or exhaust unit.
  • the lateral dimension of the air supply box-viewed in the direction of transport of the substrate- is less than 100 mm in preferred embodiments.
  • the drying space is bounded by a first surface, in which the supply air nozzle is formed, by a second surface, in which the intake ducts are formed, and by the substrate.
  • the drying space is essentially limited by three surfaces and has in a cross section along the substrate transport direction seen in approximately triangular shape. It facilitates air circulation, in which the supply air flowing out of the supply air nozzle can rise again after contact with the substrate, with the initial formation of a partial vortex, where it can be efficiently captured and extracted by the intake ducts.
  • the air module is a compact and space-saving dryer unit.
  • the distance between the supply air nozzle and the surface of the substrate is preferably adjustable to less than 10 mm.
  • the dryer module according to the invention may be part of a dryer system in which several identical or different dryer modules are combined.
  • the above-mentioned technical problem is solved according to the invention in that the front and / or the rear air exchange unit contain at least one respective air dryer module according to the invention.
  • the dryer system according to the invention is designed, for example, as an infrared dryer module, in which the actual process chamber comprises a radiation chamber which is equipped with one or more infrared radiators.
  • the actual process space for example the irradiation chamber, is limited by at least one air dryer module according to the invention.
  • the actual process space is limited by a plurality of air dryer modules according to the invention, which in this case are in transport direction next to each other and / or can be arranged one behind the other.
  • three air dryer modules are arranged one behind the other in the transport direction.
  • each downstream in the transport direction of the process chamber the rear drying module, the direction of the air flow from the nozzle is directed against the transport direction of the substrate.
  • the direction of the air flow from the nozzle coincides with the transport direction of the substrate.
  • the front and rear air dryer modules at the inlet and outlet of the dryer system, perform the function of air curtains in addition to the flow boundary layer and substrate drying functions, thus pneumatically sealing the dryer system to the outside.
  • the interaction of the irradiation chamber with the air dryer modules reduces the risk that impurities, and in particular water, entered into the process room and outgas from the dryer system. This enables a particularly low-water process space and improves and optimizes the drying effect.
  • “Supply air” is in the simplest case the air taken from the atmosphere. It may also include synthetically generated gases and gas mixtures suitable for the physical uptake of water. It may also contain reactive substances for chemical drying of the substrate. To improve the drying efficiency, the feed air is preferably preheated to a temperature in the range between 70 and 90 ° C.
  • a “single-inlet opening" of an intake channel is understood to mean the area bounded by a channel edge, through which the sucked exhaust air enters the intake channel.
  • the intake ducts can open into a common suction chamber.
  • spatially subordinate or “spatially upstream” refer to the arrangement in the transport direction of the substrate.
  • a supply air flow having a direction component in the substrate transport direction has a main propagation direction with a direction component in the substrate transport direction. Accordingly, a supply air flow with a direction component greater than zero counter to the substrate transport direction is one whose main propagation direction has a direction component greater than zero opposite to the substrate transport direction.
  • the main direction of propagation is that direction of flow of the supply air flow (still uninfluenced by the flow conditions in the drying space) is imprinted immediately after entry into the drying space. In the embodiment shown schematically in FIG. 2, the direction is predetermined by the longitudinal axis 25a of the supply air nozzle 25.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the air dryer module according to the invention in a cross section along the transport direction of a substrate to be treated
  • FIG. 2 shows a section of the air dryer module with details of the flow behavior within the drying space
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the air dryer module according to the invention in a cross section along the transport direction of a substrate to be treated
  • FIG. 4 shows an infrared dryer system equipped with air dryer modules according to the invention in a longitudinal section in the transport direction of the printing material.
  • a housing 2 encloses a treatment space
  • the in the irradiation chamber 9 indicated directional arrows 20 indicate an airflow directed onto the surface of the printing substrate 3, and the directional arrows 21 indicate an airflow leading away from the printing substrate 3 and an interaction 22 of these air currents with one another.
  • a dryer system for example, several of the dryer modules 1 seen in the transport direction 5 are arranged side by side and in pairs.
  • the juxtaposed pair of dryer modules 1 covers the maximum format width of a printing press. According to the dimensions and color assignment of the printing substrate, the dryer modules 1 and the individual infrared radiators are electrically controlled separately.
  • the air exchange units 6; 7 are equipped with their own housing 10 and inserted into the housing of the dryer module 1 releasably.
  • the air exchanger units 6; 7 are identical, but is in the air exchanger unit 6, the supply air side in front of the exhaust side, and in the air exchanger unit 7, it is the other way around.
  • the air exchange unit 6; 7 simultaneously form Guttrocknermodule in the context of the invention. They are explained in more detail below with reference to Figures 1 to 3. Insofar as the same reference numerals are used in these figures as in FIG. 4, identical or equivalent components and components are referred to, as explained above with reference to the description of the infrared dryer module 1.
  • the cross section of a single air dryer module 6 shown in FIG. 1 comprises a two-part, box-shaped housing 1010 which has an intake air line (supply air duct), an upper supply air chamber 13, a central supply air chamber 14 and a lower supply air chamber 15, and on an exhaust air line (Intake) a lower exhaust chamber 16, a central exhaust chamber 17 and an upper exhaust chamber 18 encloses.
  • the upper supply air chamber 13 is connected to a fan 19, by means of which dry supply air is introduced into the supply air line in a controlled manner with the volume V in .
  • the upper exhaust chamber 18 is connected to a (not shown in the figure) blower, by means of which the moist exhaust air with the volume V out is controlled removed from the exhaust air line.
  • the process gas quantity control for the drying module 6; 7 is designed so that 1, 2 x V in ⁇ V out ⁇ 1, 5 x V in .
  • This means the drying module 6; 7 is pneumatically neutral in the sense that it does not deliver any other volume of gas to the environment in nominal terms except through the suction.
  • a certain volume of external air (about 20 to 50%, based on the supply air volume) is drawn from the environment into the drying module.
  • the effect of the inflowing external air is indicated in FIG. 2 by means of the flow arrows 37.
  • a front perforated plate 23 Between the upper and middle supply air chambers (13, 14) there is a front perforated plate 23 and between the middle and lower supply air chambers (23, 24) a rear perforated plate 24, the front perforated plate 23 having a first number N1 of supply air openings having a first central opening cross section A1, and wherein the rear perforated plate 24 is provided with a second number N2 of supply air passage openings uniformly distributed over the perforated plate 24 and having a second central opening cross section A2, where: N2 > N1 and A1> A2.
  • the front perforated plate 23 effects a uniform distribution of the supply air volume along the rear perforated plate 24, which in turn serves to distribute the supply air uniformly along the slot-shaped air outlet nozzle 25.
  • the lower supply air chamber 15 is connected to a slot-shaped air outlet nozzle 25 whose longitudinal axis 25a encloses an angle a of 30 degrees with the surface of the substrate to be dried (substrate 3). Via the slot-shaped air outlet nozzle 25, a supply air flow reaches the substrate surface with a main propagation direction in the direction of the longitudinal axis 25 and acts dryingly on the substrate (3) in the drying space 26.
  • the process air laden with moisture enters the lower exhaust air chamber 16.
  • the second front perforated plate 28 has a first number N3 of exhaust air passage openings having a first central opening cross section A3 and the second rear perforated plate 29 having a second number N4 is provided by exhaust passage openings uniformly distributed over the perforated plate 29 and having a second central opening area A4, where N4> N3 and A3> A4.
  • the perforation in the second front perforated plate 28 is designed such that over the length of the lower exhaust chamber 16 as uniform as possible internal pressure is adjusted.
  • the flow boundary layers entrained and suspended on the moving substrate (3) are broken through. Due to the fact that the supply air flow direction has a directional component in the direction 5 of the movement of the substrate (3) or in the opposite direction, a disturbance, reduction or even detachment of the fluid dynamic laminar flow boundary layer and, concomitantly, an improvement of the mass transfer and in particular the Dissipation of moisture from the substrate (3) and the drying chamber 26 causes.
  • the drying space 26 has in the illustrated cross-section substantially triangular shape.
  • Figure 1 shows the case of a supply air flow with a flow direction component opposite to the transport direction of the substrate 3.
  • the supply air flow of the exhaust air flow in the transport direction is arranged spatially downstream.
