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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Temperierung
von Temperierflüssigkeit
in Druckmaschinen.
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EP 0 602 312 A 1 betrifft
ein Druckmaschinen-Temperierungssystem, welches einen Temperierflüssigkeitskreislauf
aufweist, in welchem Temperierflüssigkeit
zirkuliert wird. Der Temperierflüssigkeitskreislauf
weist eine Pumpe auf, welche die Temperierflüssigkeit durch einen Wärmetauscher
und ein regelbares Ventil zu Maschinenteilen leitet, die ihrerseits
mit dem zu temperierenden Druckmaschinenteil zusammenwirken. Das
Temperierungssystem wird durch eine Mikrocomputer-Steuereinrichtung
gesteuert.
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DE 40 00 912 C1 offenbart
eine Temperiereinrichtung für
das Feuchtmittel in Offset-Druckmaschinen. Zwei Teilkreisläufe sind über einen
Mischer strömend
verbunden, so dass gekühltes
Feuchtmittel aus dem Vorratsbehälter
15 mit erwärmtem
Feuchtmittel gemischt wird. Auch hier wird ein Mikrocomputer zur
Steuerung eingesetzt.
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DE 39 04 854 C1 betrifft
eine Temperiereinrichtung zur Regelung der Temperatur an der Oberfläche einer
Farbwalze, wobei die Walze von Temperiermittel duchflossen ist.
Zur Regelung der Temperatur dient ein rechnergesteuertes Temperaturerfassungs-
und Regelsystem, welches einen Mischer derart steuert, dass unter
Einbeziehung von Störgrößen keine
sprunghaften Temperaturänderungen
auftreten und auf eine konstante Oberflächentemperatur der Farbwalze
hingeregelt wird.
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Bei
Druckmaschinen müssen
die Oberflächen
ihrer Rotationskörper
wie Druckplattenzylinder, Gummituchzylinder, Gegendruckzylinder,
Rollen und Walzen von Feuchtwerken und Farbwerken von Offset-Druckmaschinen
ständig
auf einer von der jeweiligen Funktion des Rotationskörpers abhängigen Temperatur
oder in einem bestimmten Temperaturbereich gehalten werden. So muß z.B. die
Oberflächentemperatur
einer beim wasserlosen Offsetdruck verwendeten "TORAY"-Druckplatte auf einer Temperatur im
Bereich zwischen 24°C
und 27°C
gehalten werden, um ein optimales Druckergebnis zu erzielen. Diese
Bedingung kann bei unterschiedlichen Einsatz- und Randbedingungen
der Druckmaschine nur dann erfüllt
werden, wenn die Oberfläche
des Rotationskörpers
oder der gesamte Rotationskörper durch eine
Temperiervorrichtung je nach Betriebssituation entweder gekühlt oder
beheizt wird.
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Durch
die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die Temperierung
von Druckmaschinen so weiterzubilden, daß auf einfache Weise und mit
einfachen Mitteln unerwünschte
Temperaturschwankungen einer Temperierflüssigkeit reduziert werden,
so daß die
Druckqualität
verbessert wird und unerwünschte
Farbablagerungen auf Zylindern und Walzen der Druckmaschine reduziert
werden.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
gelöst
durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 bzw.
durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Patentanspruch 3.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, daß keine
teuren Steuerungsgeräte
oder Mikrocomputer zur Temperaturregelung verwendet werden müssen und
daß die
Energie, welche zur Reduktion der Temperaturschwankungen notwendig
ist, aus dem Druckprozess selbst stammt und somit keine weiteren
Energiequellen notwendig sind.
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Die
Erfindung wird im folgenden an hand von mehreren Ausführungsformen
als Beispiel unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
In den Zeichnungen zeigt
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1 ein
Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung
zur Durchführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung;
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2 Temperaturkurven
einer Kühlflüssigkeit,
welche sich mit und ohne Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung
ergeben;
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3 ein
Blockschaltbild einer weiteren Anwendungs- und Ausführungsform
des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung;
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4 ein
Blockschaltbild einer weiteren Anwendungs- und Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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In
einer bevorzugten Anwendungs- und Ausführungsform wird die Vorrichtung
und das Verfahren gemäß der Erfindung
dazu verwendet, eine Farbverreiberwalze 1 einer Offset-Druckmaschine zu
kühlen.
