EP1258352B1 - Vorrichtung zum Kühlen einer Materialbahn - Google Patents

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EP1258352B1
EP1258352B1 EP02007335A EP02007335A EP1258352B1 EP 1258352 B1 EP1258352 B1 EP 1258352B1 EP 02007335 A EP02007335 A EP 02007335A EP 02007335 A EP02007335 A EP 02007335A EP 1258352 B1 EP1258352 B1 EP 1258352B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling
cooling medium
vapour
web
pressure
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP02007335A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1258352A1 (de
Inventor
Clemens Johannes Maria De Vroome
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Contiweb BV
Original Assignee
Goss Contiweb BV
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Filing date
Publication date
Application filed by Goss Contiweb BV filed Critical Goss Contiweb BV
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Publication of EP1258352B1 publication Critical patent/EP1258352B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B13/00—Machines and apparatus for drying fabrics, fibres, yarns, or other materials in long lengths, with progressive movement
    • F26B13/10—Arrangements for feeding, heating or supporting materials; Controlling movement, tension or position of materials
    • F26B13/14—Rollers, drums, cylinders; Arrangement of drives, supports, bearings, cleaning
    • F26B13/18—Rollers, drums, cylinders; Arrangement of drives, supports, bearings, cleaning heated or cooled, e.g. from inside, the material being dried on the outside surface by conduction
    • F26B13/183—Arrangements for heating, cooling, condensate removal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F23/00—Devices for treating the surfaces of sheets, webs, or other articles in connection with printing
    • B41F23/04—Devices for treating the surfaces of sheets, webs, or other articles in connection with printing by heat drying, by cooling, by applying powders
    • B41F23/0476—Cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F23/00—Devices for treating the surfaces of sheets, webs, or other articles in connection with printing
    • B41F23/04—Devices for treating the surfaces of sheets, webs, or other articles in connection with printing by heat drying, by cooling, by applying powders
    • B41F23/0476—Cooling
    • B41F23/0479—Cooling using chill rolls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F23/00—Devices for treating the surfaces of sheets, webs, or other articles in connection with printing
    • B41F23/04—Devices for treating the surfaces of sheets, webs, or other articles in connection with printing by heat drying, by cooling, by applying powders
    • B41F23/0483—Drying combined with cooling

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for cooling a material web, in particular a printed and heated in a hot air dryer paper web in a web-fed rotary printing press, according to the preamble of claim 1 and claim 11.
  • a dryer for example a hot air dryer, in which the web by hot air from For example, about 300 ° C is dried while passing through the dryer.
  • the web After leaving the dryer, the web has a temperature of, for example, about 100 ° C and, before it is fed to a downstream folder, passed through a cooling device, for example a chill roll stand, in which they are guided by cooling rolls through which cooling fluid flows is cooled to, for example, about 20 ° C.
  • the necessary increase in temperature for example, by burning a fuel gas in a combustion chamber and / or the afterburning of the evaporated solvent from the web causes a portion of the heated and post-combusted air is energetically unused as waste heat fed to a fireplace.
  • a cooling capacity of the order of, for example, 100 kW is required for the operation of the cooling device.
  • a device for drying and cooling of freshly printed paper webs in which the required heat energy for the operation of a Absorption refrigeration system is supplied by the hot exhaust gas to a secondary combustion chamber.
  • the hot exhaust gas is first supplied to a heat exchanger, in which a part of the heat is transferred to a heating medium in a first circuit, wherein the hot medium flows through a heating coil in a digester.
  • gaseous refrigerant is expelled from a refrigerant solution, for example an ammonia solution, at elevated temperature and pressure, which is supplied in a second circuit to a condenser in which a third loop cooling coil connected to a recooler is arranged.
  • the gaseous refrigerant is liquefied by heat exchange with the circulated cooling water of the third circuit and fed in the second circuit via an expansion valve to an evaporator in which in turn a heating coil is arranged, which is connected to the cooling registers of a cooling device via a fourth circuit. Heat is transferred to the refrigerant via the heating coil in the evaporator and thus a heat transfer medium in the fourth circuit cools.
  • the low pressure refrigerant vapor passes via the second circuit to an absorber where it is absorbed in low concentration refrigerant solution.
  • a cooling coil of a fifth circuit is arranged, which dissipates the released in the absorber heat of absorption.
  • the now enriched refrigerant solution is pumped back into the digester within the second circuit by a pump at elevated pressure, while at the same time from the digester via a control valve low-refrigerant solution is supplied to the absorber.