  • a vortex formation of the inflowing and outflowing drying air begins, which is indicated by the directional arrow 27.
  • the direction of rotation of the forming air vortex 27 extends in a clockwise direction to prevent a pronounced vortex formation, the exhaust air flow with the aid of air baffles 30; 31 in several Split partial streams.
  • the air baffles 30; 31 are angled in the opposite direction to the direction of rotation of the air vortex forming and form for a total of three streams individual intake ports 41; 42; 43, as seen from Figure 2.
  • the vortex formation is reduced by dividing the exhaust air flow into several part streams and an initially forming air vortex is channeled into the intake channels 41, 42, 43.
  • the flow behavior within the drying chamber 26 is schematically indicated by the flow arrows 37, 38 and 39, wherein the incoming air flowing into the drying space 26 is designated by the reference numeral 38 and the exhaust air after direction reversal by the reference numeral 39.
  • the independent incoming air outside air is designated by the reference numeral 37.
  • the channeling of the exhaust air flow in the intake ports 41, 42, 43 is by the angled baffles 30; 31, which protrude in different positions in the initially and partially forming air vortex 27. They define suction openings 41 a, 42 a, 43 a of the intake ports 41, 42, 43 (marked by dashed lines in the drawing). Adjacent intake openings 41a, 42a, 43a differ in their position and orientation in the drying space 26. As a result, partial streams are tapped from the exhaust air flow vortex 27 at different positions and directions.
  • Each of the suction openings 41 a, 42 a, 43 a is defined by an individual surface normal. The respective surface normal gives approximately the inflow direction of the relevant partial stream into the intake channel 41; 42, 43 again. The directions of the surface normals and thus the inflow direction differ from each other and enclose an angle of 180 degrees +/- 30 degrees with the supply air flow direction (longitudinal axis 25a).
  • FIG. 3 schematically shows a series arrangement of three air dryer modules 7 according to the invention from FIG. 1. This arrangement is used, for example, at the outlet of an infrared dryer module 1 according to FIG. It is thereby achieved that, when the printing substrate 3 leaves the infrared dryer module 1, as far as possible no toxic or otherwise undesirable substances in gaseous and liquid form leave the process space unfiltered and uncontrolled.

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Abstract

Ein bekanntes Verfahren zum mindestens teilweisen Trocknen eines Substrats umfasst die folgenden Verfahrensschritte: (a) Erzeugung einer auf das Substrat gerichteten Zuluftströmung, die eine Zuluftströmungsrichtung aufweist, die eine Richtungs-Komponente in Transportrichtung oder in Gegenrichtung dazu hat und (b) Erzeugen einer vom Substrat wegführenden Abluftströmung. Um davon ausgehend ein Trocknungsverfahren anzugeben, das reproduzierbar und effektivist und insbesondere hinsichtlich Homogenität und Schnelligkeit der Trocknung des Substrats zu einem verbesserten Ergebnis führt, wird vorgeschlagen, dass die Abluftströmung in mehrere Teilströme aufgeteilt wird, indem jeder der Teilströme einem individuellen Ansaugkanal zugeführt wird, und dass im Fall einer Zuluftströmung mit einer Richtungs-Komponente in Richtung der Fortbewegung des Substrats die Zuluftströmung der Abluftströmung räumlich vorgeordnet ist, und im Fall einer Zuluftströmung mit einer Richtungs-Komponente in Gegenrichtung der Fortbewegung des Substrates die Zuluftströmung der Abluftströmung räumlich nachgeordnet ist.

Description

VERFAHREN ZUM TROCKNEN EINES SUBSTRATS SOWIE LUFTTROCKNERMODUL SOWIE TROCKNERSYSTEM
Beschreibung
Technischer Hintergrund
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mindestens teilweisen Trocknen eines Substrats, umfassend die Verfahrensschritte:
(a) Erzeugung einer auf das Substrat gerichteten Zuluftströmung, die eine Zu- luftströmungsrichtung aufweist, die eine Richtungs-Komponente in Transport- richtung oder in Gegenrichtung dazu hat, und
(b) Erzeugen einer vom Substrat wegführenden Abluftströmung.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Lufttrocknermodul zum Trocknen eines in ei- ner Transportrichtung durch einen Trocknungsraum bewegten Substrats, umfas- send
(a) eine Zulufteinheit, umfassend eine Zuluft-Düse zur Erzeugung einer auf das Substrat gerichteten Zuluftströmung, die eine Hauptausbreitungsrichtung hat, die mit der Oberfläche des Substrats einen Winkel zwischen 10 und 85 Grad einschließt, und
(b) eine Ablufteinheit zum Erzeugen einer vom Substrat aus dem Trocknungs- raum wegführenden Abluftströmung.
Darüber hinaus geht es bei der Erfindung um ein Infrarot-Trocknersystem zum Trocknen eines in einer Transportrichtung durch einen Prozessraum bewegten Substrats, umfassend ein Infrarot-Trocknermodul, das in Substrat-Transport- richtung gesehen eine Sequenz folgender Komponenten aufweist: eine vordere Lufttauschereinheit, einen mit mehreren parallel zueinander angeordneten Infra- rotstrahlern bestückten Bestrahlungsraum, und eine hintere Lufttauschereinheit.
Derartige Lufttrocknermodule und Trocknungsverfahren werden beispielsweise für die Trocknung von wasserbasierten Dispersionen, Tinten, Farben, Lacken, Kle- bern oder anderen lösungsmittelhaltigen Schichten auf Substraten oder zur Trock- nung feuchter Materialbahnen aus Flies und anderen textilen Stoffen eingesetzt. Infrarot-Trocknersysteme finden insbesondere Anwendung zur Trocknung von Druckerzeugnissen wie Papier und Pappe und Produkten hieraus.
Stand der Technik
Zum Bedrucken bogenförmiger oder bahnförmiger Bedruckstoffe aus Papier, Pap- pe, Folie oder Karton mit Druckfarben sind Offset-Druckmaschinen, lithographi sche Druckmaschinen, Rotationsdruckmaschinen oder Flexo-Druckmaschinen gebräuchlich. Typische Inhaltsstoffe von Druckfarben und -tinten sind Öle, Flarze, Wasser und Bindemittel. Bei lösungsmittelhaltigen und vor Allem wasserhaltigen Druckfarben und Lacken ist ein Trocknen erforderlich, das sowohl auf physikali- schen als auch auf chemischen Trocknungsprozessen beruhen kann. Physikali sche Trocknungsprozesse umfassen das Verdunsten von Lösungsmitteln (insbe- sondere von Wasser) und deren Diffusion in den Bedruckstoff. Unter chemischer Trocknung wird die Oxidation beziehungsweise Polymerisation von Druckfarben- Inhaltsstoffen verstanden.
Übliche Infrarot-Trocknersysteme weisen neben Infrarotstrahlern weitere Funkti- onsbausteine wie Kühlung, Zuluft und Abluft auf, die in einem Luftmanagement- System in unterschiedlicher Ausprägung miteinander verknüpft und geregelt wer- den. So beschreibt beispielsweise die DE 10 2010 046 756 A1 ein Trocknermodul und ein aus mehreren Trocknermodulen zusammengesetztes Trocknersystem für Druckmaschinen zum Bedrucken von Bogen- oder Rollenmaterial.
Das Trocknersystem besteht aus mehreren quer zur Transportrichtung angeord- neten Infrarot-Trocknermodulen, von denen jedes einen auf den zu trocknenden Bedruckstoff ausgerichteten langgestreckten Infrarotstrahler aufweist, dessen Längsachse senkrecht zur Transportrichtung des Bedruckstoffs verläuft. Mittels eines regelbaren Lüftungssystems wird eine Luftströmung erzeugt, die auf den Infrarotstrahler und auf den Bedruckstoff einwirkt. Der Infrarotstrahler ist innerhalb eines Prozessraums für den Bedruckstoff angeordnet. Die Zuluft wird einem Zu- luftsammelraum zugeführt und darin mittels einer Heizeinrichtung erwärmt. Außer- dem wird mittels eines Ventilators die vom Infrarotstrahler erwärmte Luft abge- führt, der erwärmten Zuluft hinzugefügt und der Infrarotstrahler dadurch gekühlt. Aus dem Zuluftsammelraum gelangt die erwärmte Zuluft über Gasaustrittsdüsen in Form von Schlitzdüsen in den Prozessraum. Die Gasaustrittsdüsen sind beidseitig des Infrarotstrahlers angeordnet, wobei die in Transportrichtung für den Bedruck- stoff vordere Schlitzdüse schräg zur Bedruckstoffebene mit einer Orientierung entgegen der Transportrichtung, und die in Transportrichtung hintere Schlitzdüse ebenfalls schräg zur Bedruckstoffebene mit einer Orientierung in Transportrich- tung verlaufen. Der Grad der Schrägstellung der Schlitzdüsen ist motorisch verän- derbar.