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Die
Vorrichtung von 1 weist einen geschlossenen
Kühlflüssigkeitskreislauf 2 auf,
in welchem Kühlflüssigkeit
zirkuliert. Im Kühlflüssigkeitskreislauf
befindet sich eine Kühleinheit 4 zum
Kühlen der
Kühlflüssigkeit.
Stromabwärts
der Kühleinheit
befindet sich in einer Vorlaufleitung 6 des Kühlflüssigkeitskreislaufs 2 ein
Thermostat 8, welcher die Temperatur der Kühlflüssigkeit
mißt und
operativ mit der Kühleinheit 4 verbunden
ist. Weiter stromabwärts
ist in der Vorlaufleitung 6 eine Pumpe 10 zum
Pumpen der Kühlflüssigkeit
von der Kühleinheit 4 zur
Farbverreiberwalze 1 vorhanden. Die Kühlflüssigkeit durchströmt die Farbverreiberwalze 1,
damit sie und insbesondere ihre Mantelfläche 12 gekühlt wird.
Der Rücklauf
der Kühlflüssigkeit
von der Farbverreiberwalze 1 zur Kühleinheit 4 erfolgt
durch eine Rücklaufleitung 14 des
Kühlflüssigkeitskreislaufs 2.
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Der
Thermostat 8 schaltet die Kühleinheit 4 immer
dann ein, wenn die von ihm gemessene Temperatur der Kühlflüssigkeit
unter einem Temperatur-Sollwert liegt, der am Thermostat 8 eingestellt werden
kann. Der Thermostat 8 schaltet die Kühleinheit 4 aus, wenn
die von ihm gemessene Temperatur der Kühlflüssigkeit gleich dem Sollwert
oder höher
ist. Der Thermostat 8 hat den Nachteil, daß er wegen
seiner Schalt- Hysterese die Kühleinheit 4 nicht
schon bei kleinsten Abweichungen vom Sollwert einschaltet oder ausschaltet,
sondern erst bei etwas größeren Temperaturabweichungen.
Dadurch ergeben sich entsprechend große unterschiede zwischen der höchsten Temperatur
und der niedrigsten Temperatur der Kühlflüssigkeit. Um diese Temperaturunterschiede
zu reduzieren, ist dem zu kühlenden
Objekt, hier der Farbverreiberwalze 1, eine Bypassleitung 16 parallel
geschaltet, welche den Temperaturschwankungen entgegenwirkt.
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In
der Bypassleitung 16 ist für diesen Zweck ein thermostatisches
Ventil 18 vorgesehen, welches einen veränderbaren Strömungsquerschnitt
derart aufweist, daß der
Strömungsquerschnitt
und damit ein Flüssigkeitsstrom
durch die Bypassleitung 16 in Abhängigkeit von der Temperatur
der Kühlflüssigkeit in
der Vorlaufleitung 6 vergrößert oder verkleinert wird.
Dazu weist das thermostatische Ventil 18 einen Temperaturfühler 20 auf,
welcher die momentane Ist- Temperatur der Kühlflüssigkeit in der Vorlaufleitung 6 stromabwärts der
Pumpe 10 mißt.
Mittels des Temperaturfühlers 20 wird
der Strömungsquerschnitt des thermostatischen
Ventils 18 mit ansteigender, von ihm gemessener Temperatur
der Kühlflüssigkeit
verkleinert und mit abfallender, von ihm gemessener Temperatur der
Kühlflüssigkeit
vergrößert, so
daß entsprechend
dieser Messung einerseits ein kleiner Teil oder kein Teil, oder
andererseits ein größerer Teil der
Kühlflüssigkeit
vom Flüssigkeitsausgang 15 der Farbverreiberwalze 1 an
der Rücklaufleitung 14 zum Flüssigkeitseingang 13 der
Farbverreiberwalze 1 an der Vorlaufleitung 6 zurückgeführt wird,
unter Umgehung der Kühleinheit 4 und
der Pumpe 10. Die Bypassleitung 16 verbindet strömungsmäßig die
Rücklaufleitung 14 mit
der Vorlaufleitung 6 unter Umgehung der Kühleinheit 4 und
der Pumpe 10.