  • This device has the disadvantage that it has a very complex structure, in particular comprises five separate heating and coolant circuits and thereby on the one hand generates high investment and operating costs and on the other has very large dimensions, so provided at cost a correspondingly large footprint must become. Furthermore, it is disadvantageous that the device for operation requires a highly volatile refrigerant, which leak in leaks of the usually closed second circuit in the pressure chamber and can lead to environmental and health damage.
  • prior art steam jet vacuum pumps are known, for example those sold by Schutte & Koerting which create a vacuum by means of high pressure steam.
  • the high-pressure steam is first supplied to a nozzle, from which it flows while reducing the pressure and simultaneously increasing the speed of the steam in a downstream of the nozzle tapered portion of the steam jet vacuum nozzle.
  • a vacuum is created at a lateral opening which communicates with the central portion.
  • the steam flows through a widening section of the steam jet vacuum nozzle, wherein the speed decreases again and the pressure of the steam increases again, so that it can escape against an external pressure from the steam jet vacuum nozzle.
  • the invention is accordingly an object of the invention to provide a device which causes the cooling of a web by a simple structure, and thereby at a cost savings while maintaining high reliability. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a device for cooling a material web, which comprises only very few moving parts and works without chemicals, which make special demands on the construction and the operation of the device.
  • the device according to the invention for cooling a material web, in particular a printed and heated in a hot air dryer paper web in a web-fed rotary printing press, wherein the device uses waste heat of a heater for evaporative cooling of a cooling medium, which is passed to cool the web through a cooling unit, and wherein a first portion of Evaporated cooling medium and a second portion of the cooling medium is cooled by removal of heat of vaporization, characterized by at least one Steam generator, in which, at least in part by means of the waste heat of the heater, steam is generated, at least one steam jet vacuum nozzle, which is operated with the steam and which generates a negative pressure, and a vacuum chamber, in which the cooling medium with the negative pressure for at least partial evaporation and Cooling is applied, off.
  • the device for cooling a material web only very few and easy-to-use components, so on the one hand the purchase and operation of the device causes only low costs, while on the other hand, the operation of the device also only at low cost and at the same time with very high Reliability is feasible.
  • the device according to the invention has a steam jet vacuum nozzle, which has a very small construction volume in comparison to the power provided by it, so that it can be arranged advantageously, without major conversion measures, in the vicinity or in the device for cooling a material web.
  • a steam jet vacuum nozzle advantageously has no moving parts, so that only very little or even no appreciable wear occurs during operation, which in turn saves costs and labor for repairs.
  • the device according to the invention uses, at least in part, the waste heat of a heating device, and thus advantageously results in a high energy and cost saving.
  • the apparatus may both have a first steam jet vacuum nozzle which generates a first negative pressure applied to the cooling medium and at least one second steam jet vacuum nozzle which generates a second negative pressure which is greater than the first negative pressure is and with which the cooling medium is applied.
  • the first steam jet vacuum nozzle can generate a pre-vacuum, from which starting at least one further Steam jet vacuum nozzle either generates the desired vacuum or again generates only an intermediate vacuum, which can be gradually reduced by further steam jet vacuum nozzles.
  • This also makes it possible, for example, advantageously, instead of an extremely powerful steam jet vacuum nozzle, to operate a plurality of lower-powered steam jet vacuum nozzles for generating a desired vacuum. Since the steam jet vacuum nozzles, as already mentioned, advantageously have small dimensions, there is also the advantage that even when using a plurality of steam jet vacuum nozzles in the apparatus for cooling a material web, there is only a relatively small overall space requirement.
  • the sub-chamber has at least two sections or at least two sub-chambers, which are connected to each other for exchanging cooling medium, wherein the sections or the sub-chambers are subjected to different sized sub-pressures.
  • each of the sections or the sub-chambers to a respective desired vacuum by means of their own steam-jet vacuum nozzle assigned to them and thereby to build up the desired final vacuum in a last of the interconnected sections or sub-chambers.
  • the device has a temperature measuring unit and a control or regulating unit, wherein the temperature measuring unit determines the temperature of the cooling medium before the passage of the cooling medium through the cooling device and the control unit depending on the temperature of the vapor flow through the steam jet vacuum nozzle controls or regulates.
  • the steam flow through the steam jet vacuum nozzle As the steam flow through the steam jet vacuum nozzle is increased, it creates a higher vacuum which increases the amount of vaporized cooling medium and, at the same time, more strongly cools the cooling medium left in the vacuum chamber. A reduction of the vapor flow causes in the same way less cooling of the cooling medium in the vacuum chamber.
  • the vapor flow for example by driving a valve, can thus be influenced in the desired manner in an advantageously simple manner on the basis of the measured temperature of the cooling medium before passage through the cooling device. Adjusting or regulating, for example, a predetermined temperature of the cooling medium can thus be carried out in a simple manner and with rapid reaction.