Aus dem Prozessraum wird die mit Feuchtigkeit beladene Zuluft als Abluft über einen Ansaugkanal abgeführt und teilweise einem Wärmetauscher zugeführt, und ein anderer Teil dem Zuluftsammelraum hinzugefügt.
Bei dem bekannten Infrarot-Trocknermodul wird das Prozessgas mittels einer ei- gens dafür vorgesehenen Fleizeinrichtung erwärmt. Das erwärmte Prozessgas tritt über die Schlitzdüsen in Richtung auf den Bedruckstoff als erwärmte Luftströmung aus und wirkt dabei auf den zu trocknenden Bedruckstoff lokal und ansonsten mehr oder weniger Undefiniert solange ein, bis sie als mit Feuchtigkeit beladene Luft an anderer Stelle wieder abgesaugt wird. Die Effektivität der Trocknungsluft hinsichtlich des Feuchteabtransports von der Substrat-Oberfläche ist daher nicht exakt reproduzierbar.
Die CA 2 748 263 C beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen mittels erwärmtem Luftstrom und Ultraschall. Die dafür eingesetzten Ultraschall- wandler erzeugen an der Grenzfläche des zu trocknenden Materials Ultraschall- wellen mit einem Leistungspegel im Bereich von 120 bis 190 dB und tragen so zum Abbau einer Diffusionsgrenzschicht bei. In einer Ausführungsform sind die Ultraschallwandler mit Druckluftunterstützung ausgeführt, wobei ein Gehäuse mit einem zentralen Luftauslass, der beidseitig von je einem schräg gestellten Druck- luftauslass mit zusätzlichem Ultraschallwandler und zwei Rücklufteinlässen einge- setzt wird.
Aus der WO 01/02643 A1 ist eine Düsenanordnung in einer luftgestützten Bahn- trocknungsvorrichtung zum Trocknen einer beschichteten Papierbahn bekannt, bei der eine Überdruckdüse so angeordnet ist, dass sie Trocknungsluft sowohl in Laufrichtung der Bahn als auch entgegen der Laufrichtung der Bahn bläst. Die Düsenanordnung umfasst außerdem eine Pralldüse, die mit der Überdruckdüse kombiniert ist, wobei in der Pralldüse eine Vielzahl von Düsenschlitzen ausgebildet sind, um Trocknungsluft weitgehend senkrecht zur Bahn zu blasen. Bei Einsatz mehrerer, in Transportrichtung der Papierbahn hintereinander angeordneter Dü- senanordnungen ist zwischen benachbarten Düsenanordnungen jeweils ein ge- meinsamer Absaugkanal für die Absaugung der Abluft angeordnet.
Die DE 10 2016 112 122 A1 beschreibt eine LED-Aushärtungseinrichtung für UV- Druckfarben, die einen LED-Lampenträger mit einer Kühlvorrichtung und ein Ge- häuse umfasst. Von der Oberseite der Kühlvorrichtung des LED-Lampenträgers zu einer Gehäuse-Oberwand erstreckt sich eine Trennplatte, die den Innenraum des Gehäuses beidseitig zum LED-Lampenträger in eine Gasansaugkammer mit mehreren Gasansaugöffnungen und in eine Gasausblaskammer mit mehreren Gasausblasöffnungen aufteilt. Sowohl die Gasansaugöffnung als auch die Gas- ausblasöffnung sind so schräg gestellt, dass sie mit der vertikalen Mittellinie des LED-Lampenträgers einen Winkel von 45° einschließen.
Technische Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Trocknungsverfahren anzugeben, das reproduzierbar und effektiv ist und insbesondere hinsichtlich Homogenität und Schnelligkeit der Trocknung des Substrats zu einem verbesserten Ergebnis führt.
Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein energieeffizientes Luft- trocknermodul und ein Infrarot-Trocknersystem bereitzustellen, die insbesondere für die Trocknung lösungsmittelhaltiger und insbesondere wasserbasierter Disper- sionen hinsichtlich Homogenität und Schnelligkeit der Trocknung verbessert sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Ab- luftströmung in mehrere Teilströme aufgeteilt wird, indem jeder der Teilströme ei- nem individuellen Ansaugkanal zugeführt wird, und dass im Fall einer Zuluftströ- mung mit einer Richtungs-Komponente in Richtung der Fortbewegung des Sub- strats die Zuluftströmung der Abluftströmung räumlich vorgeordnet ist, und im Fall einer Zuluftströmung mit einer Richtungs-Komponente in Gegenrichtung der Fort- bewegung des Substrates die Zuluftströmung der Abluftströmung räumlich nach- geordnet ist.
Die Zuluftströmung ist nicht diffus, sondern sie hat eine Hauptausbreitungsrich- tung, in der sie je nach Luftdurchsatz und Strömungsgeschwindigkeit auf die Sub- strat-Oberfläche vordringt und darauf in einem voreingestellten Winkel auftrifft und dort trocknend auf das beschichtete Substrat einwirkt. Einwirken bedeutet hier, dass die Zuluftströmung das Substrat trocknet, beispielsweise indem Lösungsmit- tel aus der Oberflächenschicht in die Gasphase aufgenommen werden. Vorzugs- weise schließt die Hauptausbreitungsrichtung der Zuluftströmung mit der Oberflä- che des Substrats einen Winkel zwischen 10 und 85 Grad ein.
Jeder auf das Substrat gerichteten Zuluftströmung ist eine vom Substrat wegfüh- rende und in mehrere Teilströme unterteilte Abluftströmung räumlich zugeordnet, über die das mit Feuchtigkeit beladene Prozessgas und andere aus dem Substrat austretende gasförmige Komponenten als Abluft aus einem Trocknungsraum ab- geführt werden. Die Strömung der Abluft wird durch das Absaugen über einen An- saugkanal erzeugt.
Das erfindungsgemäße Trocknungsverfahren zeichnet sich insbesondere durch die Kombination folgender Aspekte aus:
(i) Mittels der auf die Substrat-Oberfläche gerichteten Zuluftströmung werden die am bewegten Substrat mitgezogenen und hängenden Strömungsgrenzschich- ten durchbrochen. Insbesondere wird dabei in einem vorgelagerten Heizpro- zess verdampftes Wasser mit der Zuluftströmung mitgerissen und vom Sub- strat entfernt. Das Durchbrechen der Strömungsgrenzschichten gelingt am besten, wenn die Zuluftströmungsrichtung eine Hauptausbreitungsrichtung mit einer Richtungs-Komponente in Richtung der Fortbewegung des Substrates oder in Gegenrichtung dazu hat, also schräg zur Substrat-Oberfläche verläuft. Vorzugsweise liegt der zwischen der Hauptausbreitungsrichtung der Zuluft- strömung und der Substrat-Oberfläche eingeschlossene Neigungswinkel zwi- schen 10 und 85 Grad. Dadurch wird eine Störung, Verkleinerung oder sogar Ablösung der fluiddynamischen laminaren Strömungsgrenzschicht und damit einhergehend eine Verbesserung des Stofftransports und insbesondere der Abführung von Feuchtigkeit aus dem Substrat bewirkt.
Im Fall einer schräg in Transportrichtung austretenden Zuluftströmung trifft diese mit einer Auftreffgeschwindigkeit auf das Substrat auf, die um die Bewe- gungsgeschwindigkeit des Substrats vermindert ist. Im anderen Fall addieren sich die in Transportrichtung weisenden Geschwindigkeitsvektoren von Zuluft strömung und Substrat-Bewegung in der Auftreffgeschwindigkeit.