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Die
Verbindung zwischen der Bypassleitung 16 und der Vorlaufleitung 6 ist
durch einen Injektor 22 (Strahlpumpe, Venturi-Prinzip)
gebildet, welcher in der Vorlaufleitung 6 in Strömungsrichtung
der Kühlflüssigkeit
derart angeordnet ist, daß die
Kühlflüssigkeit
der Vorlaufleitung 6 durch den Injektor 22 fließt und in
einer seitlichen Bohrung 24 des Injektors 22 einen
Unterdruck erzeugt. Die Bypassleitung 16 mündet in
die seitliche Bohrung 24 des Injektors 22, so daß die an
dieser Bohrung 24 vorbeifließende Kühlflüssigkeit der Vorlaufleitung 6 einen
Unterdruck in der Bypassleitung 16 erzeugt, durch welchen
die in der Bypassleitung 16 befindliche Kühlflüssigkeit
aus der Bypassleitung 16 in die Vorlaufleitung 6 hineingesaugt
wird und zusammen mit der in der Vorlaufleitung 6 fließenden Kühlflüssigkeit
zur Farbverreiberwalze 1 gepumpt wird.
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Für die folgende
Beschreibung der Funktion der Vorrichtung nach der Erfindung wird
angenommen, daß der
Thermostat 8 auf eine Soll-Temperatur TST eingestellt
wird, welche etwas unterhalb der Soll-Temperatur TSW der
Farbverreiberwalze 1 liegt, auf welche die Oberfläche 12 der
Farbverreiberwalze 1 temperiert werden soll. Da die Kühlflüssigkeit,
zum Beispiel Wasser, entlang ihres Weges durch die Farbverreiberwalze 1 erwärmt wird,
muß die
Kühleinheit 4 eine
bestimmte Zeitlang eingeschaltet werden, um die Ist-Temperatur Tist1 der Kühlflüssigkeit, welche am Thermostaten 8 gemessen
wird, auf die Soll-Temperatur TST herunterzukühlen.
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Der
Thermostat 8 weist ein typisches Hysterese-Verhalten dergestalt
auf, daß je
nachdem, ob sich die Ist-Temperatur Tist1 der
Temperierflüssigkeit am
Thermostat 8 der Soll-Temperatur TST von
höheren
oder von niedrigeren Temperaturen her nähert, jeweils eine andere Grenztemperatur
vorliegt, ab welcher der Thermostat 8 die Kühleinheit 4 ein schaltet
oder ausschaltet. Das Temperatur-Zeit-Diagramm in 2 zeigt
dieses Verhalten. Wenn die Kühlflüssigkeit
durch die Farbverreiberwalze 1 geleitet wird, steigt ihre
Temperatur durch den Wärmeübergang von
der Farbverreiberwalze 1 auf die Kühlflüssigkeit an. Da sich die Ist-Temperatur
Tist1 dann der Soll-Temperatur TST von unten nähert, schaltet der Thermostat 8 erst
bei Erreichen einer oberen Grenztemperatur To,
welche über
der Soll-Temperatur TST des Thermostaten 8 liegt,
die Kühleinheit 4 ein,
wodurch die Temperierflüssigkeit,
welche die Kühleinheit 4 passiert,
kontinuierlich abgekühlt
wird. Dabei nähert
sich die Ist-Temperatur
Tist1 von oben an die Solltemperatur TST an, so daß der Thermostat 8 erst ab
einer unteren Grenztemperatur Tu die Kühleinheit 4 ausschaltet.
Danach steigt die Ist-Temperatur Tist1 am
Thermostat 8 wieder an.
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Die
Ist-Temperatur Tist1 am Thermostaten 8 bewegt
sich also ständig
zwischen den beiden Grenzwerten To und Tu, wobei sich eine maximale Temperaturdifferenz
Tdiff von To – Tu ergibt. Diese Temperaturdifferenz oder
Temperaturschwankung beträgt
bei üblichen
Thermostaten mehrere Grad Celsius.