  • control or regulating device may comprise a control device configured in a known manner, which compares the measured temperature value as actual value with a predetermined temperature value as desired value and carries out the regulation as a function of the deviation of the two values.
  • a further embodiment of the device according to the invention may comprise a pump, a pressure measuring unit and a control or regulating unit, wherein the pump may be installed in a supply line from the vacuum chamber to the cooling unit, wherein the pressure measuring unit can determine the pressure difference of the cooling medium before and after the pump and wherein the control or regulating unit controls or regulates the delivery rate of the pump in a known manner as a function of the pressure difference.
  • the pressure of the cooling medium before the passage of the cooling medium through the cooling device can be set in the desired manner in an advantageous manner.
  • Another device according to the invention may be characterized in that the temperature of the cooling medium is regulated to about 10 ° C and the pressure of the cooling medium to about 1.7 bar.
  • the heating device whose waste heat is used to generate steam is a hot air dryer, in particular a combustion chamber or an afterburner of a hot air dryer.
  • hot air dryers for drying the printed material web are used in particular in the operation of web-fed rotary printing machines whose waste heat has the amount of energy required to operate a device for cooling the web, it is advantageous to operate the device for cooling a web with the operation of the heater in the Way to combine that the waste heat, so the energy loss of the hot air dryer at least partially flows directly as useful energy in the device for cooling.
  • the dryer and cooling device are arranged in spatial proximity to one another, so that it is possible to dispense with long supply lines, which in particular must be heat-insulated. Even when operating a hot air dryer with integrated cooling device, for example with integrated chill roll stand, it is particularly advantageous to equip it with a device according to the invention for cooling a material web.
  • the entire device for cooling the material web can be integrated with the dryer in an advantageous manner while saving space, but it is also conceivable that, for example, only the steam jet vacuum nozzles are integrated into the dryer. Since the steam jet vacuum nozzles have an elongated construction due to their functional principle, it is advantageous to integrate them in the likewise elongated design of a dryer, in particular a hot-air dryer.
  • a further embodiment of the present invention can be characterized in that the cooling device comprises at least one cooling roller, through which the cooling medium is guided, and which in particular has a diameter in the range of 150 mm to 250 mm.
  • a cooling device with at least one cooling roller in conjunction with the device according to the invention also leads to the advantage that the cooled by the device cooling medium can be passed directly through the cooling rollers, so can be dispensed with further heat exchanger and cooling media in an advantageous manner.
  • the diameter of the cooling rollers in the range of 150 mm to 250 mm, so by the choice of a relatively small diameter of the cooling rollers, is It is also advantageous that the cooling rollers, which have, for example, a hollow interior, with a relatively small amount of coolant can be flowed through to bring about the desired cooling effect.
  • the connection of the device according to the invention which has a small footprint, with a chill roll stand having chill rolls with small diameters leads to a total cooling device, which reduces the footprint of the entire web-fed rotary printing press considerably.
  • the cooling of a cooling medium is effected in an advantageous manner with low costs and low workload, due to the small number of process steps and their respective simple feasibility, the process is also very reliable in the long run.
  • the generation of a negative pressure by means of the steam jet vacuum nozzle is done without moving parts and without the use of special chemicals, so that no signs of wear are to be expected, and can be dispensed with special security measures.
  • FIG. 1 shows a hot-air dryer 2, which has three sections 4, 6 and 8, a combustion chamber 10 and an integrated chill roll stand 12, and through which a printed paper web 14 is guided around cooling rolls 16.
  • the hot exhaust air generated by the hot air dryer 2 is supplied via a line 18 to a heat exchanger 20 and discharged from it via a chimney 22.
  • a heating medium is heated, which is supplied via a feed line 24 to a steam generator 26 and is guided by this via a return line 28 to the heat exchanger.
  • the steam generated in the steam generator 26, for example water vapor, is conducted via a line 30, in which a controllable valve 32 is installed, to a first steam jet nozzle 34 and a second steam jet nozzle 36, from where the steam in turn returns via a line 38 can be performed to one of the sections of the hot air dryer 2.
  • a controllable valve 32 is installed, to a first steam jet nozzle 34 and a second steam jet nozzle 36, from where the steam in turn returns via a line 38 can be performed to one of the sections of the hot air dryer 2.
  • the components shown within the region of FIG. 1 delimited by the line 40 can also be arranged within the hot-air dryer 2.
  • a respective vacuum is generated at the points 42 and 44, which have a narrowed cross section which is applied via laterally mounted lines 46 and 48, a vacuum chamber 50, in which a cooling medium 52 is located.