(ii) Der schräg zur Substrat-Oberfläche verlaufenden Zuluftströmung ist eine Ab- saugung zugeordnet, die je nach Transportrichtung des Substrats entweder räumlich vor oder nach dem Ort der Zuluftströmung liegt. Die schräg zur Sub- strat-Oberfläche verlaufende Zuluftströmung weist somit stets in Richtung auf die Abluftströmung. Die räumliche Zuordnung von Zuluftströmung und Abluft- strömung bewirkt auf der Substrat-Oberfläche eine Interaktion der jeweiligen Gasströmungen miteinander und gewährleistet, dass die Luft der von der Zu- luftströmung aufgerissenen Strömungsgrenzschicht unmittelbar abgesaugt werden kann.
Im Fall einer Zuluftströmung mit einer Richtungs-Komponente in Gegenrich- tung der Fortbewegung des Substrates ist die Zuluftströmung der Abluftströ- mung räumlich nachgeordnet. Dadurch und infolge der schräg zur Substrat- Oberfläche verlaufenden Zuluftströmungsrichtung besteht jedoch die Gefahr einer Wirbelbildung. Der Drehsinn des sich dabei bildenden Luftwirbels wird durch die schräge Orientierung der Zuluftströmungsrichtung bestimmt und ver- läuft im gegebenen Fall im Uhrzeigersinn.
Im anderen Fall mit einer Zuluftströmung mit einer Richtungs-Komponente in Richtung der Fortbewegung des Substrates ist die Zuluftströmung der Abluft- strömung räumlich vorgeordnet und es besteht die Gefahr einer Wirbelbildung in der Abluftströmung mit einer Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn.
(iii) Eine ausgeprägte Wirbelbildung führt zu einer örtlichen Stabilisierung und
Bindung der verwirbelten Luft, einhergehend mit austauscharmen, sogenann- ten toten Zonen, was ein effektives Absaugen erschwert. Die Erfindung sieht daher vor, dass die Abluftströmung in mehrere Teilströme aufgeteilt wird, in- dem jeder der Teilströme einem individuellen Ansaugkanal zugeführt wird. Je- dem Teilstrom ist genau ein Ansaugkanal zugeordnet; jeder Teilstrom wird über genau einen Ansaugkanal abgesaugt.
Es hat sich gezeigt, dass die Wirbelbildung durch eine Aufteilung der Abluft- strömung in mehrere Teilströme vermindert werden kann. Ein sich bildender Luftwirbel wird in den Ansaugkanälen kanalisiert und dadurch mindestens teilweise aufgelöst. Dadurch wird ein effektives und energiesparendes Absau- gen ermöglicht und der Luftverbrauch sinkt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird aufgrund dieser Maßnahmen eine schnelle und effektive Trocknung des Substrats bei gleichzeitig geringem Energie- verbrauch erreicht. Zudem ist durch Steuerung der Volumina an Zuluft und Abluft der Grad der Gasverwirbelung beherrschbar und damit auch die Effektivität der Trocknung reproduzierbar einzustellen.
Durch die Aufteilung der Abluftströmung wird der Ausbildung austauscharmer Zo- nen in einem ausgeprägten Abluftströmungs-Wirbels entgegengewirkt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Abluftströmung in mindestens drei Teilströme aufgeteilt wird.
An den örtlichen Positionen im Trocknungsraum, an denen die Aufteilung der Ab- luftströmung geschieht, werden Teilströme aus dem„Abluftströmungs-Wirbel“ ab- gezweigt. Diese Positionen liegen im bevorzugten Fall dort, wo sich ansonsten der besagte Abluftströmungs-Wirbel in ausgeprägter Weise ausbilden würde.
Im Hinblick darauf hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Ansaugkanäle je- weils eine einem Trocknungsraum zugewandte Ansaugkanal-Einsaugöffnung ha- ben, wobei sich benachbarte Einsaugöffnungen in ihrer Position und Orientierung im Trocknungsraum unterscheiden. Dadurch werden aus dem„Abluftströmungs- Wirbel“ an unterschiedlichen Positionen und Richtungen Teilströme abgegriffen.
Konstruktiv wird dies bevorzugt dadurch bewerkstelligt, dass die Einsaugöffnun- gen durch in den Trocknungsraum ragende Luftleitbleche begrenzt und definiert werden. Durch die Position und Orientierung der Luftleitbleche werden Ansau- göffnungen definiert und aus dem Abluftströmungs-Wirbel Teilströme abgezweigt und denen eine neue Strömungsrichtung aufgeprägt, die im Folgenden als„Ein- strömrichtung“ des jeweiligen Teilstroms bezeichnet wird. Jede der Einsaugöffnungen definiert ihre eigene Einströmrichtung, wobei die Ein- saugöffnungen vorzugsweise so orientiert sind, dass sich ihre jeweiligen Ansaug- richtungen voneinander unterscheiden. Im Hinblick auf eine effektive Trocknung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn mehrere Einsaugöffnungen, besonders bevorzugt alle Einsaugöffnungen, so orientiert sind, dass ihre individuelle Ein- strömrichtung und die Hauptausbreitungsrichtung der Zuluftströmung nahezu ent- gegengesetzt verlaufen, also beispielsweise einen Winkel zwischen 0 und 45 Grad einschließen.
Bei einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass die Zu- luftströmung aus einer längsschlitzförmigen Düsenöffnung ausströmt und streifen- förmig auf das zu trocknende Substrat einwirkt, und dass die Abluftströmung über mehrere schlitzförmige Ansaugkanäle abgeführt wird.
Die Trocknungsluft wird hierbei aus einer schlitzförmige Einlassöffnung in den Trocknungsraum in Richtung auf die Substrat-Oberfläche aus. Die schlitzförmige Einlassöffnung ist beispielsweise als durchgehender Spalt ausgeführt oder als An- einanderreihung einer Vielzahl von Einzelöffnungen. Sie wirkt in einem streifen- förmigen Oberflächenbereich auf das zu trocknende Substrat ein. Gegebenenfalls sind auch die Ansaugkanäle schlitzförmig und damit auch die Abluft-Teilströme jeweils bevorzugt streifenförmig ausgebildet und werden durch eine entsprechen- de Anzahl von schlitzförmigen Ansaugkanälen abgeführt. Somit sind der streifen- förmigen Zuluftströmung bevorzugt jeweils mehrere, parallel verlaufende streifen- förmige Abluft-Teilströmungen räumlich zugeordnet.
Der Trocknungsraum ist zur Substratlaufrichtung hin quer angeordnet und er- streckt sich über die gesamte Breite des darunter bewegten Substrats. So kann die gesamte Breite des Substrates mittels der dynamisch einwirkenden Luft ho- mogen behandelt und getrocknet werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass mittels einer Prozessgasmengensteuerung das in den Trocknungsraum eingeleitete Gasvolumen Vin kleiner eingestellt wird als das aus dem Trocknungsraum abgesaugte Gasvolumen Vout, wobei vorzugsweise gilt:
1 ,2 x Vjn *· V0ut ^ 1 ,5 x Vjn. Anhand von Simulationen konnte gezeigt werden, dass in einem ausgeprägten Luftwirbel innerhalb des Trocknungsraums hohe Strömungsgeschwindigkeiten der Abluftströmung erzeugt würden, die dazu führen können, dass Abluft in nennens- werter Menge über die Eintritts- und Austrittsseite des Substrats austritt, was zu Störungen in der vorgelagerten Prozessstufe beziehungsweise zu Kontaminatio- nen der Umgebung führen kann.
Infolge der Aufteilung der Abluftströmung in Teilströme wird die Ausbildung eines ausgeprägten Luftwirbels innerhalb des Trocknungsraums vermieden, wie oben erläutert. Anstatt die Trocknungsluft aus dem Trocknungsraum austreten zu las- sen, wird sie bevorzugt in den Trocknungsraum in leichter Tendenz eingesaugt. Die Luftbalance zwischen der Abluftströmung einerseits und den über die Zuluft- strömung und an den Substrat-Eintritts- und Austrittsseite in den im Trocknungs- raum einströmenden Luftmengen wird vorzugsweise so eingestellt, dass sich ein Volumenverhältnis zwischen 1 ,2 und 1 ,5 ergibt. Im Idealfall wird dadurch verhin- dert, dass keine Trocknungsluft nach Außen aus dem Trocknungsraum entweicht. Das Trocknungsmodul wirkt lufttechnisch nach Außen neutral das heißt, die Um- gebung wird durch austretende heiße und mit Feuchte angereicherte Luft nicht kontaminiert; das Modul ist pneumatisch dicht.