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Der
Druckvorgang wird durch diese Temperaturdifferenzen negativ beeinflußt, weil
sich mit den kontinuierlichen Temperaturschwankungen, denen die
Farbverreiberwalze 1 unterworfen ist, die Druckqualität ständig ändert. Thermostaten,
welche ein solches Hysterese-Verhalten nicht haben, gibt es nicht.
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Darum
wird gemäß der Erfindung
in Abhängigkeit
von der Ist- Temperatur der Kühlflüssigkeit
in der Vorlaufleitung 6, welche vom Temperaturfühler 20 gemessen
wird, ein bestimmter Teil der von der Farbverreiberwalze 1 erwärmten Kühlflüssigkeit
von der Rücklaufleitung 14 abgezweigt
und durch die Bypassleitung 16 unter Umgehung der Kühleinheit 4 in die
Vorlaufleitung 6 rückgeführt. Entscheidend
sind dabei der Zeitpunkt und die Menge. Wie aus der mit Tist1 in 2 bezeichneten
Kurve hervorgeht, werden die Schwankungen am besten ausgeglichen,
wenn eine größere Menge
erwärmter
Kühlflüssigkeit
genau dann in die Vorlaufleitung 6 rückgeführt wird, wenn die Ist- Temperatur
Tist1 der Kühlflüssigkeit sinkt. Die zugeführte Menge
des abgezweigten Teils der Kühlflüssigkeit
wird durch das mit dem Temperaturfühler 20 operativ verbundene
thermostatische Ventil 18 geregelt, das seinen Strömungsquerschnitt
vergrößert, wenn
die vom Temperaturfühler 20 gemessene Temperatur
aufgrund der Hysterese des Thermostaten 8 fällt und
seinen Querschnitt verkleinert, wenn die Temperatur aus demselben
Grund ansteigt.
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Durch
Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung
ergibt sich dann die mit Tist2 bezeichnete
in 2 dargestellte Kurve für die Ist-Temperatur, welche
am Temperaturfühler 20 gemessen
wird. Wie zu sehen ist, entspricht der Mittelwert der Ist- Temperatur
Tist2 annähernd der gewünschten
Soll-Temperatur TSW der Farbverreiberwalze 1,
da erwärmte
Kühlflüssigkeit
rückgeführt wurde
und das gesamte Temperaturniveau dadurch angehoben wurde.
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Je
nach Druckverfahren werden verschiedene Methoden zur Temperierung
von Druckmaschinenwalzen eingesetzt. Durch das erfinderische Verfahren
und die erfinderische Vorrichtung können jede Art von Flüssigkeiten,
die bei Druckmaschinen verwendet werden, auf ein gewünschtes
Temperaturniveau gebracht werden und ihre Schwankungen um einen
Temperatur-Mittelwert reduziert werden.
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Ein
besonderer Anwendungsfall ist der Feuchtwasser- Offsetdruck, bei
welchem Feuchtwasser auf die Oberfläche eines Plattenzylinders
aufgebracht wird, um darauf nicht-druckende Stellen zu befeuchten. In
diesem Fall dient das Feuchtwasser gleichzeitig als Kühlflüssigkeit.
Auch in diesem Fall können
das erfinderische Verfahren und die erfinderische Vorrichtung dazu
eingesetzt werden, die Temperaturschwankungen des Feuchtwassers
zu reduzieren.
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Beim
Feuchtwasser-Offsetdruck und beim wasserlosen Offsetdruck ist es
bekannt, mit Blasluftvorrichtungen temperierte, insbesondere gekühlte Luft
auf die Oberfläche
von Zylindern 25 wie z.B. Gummituchzylinder, Plattenzylinder
und Gegendruckzylinder sowie auf Walzen wie z.B. Farbwerkswalzen
und Feuchtwerkwalzen zu blasen, wie 3 zeigt.