  • the vacuum chamber 50 has a first section 54 in which a first vacuum is created above the cooling medium 52 by means of the steam jet vacuum nozzle 34 and further comprises a second section 56 in which a second vacuum is generated by the steam jet vacuum nozzle 36 which is higher than the first vacuum in the first section 54 is.
  • the cooling medium is now guided at a certain temperature and pressure from a branching point 62 via a line 64, via a mixing valve 66 and a shut-off valve 68 to a cooling roll 70 of the cooling roll stand 12, and passed therethrough.
  • the chill roll 70 is enlarged for illustrative purposes and shown outside of the chill roll stand 12.
  • the surface of the cooling roll is maintained at a low temperature level, so that a surface-guided paper web 14 is cooled by contact with the surface.
  • the cooling medium is supplied via a line 72 to a reservoir 74, in which the cooling medium is stored and from which this can be passed via a line 76 and via a valve 78 back into the vacuum chamber 50.
  • the device according to the invention may comprise further components.
  • the vacuum chamber 50 may be provided with a temperature measuring device 88, which determines the temperature of the cooling medium in the vacuum chamber, the measured Temperature values, for example, a control or regulating device 90 are supplied, which actuates the control valve 32 in the line 30 in dependence of the measured and possibly predetermined temperature values by means of a motor 92.
  • a control or regulating device 90 are supplied, which actuates the control valve 32 in the line 30 in dependence of the measured and possibly predetermined temperature values by means of a motor 92.
  • the pressure of the steam jet vacuum nozzles 34 and 36 supplied steam is adjustable, whereby in consequence the vacuum generated at the points 42 and 44 can be influenced. Since this vacuum in turn affects the amount of vaporized cooling medium in the vacuum chamber 50, and thus the amount of heat of evaporation removed, in this way the temperature of the cooling medium can be adjusted exactly.
  • the pressure difference between measuring points before and after the pump 60 can be determined, wherein the measured value can also be supplied to the control or regulating device 90, which depends on the measured value and possibly predetermined pressure difference values via a motor 96, the delivery rate of the pump 60 is increased or decreased, so that the pressure with which the cooling medium is passed through the cooling roller 70, in the desired manner, that can be set to a desired value.
  • the branch point 62 via a line 98, to guide the cooling medium through a heating region 100 in which the cooling medium is heated.
  • the temperature of the cooling medium can be measured before passing the cooling medium through the cooling roller 70, wherein the measured values can in turn be fed to the control or regulating device, which, for example, depending on the operating state of the web-fed rotary printing press via a motor 104 Can be operated mixing valve 66, whereby cooled cooling medium from the vacuum chamber with heated cooling medium from the heating region 100 is mixed and the cooling roller 70 is supplied.
  • the temperature level of the cooling medium can be increased from an operating temperature of about 10 ° C by operating the mixing valve to about 20 ° C so that condensation does not occur on the chill rolls when the machine is stopped.
  • a shut-off valve 68 may be provided in the line 64, with which the inflow of cooling medium to the cooling rollers can be prevented, wherein the shut-off valve 68 is actuated, for example via an electromagnetically operating actuator 106 can be.
  • the line 76 is connected to an inlet 108 via an also operable with an actuator 110 check valve 112.
  • the level of the cooling medium in the vacuum chamber 50 can be determined via a level measuring device, not shown, which may be connected via a line 114 to a motor 116 and its control, which actuates a valve 78, with which the inlet of cooling medium to the vacuum chamber 50th can be adjusted.
  • Such a device for cooling a material web as shown in FIG. 1 may be characterized, for example, by the following values: at a speed of the paper web of 15 m / s and a width of 1460 mm and a weight of the paper web of 90 g / m 2 the temperature of the web from an entrance temperature web of 80 ° C before the chill roll stand 12 to an exit temperature of 35 ° C after the chill roll stand 12 are reduced, wherein the apparatus shown must have a capacity of about 115 kWh.
  • steam is generated by the steam generator at about 10 bar pressure and about 180 ° C, which passes through the two steam jet vacuum nozzles the vacuum chamber 50 about 2.8 1 / min water vapor.
  • the vacuum chamber 50 and the reservoir 74 may each have a volume of about 40 1. In the operation of such a device for cooling a material web, the use of the waste heat from the afterburning of the dryer 2 is sufficient, so that it is possible to dispense with further energy input into the device.
  • the control or regulating device 90 may comprise a display 118, an input unit 120 and a memory unit 122, in which measured values, default values, as well as complete control profiles for predefined operating states of the web-fed rotary printing press can be stored.
  • the control or regulating device 90 may be connected via lines not shown with the individual measuring devices 88, 94, 102 and the various valves or their actuators in such a way that a targeted control or regulation of these components by automatically running programs in the control or 90 can be performed by manual inputs by an operator.

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Description

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

Claims (11)

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