Hinsichtlich des Lufttrocknermoduls wird die oben angegebene Aufgabe ausge- hend von einem Luftmodul der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Ablufteinheit mehrere Ansaugkanäle umfasst, so dass die Abluftströmung in mehrere Teilströme aufgeteilt wird, und dass die Zuluft-Düse eine Düsenöffnung aufweist, die der Ablufteinheit zugewandt ist.
Durch die Zuluft-Düse tritt die Zuluftströmung schräg in Richtung auf die Substrat- Oberfläche aus. Die Düsenöffnung der Zuluft-Düse weist somit in Richtung auf die Substrat-Oberfläche und gleichzeitig weist sie in Richtung der Ablufteinheit.
Im Trocknungsraum finden das teilweise Trocknen des Substrats und der Luftaus- tausch zwischen Zuluft und Abluft statt. Ziel ist es, den Trocknungsraum möglichst klein zu halten und ein Austreten von Luft aus dem Trocknungsraum möglichst zu vermeiden
Das erfindungsgemäße Trocknungsmodul zeichnet sich insbesondere durch die Kombination folgender Aspekte aus: (i) Mittels der auf die Substrat-Oberfläche gerichteten Zuluftströmung werden die am bewegten Substrat mitgezogenen und hängenden Strömungsgrenzschich- ten durchbrochen. Das Durchbrechen der Strömungsgrenzschichten gelingt am besten, wenn die aus der Düse austretende Zuluftströmung eine Haupt- ausbreitungsrichtung hat, die mit der Substrat-Oberfläche einen Winkel zwi- schen 10 und 85 Grad einschließt. Durch das effektive Durchbrechen der Strömungsgrenzschichten kann der Trocknungsraum kompakt gehalten wer- den. So schließt beispielsweise bei einer schlitzförmigen Zuluft-Düse mit einer in Richtung der Zuluftströmung verlaufenden Düsen-Längsachse, die Längs- achse mit der Oberfläche des Substrats einen Winkel zwischen 30 und 90 Grad ein.
(ii) Der Zuluftströmung ist eine Ablufteinheit zugeordnet, die je nach Transport- richtung des Substrats entweder räumlich vor oder nach dem Ort der Zuluft- strömung liegt. In jedem Fall weist die Düsenöffnung der Zuluft-Düse in Rich- tung auf die Ablufteinheit (und nicht von der Ablufteinheit weg). Die schräg zur Substrat-Oberfläche ausströmende Zuluftströmung hat somit stets eine Rich- tungs-Komponente in Richtung der Ablufteinheit.
Im Fall einer Zuluftströmung mit einer Richtungs-Komponente in Gegenrich- tung der Fortbewegung des Substrates ist das Trocknungsmodul so orientiert, dass die Zulufteinheit der Ablufteinheit räumlich nachgeordnet. Im anderen Fall mit einer Zuluftströmung mit einer Richtungs-Komponente in Richtung der Fortbewegung des Substrates ist das Trocknungsmodul so orientiert, dass die Zulufteinheit der Ablufteinheit räumlich vorgeordnet.
(iii) Um eine ausgeprägte Wirbelbildung und damit eine örtliche Stabilisierung und Bindung der verwirbelten Luft im Trocknungsraum zu erschweren , sieht die Erfindung vor, dass die Ablufteinheit mehrere Ansaugkanäle umfasst, mittels denen die Abluftströmung in mehrere Teilströme, vorzugsweise in mindestens drei Teilströme, aufgeteilt wird, indem jeder der Teilströme einem individuellen Ansaugkanal zugeführt wird. Jedem Teilstrom ist genau ein Ansaugkanal zu- geordnet; jeder Teilstrom wird über genau einen Ansaugkanal abgesaugt.
Es hat sich gezeigt, dass die Wirbelbildung durch eine Aufteilung der Abluftströ- mung in mehrere Teilströme vermindert werden kann. Dadurch wird ein effektives und energiesparendes Absaugen innerhalb eines kleinen Trocknungsraum- Volumen ermöglicht, und der Luftverbrauch sinkt. Das erfindungsgemäße Luft- trocknermodul ist daher für den Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren geeig- net.
Die Unterteilung der Ablufteinheit in Ansaugkanäle wird konstruktiv bevorzugt dadurch bewerkstelligt, dass in den Trocknungsraum Luftleitbleche ragen, die mindestens einen Teil der Einsaugöffnungen der Absaugkanäle begrenzen und definieren.
Durch die Position und Orientierung der Luftleitbleche werden die Teilstrom an unterschiedlichen Stellen im Trocknungsraum abgezweigt. Jede der Ansaugöff- nungen ist durch eine individuelle Flächennormale definiert, wobei sich die Rich- tungen der Flächennormalen voneinander unterscheiden können. Es hat sich be- währt, wenn die jeweilige individuelle Flächennormale mit der Zuluftströmungsrich- tung einen Winkel zwischen 90 und 200 Grad einschließt.
Das bedeutet, dass die jeweilige Einsaugöffnung so orientiert ist, dass die Ein- strömrichtung des jeweiligen Teilstroms der Abluftströmung und die Zuluftströ- mungsrichtung nahezu entgegengesetzt verlaufen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luft- trocknermoduls umfasst dieses einen Luftversorgungskasten, in dem die Zuluft- einheit und die Ablufteinheit integriert sind.
Im Luftversorgungskasten in diesem Sinne sind beispielsweise die Zulufteinheit, umfassend eine Zuluftkammer mit Zuluftanschluss und die Zuluftdüse, sowie die Ablufteinheit, umfassend eine Absaugkammer mit Abluftanschluss und den An- saugkanälen so zusammengefasst, dass sie ein eigenständiges Bauelement bil- den, das in Anlagen zur Substrat-Prozessierung als Trocknungsmodul einfügbar ist, ohne dass es dafür einer konstruktiven Umgestaltung anderer Anlagenberei- che bedarf. Der Luftversorgungskasten kann außerdem ein Gebläse enthalten, das der Zulufteinheit oder Ablufteinheit zuzuordnen ist. Die seitliche Abmessung des Luftversorgungskastens - in Transportrichtung des Substrats gesehen - be- trägt bei bevorzugten Ausführungsformen weniger als 100 mm. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luft- trocknermoduls ist der Trocknungsraum begrenzt von einer ersten Fläche, in der die Zuluftdüse ausgebildet ist, von einer zweiten Fläche, in der die Ansaugkanäle ausgebildet sind, und von dem Substrat.
Der Trocknungsraum ist dabei im Wesentlichen von drei Flächen begrenzt und hat in einem Querschnitt entlang der Substrat-Transportrichtung gesehen in etwa Dreiecksform. Er erleichtert eine Luftzirkulation, bei der die aus der Zuluftdüse ausströmende Zuluft nach dem Kontakt am Substrat unter anfänglicher Ausbil- dung eines Teil-Wirbels wieder hochsteigen kann, wo sie von den Ansaugkanälen effizient erfasst und abgesaugt werden kann. Beim erfindungsgemäßen Trock- nermodul wird aufgrund dieser Maßnahme eine schnelle und effektive Trocknung des Substrats bei gleichzeitig geringem Energieverbrauch erreicht. Angesichts des effizienten Luftmanagements stellt das Luftmodul eine kompakte und in der Ma- schine platzsparende Trocknereinheit dar. Der Abstand zwischen der Zuluft-Düse und der Oberfläche des Substrats ist vorzugsweise auf weniger als 10 mm ein- stellbar.
Das erfindungsgemäße Trocknermodul kann Bestandteil eines Trocknersystems sein, in dem mehrere gleiche oder unterschiedliche Trocknermodule zusammen- gefasst sind.
Hinsichtlich des Trocknersystems zum Trocknen eines in einer Transportrichtung durch einen Prozessraum bewegten Substrats wird die oben genannte technische Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die vordere und/oder die hintere Lufttauschereinheit mindestens jeweils ein Lufttrocknermodul gemäß der Erfin dung enthalten.