Diese Luft wird mit Hilfe eines Gebläses 26 um und/oder
durch einen Kühlluft-Wärmetauscher 28 geblasen,
welcher von temperierter Temperierflüssigkeit oder Kühlflüssigkeit
temperiert wird. Die Vorrichtung und das Verfahren nach der Erfindung
können
in einer weiteren Ausführungs-
und Anwendungsform dazu verwendet werden, um Temperaturschwankungen
der durch den Kühlluft-
Wärmetauscher 28 zirkulierenden
Temperierflüssigkeit
oder Kühlflüssigkeit auszugleichen
oder ihnen entgegenzuwirken.
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Die
Kühleinheit 4 enthält einen
Kältemittelkreislauf 30,
in welchem Kältemittel
in bekannter Weise (Kühlschrank)
wechselweise komprimiert und entspannt wird. Das durch die Entspannung
gekühlte Kältemittel
kühlt in
einem Wärmetauscher 32 die Kühlflüssigkeit
bei ihrem Übergang
von der Rücklaufleitung 14 zur
Vorlaufleitung 6 des Kühlmittelkreislaufes 2.
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In 4 ist
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung gezeigt, wobei die Vorrichtung gemäß der Erfindung dazu benutzt
wird, drei Farbverreiberwalzen 1 für drei Farben einer Mehrfarbendruckmaschine
zu temperieren. Für
jede der drei Farben ist ein eigener Zweig 34 vorgesehen,
wobei jeder Zweig 34 jeweils eine Farbverreiberwalze 1,
eine Bypassleitung 16, eine Vorlaufleitung 6,
eine Rücklaufleitung 14,
ein thermostatisches Ventil 18, einen Temperaturfühler 20 und
einen Injektor 22 enthält.
In jedem Zweig 34 sind die genannten Elemente gemäß der. in 1 dargestellten
Weise angeordnet.
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Die
Anordnung von 4 enthält eine gemeinsame Pumpe 10 für alle drei
Zweige 34, wobei sich vom Pumpenausgang die drei Vorlaufleitungen 6 der
drei Zweige 34 verzweigen. Damit ist jeder Zweig 34 einlaufseitig
mit der Pumpe 10 verbunden, so daß die Pumpe 10 die
Temperierflüssigkeit
durch alle drei Zweige 34 pumpt. Jeder Zweig 34 verfügt außerdem über eine
Rücklaufleitung 14.
Die drei Rücklaufleitungen 14 vereinigen
sich einlaufseitig des Wärmetauschers 32,
so daß die
in den drei Farbverreiberwalzen 1 erwärmte oder abgekühlte Temperierflüssigkeit dem
Wärmetauscher 32 zugeführt wird.
Der Thermostat 8 befindet sich im Einlauf des Wärmetauschers und
schaltet den Wärmetauscher 32 in
bekannter Weise ein oder aus.
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Die
drei Zweige 34 sind somit parallelgeschaltet, wobei für alle drei
Zweige nur eine Pumpe 10 und nur ein Wärmetauscher 32 mit
einem Thermostaten 8 verwendet wird, was sehr kostengünstig ist. Trotzdem
kann durch den Einsatz von thermostatischen Ventilen 18 mit
unterschiedlichem Temperatursteuerungsverhalten an jeder der drei
Farbverreiberwalzen 1 eine unterschiedliche Temperatur
erzeugt werden, so daß dadurch
eine sogenannte Zonenregulierung möglich ist. Natürlich können auch
mehr oder weniger als drei Zweige 34 parallelgeschaltet werden.
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Je
nach Einsatz- und Randbedingungen, denen die Druckmaschine unterworfen
ist, kann es auch notwendig sein, einen Druckmaschinenzylinder oder
eine Druckmaschinenwalze zu erwärmen.
Entsprechend muß dann
statt einer Kühleinheit 4 eine Heizeinheit
verwendet werden, wobei auch in diesem Fall die Erfindung anwendbar
ist.
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Anstelle
eines thermostatischen Ventils 18 kann ein anderes temperaturgesteuertes
Ven til 18 verwendet werden. Beispielsweise kann eine elektronische
Regeleinrichtung vorgesehen sein, welche in Abhängigkeit von der vom Temperaturfühler 20 gemessenen
Temperatur des Vorlaufs 6 das Ventil 18 steuert
oder regelt.