Das Trocknersystem gemäß der Erfindung ist beispielsweise als Infrarot- Trocknermodul ausgeführt, bei dem der eigentliche Prozessraum eine Bestrah- lungskammer umfasst, die mit einem oder mit mehreren Infrarotstrahlern bestückt ist. Der eigentliche Prozessraum, beispielsweise die Bestrahlungskammer, ist von mindestens einem erfindungsgemäßen Lufttrocknermodul begrenzt. Bei einer be- sonders bevorzugten Ausführungsform ist der eigentliche Prozessraum von meh- reren Lufttrocknermodulen gemäß der Erfindung begrenzt, die dabei in Transport- richtung nebeneinander und/oder hintereinander angeordnet sein können. Bevor- zugt sind in Transportrichtung drei Lufttrocknermodule hintereinander angeordnet.
Bei jedem in Transportrichtung der Prozesskammer nachgeordneten, hinteren Trocknungsmodul ist die Richtung der Luftströmung aus der Düse entgegen der Transportrichtung des Substrates gerichtet. Beim jedem in Transportrichtung der Prozesskammer vorgeordneten, vorderen Trocknungsmodul stimmt die Richtung der Luftströmung aus der Düse mit der Transportrichtung des Substrates überein.
Das vordere und das hintere Lufttrocknermodul übernehmen am Eingang und am Ausgang des Trocknersystems zusätzlich zu den Funktionen der Ablösung der Strömungsgrenzschicht und der Trocknung des Substrats die Funktion von Luft- vorhängen und dichten somit das Trocknersystem pneumatisch nach außen ab. Das Zusammenwirken der Bestrahlungskammer mit den Lufttrocknermodulen vermindert die Gefahr, dass Verunreinigungen, und insbesondere Wasser, in den Prozessraum eingetragen und aus dem Trocknersystem ausgasen. Dies ermög- licht einen besonders wasserarmen Prozessraum und verbessert und optimiert den Trocknungseffekt.
Definitionen
“Zuluft“ ist im einfachsten Fall die aus der Atmosphäre entnommene Luft. Sie kann auch synthetisch erzeugte Gase und Gasgemische umfassen, die zur physikali- sehen Aufnahme von Wasser geeignet sind. Sie kann auch reaktive Substanzen zur chemischen Trocknung des Substrat enthalten. Zur Verbesserung der Trock- nungseffizienz ist die Zuluft vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich zwi- schen 70 und 90 °C vorgewärmt.
Über die„Ansaugkänale“ fließt die Abluft aus dem Trocknungsraum ab. Als„Ein- Säugöffnung“ eines Ansaugkanals wird diejenige von einem Kanalrand begrenzte Fläche verstanden, durch die hindurch die angesaugte Abluft in den Ansaugkanal eintritt. Die Ansaugkanäle können in eine gemeinsame Absaugkammer münden.
Die Begriffe„räumlich nachgeordnet“ beziehungsweise„räumlich vorgeordnet“ beziehen sich auf die Anordnung in Transport-Richtung des Substrats gesehen. Eine Zuluftströmung mit einer Richtungs-Komponente in Substrat- Transportrichtung hat eine Hauptausbreitungsrichtung mit einer Richtungs- Komponente in Substrat-Transportrichtung. Dementsprechend ist eine Zuluftströ- mung mit einer Richtungs-Komponente größer Null entgegen der Substrat- Transportrichtung eine solche, deren Hauptausbreitungsrichtung eine Richtungs- Komponente größer Null entgegen der Substrat-Transportrichtung hat. Die Haupt- ausbreitungsrichtung ist diejenige Strömungsrichtung der Zuluftströmung (noch unbeeinflusst von den Strömungsverhältnissen im Trocknungsraum) unmittelbar nach dem Eintritt in den Trocknungsraum aufgeprägt wird. Bei der in Figur 2 schematisch gezeigten Ausführungsform ist die Richtung durch die Längsachse 25a der Zuluft-Düse 25 vorgegeben.
Ausführunqsbeispiele
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Pat- entzeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung im Einzelnen:
Figur 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lufttrocknermoduls in einem Querschnitt entlang der Transportrichtung eines zu behandeln- den Substrats,
Figur 2 einen Ausschnitt des Lufttrocknermoduls mit Einzelheiten zum Strö- mungsverhalten innerhalb des Trocknungsraums,
Figur 3 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lufttrocknermo- duls in einem Querschnitt entlang der Transportrichtung eines zu be- handelnden Substrats, und
Figur 4 ein Infrarot-Trocknersystem, ausgerüstet mit Lufttrocknermodulen ge- mäß der Erfindung in einem Längsschnitt in Bedruckstoff- Transportrichtung.
Bei der in Figur 4 schematisch gezeigten Ausführungsform eines Infrarot- Trocknermoduls 1 umschließt ein Gehäuse 2 einen Behandlungsraum
(=Prozessraum) für einen Bedruckstoff 3 (=Substrat) mit folgenden Komponenten (in Transportrichtung 5 gesehen): eine vordere Lufttauschereinheit 6 mit einem eigenen Gehäuse 10 und einem zusätzlichen Luftleitblech 6a, eine mit achtzehn Infrarotstrahlern 8 bestückte Infrarot-Bestrahlungskammer 9, deren Längsachsen 8a etwa in Transportrichtung 5 verlaufen und die parallel zueinander angeordnet sind, und eine hintere Lufttauschereinheit 7 mit einem eigenen Gehäuse 10. Die in die Bestrahlungskammer 9 eingezeichneten Richtungspfeile 20 deuten eine auf die Oberfläche des Bedruckstoffs 3 gerichtete Luftströmung, und die Richtungs- pfeile 21 eine vom Bedruckstoff 3 wegführende Luftströmung, sowie eine Wech- selwirkung 22 dieser Luftströmungen miteinander an.
In einem Trocknersystem sind beispielsweise mehrere der Trocknermodule 1 in Transportrichtung 5 gesehen paarweise neben- und hintereinander angeordnet. Das jeweils nebeneinander angeordnete Paar der Trocknermodule 1 deckt die maximale Formatbreite einer Druckmaschine ab. Entsprechend der Abmessungen und Farbbelegung des Bedruckstoffs sind die Trocknermodule 1 und die einzelnen Infrarotstrahler getrennt voneinander elektrisch ansteuerbar.
Die Lufttauschereinheiten 6; 7 sind mit ihrem jeweils eigenen Gehäuse 10 ausge- stattet und in das Gehäuse des Trocknermoduls 1 lösbar eingesetzt. Die Lufttau- schereinheiten 6; 7 sind baugleich, jedoch liegt bei der Lufttauschereinheit 6 die Zuluftseite vor der Abluftseite, und bei der Lufttauschereinheit 7 ist es umgekehrt. Am Ausgang des Trocknermoduls 1 sind drei Lufttauschereinheiten 7 zu einer Gruppe zusammengefasst, und die letzte Lufttauschereinheit 7 ist mit einem ab- schließenden Luftleitblech 7a versehen. Die Lufttauschereinheit 6; 7 bilden gleichzeitig Lufttrocknermodule im Sinne der Erfindung. Sie werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Sofern in diesen Figuren dieselben Bezugsziffern wie in Figur 4 verwendet sind, so sind damit baugleiche oder äqui valente Bauteile und Bestandteile bezeichnet, wie sie oben anhand der Beschrei- bung des Infrarot-Trocknermodul 1 erläutert sind.
Der in Figur 1 gezeigte Querschnitt eines einzelnen Lufttrocknermoduls 6 umfasst ein zweigeteiltes, kastenförmiges Gehäuse 1010, das auf einem Zuluft-Strang (Zu- luftkanal) eine obere Zuluftkammer 13, eine mittlere Zuluftkammer 14 und eine untere Zuluftkammer 15, sowie auf einem Abluft-Strang (Ansaugkanal) eine untere Abluftkammer 16, eine mittlere Abluftkammer 17 und eine obere Abluftkammer 18 umschließt. Die obere Zuluftkammer 13 ist mit einem Gebläse 19 verbunden, mittels dem tro- ckene Zuluft geregelt mit dem Volumen Vin in den Zuluft-Strang eingeleitet wird. Ebenso ist die obere Abluftkammer 18 mit einem (in der Figur nicht dargestellten) Gebläse verbunden, mittels dem die feuchte Abluft mit dem Volumen Vout geregelt aus dem Abluftstrang entfernt wird. Die Prozessgasmengensteuerung für das Trocknungsmodul 6; 7 ist dabei so ausgelegt, dass gilt: 1 ,2 x Vin < Vout < 1 ,5 x Vin. Das bedeutet, das Trocknungsmodul 6; 7 ist pneumatisch neutral in dem Sinn, dass es außer über die Absaugung nominal kein anderes Gasvolumen an die Umgebung abgibt. Im Gegenteil, aus der Umgebung wird ein gewisses Volumen an Fremdluft (etwa 20 bis 50% bezogen auf das Zuluft-Volumen) in das Trock- nungsmodul eingesaugt. Der Effekt der einströmenden Fremdluft ist in Figur 2 an- hand der Strömungspfeile 37 angedeutet.
Zwischen oberer und mittlerer Zuluftkammer (13; 14) befindet sich eine vordere Lochplatte 23, und zwischen mittlerer und unterer Zuluftkammer (23; 24) eine hin- tere Lochplatte 24, wobei die vordere Lochplatte 23 eine erste Anzahl N1 von Zu- luft-Durchlassöffnungen aufweist, die einen ersten mittleren Öffnungsquerschnitt A1 haben, und wobei die hintere Lochplatte 24 mit einer zweiten Anzahl N2 von Zuluft-Durchlassöffnungen versehen ist, die über die Lochplatte 24 gleichmäßig verteilt sind, und die einen zweiten mittleren Öffnungsquerschnitt A2 haben, wobei gilt: N2>N1 und A1 >A2. Die vordere Lochplatte 23 bewirkt eine gleichmäßige Ver- teilung des Zuluft-Volumens entlang der hinteren Lochplatte 24, die wiederum da- zu dient, die Zuluft gleichmäßig entlang der schlitzförmigen Luftauslass-Düse 25 zu verteilen.
Die untere Zuluftkammer 15 ist mit einer schlitzförmigen Luftauslass-Düse 25 ver- bunden, deren Längsachse 25a mit der Oberfläche des zu trocknenden Substrats (Bedruckstoff 3) einen Winkel a von 30 Grad einschließt. Über die schlitzförmige Luftauslass-Düse 25 gelangt ein Zuluftstrom mit einer Hauptausbreitungsrichtung in Richtung der Längsachse 25 auf die Substrat-Oberfläche und wirkt im Trock- nungsraum 26 trocknend auf das Substrat (3) ein.
Vom Trocknungsraum 26 gelangt die mit Feuchtigkeit beladene Prozessluft in die untere Abluftkammer 16. Zwischen unterer Abluftkammer 16 und mittlerer Abluft- kammer 17 befindet sich eine zweite vordere Lochplatte 28, und zwischen mittle- rer und oberer Abluftkammer (17; 18) eine zweite hintere Lochplatte 29, wobei die zweite vordere Lochplatte 28 eine erste Anzahl N3 von Abluft-Durchlassöffnungen aufweist, die einen ersten mittleren Öffnungsquerschnitt A3 haben, und wobei die zweite hintere Lochplatte 29 mit einer zweiten Anzahl N4 von Abluft- Durchlassöffnungen versehen ist, die über die Lochplatte 29 gleichmäßig verteilt sind, und die einen zweiten mittleren Öffnungsquerschnitt A4 haben, wobei gilt: N4>N3 und A3>A4. Die Lochung in der zweiten vorderen Lochplatte 28 ist so aus- gelegt, dass sich über die Länge der unteren Abluftkammer 16 ein möglichst gleichmäßiger Innendruck einstellt.
Mittels der auf die Substrat-Oberfläche gerichteten Zuluftströmung werden die am bewegten Substrat (3) mitgezogenen und hängenden Strömungsgrenzschichten durchbrochen. Dadurch, dass die Zuluftströmungsrichtung eine Richtungs- Komponente in Richtung 5 der Fortbewegung des Substrates (3) oder in Gegen- richtung dazu hat, wird eine Störung, Verkleinerung oder sogar Ablösung der flu iddynamischen laminaren Strömungsgrenzschicht und damit einhergehend eine Verbesserung des Stofftransports und insbesondere der Abführung von Feuchtig- keit aus dem Substrat (3) und dem Trocknungsraum 26 bewirkt.
Dafür ist die schräg zum Substrat 3 verlaufende Strömungsrichtung der Zuluft (Hauptausbreitungsrichtung in Richtung der Längsachse 25a) wichtig und außer- dem eine Aufteilung der Abluftströmung durch eine Absaugung, die je nach Transportrichtung des Substrats entweder räumlich vor oder nach dem Ort der Zuluftströmung liegt. In jedem Fall weist die schräg zur Substrat-Oberfläche ver- laufende Zuluftströmung in Richtung auf die Abluftseite. Der Trocknungsraum 26 hat im dargestellten Querschnitt im Wesentlichen Dreiecksform.
Figur 1 zeigt den Fall einer Zuluftströmung mit einer Strömungsrichtungs- Komponente entgegen der Transportrichtung des Substrats 3. Dabei ist die Zuluft- strömung der Abluftströmung in der Transportrichtung räumlich nachgeordnet. In- folge des Einströmwinkels a und der gegenüberliegenden Absaugung setzt eine Wirbelbildung der einströmenden und ausströmenden Trocknungsluft ein, was durch den Richtungspfeil 27 angedeutet ist. Der Drehsinn des sich bildenden Luftwirbels 27 verläuft im Uhrzeigersinn Um eine ausgeprägte Wirbelbildung zu verhindern wird die Abluftströmung mit Hilfe von Luftleitblechen 30; 31 in mehrere Teilströme aufgeteilt. Die Luftleitbleche 30; 31 sind im Gegensinn zur Drehrichtung des sich ausbildenden Luftwirbels abgewinkelt und bilden für insgesamt drei Teil ströme individuelle Ansaugkanäle 41 ; 42; 43 aus, wie aus Figur 2 erkennbar.
Die Wirbelbildung wird durch die Aufteilung der Abluftströmung in mehrere Teil ströme vermindert und ein sich anfänglich bildender Luftwirbel wird in den An- saugkanälen 41 , 42, 43 kanalisiert. Das Strömungsverhalten innerhalb der Trock- nungskammer 26 ist schematisch von den Strömungspfeilen 37, 38 und 39 ange- deutet, wobei die in den Trocknungsraum 26 einströmende Zuluft mit der Bezugs- ziffer 38 und die Abluft nach Richtungsumkehr mit der Bezugsziffer 39 bezeichnet werden. Die unabhängig davon einströmende Fremdluft ist mit der Bezugsziffer 37 bezeichnet.
Die Kanalisierung der Abluftströmung in den Ansaugkanälen 41 , 42, 43 wird durch die abgewinkelten Luftleitbleche 30; 31 bewirkt, die in unterschiedlichen Positio- nen in den sich anfänglich und teilweise ausbildenden Luftwirbel 27 hineinragen. Sie definieren Einsaugöffnungen 41 a, 42a, 43a der Ansaugkanäle 41 , 42, 43 (in der Zeichnung durch gestrichelte Linien markiert). Benachbarte Einsaugöffnungen 41 a, 42a, 43a unterscheiden sich in ihrer Position und Orientierung im Trock- nungsraum 26. Dadurch werden aus dem Abluftströmungs-Wirbel 27 an unter- schiedlichen Positionen und Richtungen Teilströme abgegriffen. Jede der Einsau- göffnungen 41 a, 42a, 43a ist durch eine individuelle Flächennormale definiert. Die jeweilige Flächennormale gibt in etwa die Einströmrichtung des betreffenden Teil- stroms in den Ansaugkanal 41 ; 42, 43 wieder. Die Richtungen der Flächennorma- len und damit die Einströmrichtung unterscheiden voneinander und schließen mit der Zuluftströmungsrichtung (Längsachse 25a) einen Winkel um 180 Grad +/- 30 Grad ein.
Die örtlichen Positionen im Trocknungsraum 26, an denen die Aufteilung der Ab- luftströmung geschieht, liegen dort, wo sich ansonsten der besagte Abluftströ- mungs-Wirbel 27 in ausgeprägter Weise ausbilden würde. Dieser wird dadurch mindestens teilweise aufgelöst, so dass durch die Aufteilung der Abluftströmung der Ausbildung eines ausgeprägten Abluftströmungs-Wirbels entgegengewirkt, und ein effektives und energiesparendes Absaugen ermöglicht wird. Beim erfin- dungsgemäßen Verfahren wird aufgrund dieser Maßnahmen eine schnelle und effektive Trocknung des Substrats 3 bei gleichzeitig geringem Energieverbrauch erreicht.
Figur 3 zeigt schematisch eine Hintereinander-Anordnung von drei erfindungsge- mäßen Lufttrocknermodulen 7 von Figur 1. Diese Anordnung kommt beispielswei- se am Ausgang eines Infrarot-Trocknermoduls 1 gemäß Figur 4 zum Einsatz. Dadurch wird erreicht, dass beim Austritt des Bedruckstoffs 3 aus dem Infrarot- Trocknermodul 1 möglichst keine giftigen oder aus anderen Gründen unerwünsch- ten Substanzen in gasförmiger und flüssiger Form den Prozessraum ungefiltert und unkontrolliert verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum mindestens teilweisen Trocknen eines in Transportrichtung (5) bewegten Substrats (3), umfassend die Verfahrensschritte:
(a) Erzeugung einer auf das Substrat (3) gerichteten Zuluftströmung (38), die eine Zuluftströmungsrichtung aufweist, die eine Richtungs-Komponente in Transportrichtung (5) oder in Gegenrichtung dazu hat, und
(b) Erzeugen einer vom Substrat (3) wegführenden Abluftströmung (39), dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftströmung (39) in mehrere Teilströme aufgeteilt wird, indem jeder der Teilströme einem individuellen Ansaugkanal (41 ; 42; 43) zugeführt wird, und dass im Fall einer Zuluftströmung (38) mit ei- ner Richtungskomponente in Substrat-Transportrichtung (5) die Zuluftströ- mung (38) der Abluftströmung (39) räumlich vorgeordnet ist, und im Fall einer Zuluftströmung (39) mit einer Richtungskomponente entgegen der Transport- richtung (5) die Zuluftströmung (38) der Abluftströmung (39) räumlich nach- geordnet ist .
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftströ- mung (39) in mindestens drei Teilströme aufgeteilt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die An- saugkanäle (41 ; 42; 43) jeweils eine einem Trocknungsraum (26) zugewand- te Ansaugkanal-Einsaugöffnung (41 a; 42a; 43a) haben, wobei sich benach- barte Einsaugöffnungen in ihrer Position und Orientierung im Trocknungs- raum (26) unterscheiden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsaugöff- nungen (41a; 42a; 43a) durch in den Trocknungsraum (26) ragende Luftleit- bleche (30; 31 ) begrenzt werden, und jede Einsaugöffnung (41 a; 42a; 43a) dem jeweilig einströmenden Teilstrom eine individuelle Einströmrichtung vor- gibt, wobei sich die Einströmrichtungen benachbarter Teilströme voneinander unterscheiden.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einsau- göffnungen (41 a; 42a; 43a), besonders bevorzugt alle Einsaugöffnungen (41a; 42a; 43a), so orientiert sind, dass ihre individuellen Einströmrichtungen nahezu entgegengesetzt zu einer Hauptausbreitungsrichtung (25a) der Zu- luftströmung (38) verlaufen.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Zuluftströmung aus einer längsschlitzförmigen Düsenöff- nung (25) ausströmt und streifenförmig auf das zu trocknende Substrat (3) einwirkt, und dass die Abluftströmung (39) über mehrere schlitzförmige An- saugkanäle (41 ; 42; 43) abgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die auf das Substrat (3) gerichtete Zuluftströmung (38) eine Hauptausbreitungsrichtung (25a) hat, die mit der Oberfläche des Substrats (3) einen Winkel zwischen 10 und 85 Grad einschließt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass mittels einer Prozessgasmengensteuerung das in den Trock- nungsraum eingeleitete Gasvolumen Vin kleiner eingestellt wird als das aus dem Trocknungsraum abgesaugte Gasvolumen Vout, wobei vorzugsweise gilt. 1 ,2 x Vjn *· V0ut ^ 1 ,5 x Vjn.
9. Lufttrocknermodul zum Trocknen eines in einer Transportrichtung (5) durch einen Trocknungsraum (26) bewegten Substrats (3), umfassend
(a) eine Zulufteinheit (13; 14; 15; 25) , umfassend eine Zuluft-Düse (25) zur Erzeugung einer auf das Substrat (3) gerichteten Zuluftströmung (38), die eine Hauptausbreitungsrichtung (25a) hat, die mit der Oberfläche des Substrats (3) einen Winkel zwischen 10 und 85 Grad einschließt,
(b) eine Ablufteinheit (16; 17; 18; 41 ; 42; 43) zum Erzeugen einer vom
Substrat (3) aus dem Trocknungsraum (26) wegführenden Abluftströ- mung (39),
dadurch gekennzeichnet, dass die Ablufteinheit (16; 17; 18; 41 ; 42; 43) meh- rere Ansaugkanäle (41 ; 42; 43) umfasst, so dass die Abluftströmung (39) in mehrere Teilströme aufgeteilt wird, und dass die Zuluft-Düse (25) eine Dü- senöffnung aufweist, die der Ablufteinheit (16; 17; 18; 41 ; 42; 43) zugewandt ist.
10. Lufttrocknermodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ab- lufteinheit (16; 17; 18; 41 ; 42; 43) mindestens drei Ansaugkanäle (41 ; 42; 43)umfasst.
11. Lufttrocknermodul nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterteilung in Ansaugkanäle (41 ; 42; 43) mittels in den Trocknungsraum (26) ragenden Luftleitblechen (30; 31 ) erfolgt, die mindestens einen Teil der Einsaugöffnungen (41 a; 42a; 43a) der Ansaugkanäle (41 ; 42; 43) begrenzen und definieren.
12. Lufttrocknermodul nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekenn- zeichnet, mehrere Einsaugöffnungen (41 a; 42a; 43a), besonders bevorzugt alle Einsaugöffnungen, so orientiert sind, dass ihre individuellen Einström- richtungen nahezu entgegengesetzt zu einer Hauptausbreitungsrichtung (25a) der Zuluftströmung (38) verlaufen.
13. Lufttrocknermodul nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekenn- zeichnet, dass es einen Luftversorgungskasten umfasst, in dem die Zuluft- einheit und die Ablufteinheit integriert sind.
14. Lufttrocknermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Zuluft-Düse (25) und der Oberfläche des Substrats (3) weniger als 10 mm beträgt.
15. Lufttrocknermodul nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Trocknungsraum (26) begrenzt ist von einer ersten Flä che, in der die Zuluft-Düse (25) ausgebildet ist, von einer zweiten Fläche, in der die Ansaugkanäle (41 ; 42; 43) ausgebildet sind, und von dem Substrat (3).
16. Trocknersystem zum Trocknen eines in einer Transportrichtung (5) durch einen Prozessraum (9; 26) bewegten Substrats (3), umfassend ein Infrarot- Trocknermodul (1 ), das in Substrat-Transportrichtung (5) gesehen eine Se- quenz folgender Komponenten aufweist: eine vordere Lufttauschereinheit (6), einen mit mehreren parallel zueinander angeordneten Infrarotstrahlern (8) bestückten Bestrahlungsraum (9), und eine hintere Lufttauschereinheit (7), dadurch gekennzeichnet, dass die vordere und/oder die hintere Lufttausche- reinheit jeweils mindestens ein Lufttrocknermodul (6; 7) nach einem der An- sprüche 9 bis 15 enthalten.
17. Trocknersystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die hinte- re und/oder die Lufttauschereinheit mehrere nebeneinander und/oder hinter- einander angeordnete Lufttrocknermodule (6; 7) umfasst.
18. Trocknersystem nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekenn- zeichnet, dass mindestens ein Lufttrocknermodul (6) dem Bestrahlungsraum (9) vorgelagert und mindestens ein Lufttrocknermodul (7) dem Bestrahlungs- raum (9) nachgelagert ist.
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