DE10101134B4

DE10101134B4 - Graviersystem mit einer Kühlungseinrichtung zur Kühlung des Graviersystems

Info

Publication number: DE10101134B4
Application number: DE10101134A
Authority: DE
Inventors: Bernd LÜBCKE
Original assignee: Hell Gravure Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Hell Gravure Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2021-01-13
Also published as: US20020104448A1; EP1223033A1; US6789470B2; JP3759718B2; JP2002303475A; DE10101134A1

Abstract

Graviersystem zur Gravur von Druckformen, mit einer Kühlungseinrichtung zur Kühlung des Graviersystems und mehreren, jeweils von Supporten getragenen Gravierköpfen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlungseinrichtung mehrere Kühleinheiten umfasst, die jeweils zwei kommunizierende Wärmetauscher (10, 20) umfassen, wobei in einem (20) der beiden Wärmetauscher (10, 20) Wärme aus einem der Gravierköpfe auf ein durch die Wärmetauscher (10, 20) strömendes Wärmeübertragungsmedium übertragbar ist und im anderen (10) der beiden Wärmetauscher (10, 20) das Wärmeübertragungsmedium mit Luft kühlbar ist, und wobei jeweils eine Kühleinheit einem Gravierkopf zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Graviersystems nach Anspruch 1 sowie auf ein Verfahren zur Kühlung eines Graviersystems nach Anspruch 9.
Maschinenteile sind im Betrieb oftmals mechanischen und/oder thermischen Beanspruchungen ausgesetzt. Im Falle thermischer Beanspruchung werden, falls erforderlich, Kühlungseinrichtungen verwendet, welche die Temperatur des zu kühlenden Maschinenteiles unterhalb eines bestimmten Toleranzwertes halten. In der Druckindustrie werden beim Hoch- und Tiefdruck Graviersysteme verwendet, die mittels einer Gravierspitze eine Druckformoberfläche, meist einen Druckformzylinder, gravieren. Aufgrund der thermischen Verluste der elektromagnetischen Erregung und der hohen Geschwindigkeit entstehen thermische Beanspruchungen am Graviersystem, die zu mechanischen Ausdehnungen und einer veränderten Dämpfung des Gravierkopfes führen. Diese unerwünschten Veränderungen am Graviersystem führen wiederum zu unerwünschten Änderungen des Gravierergebnisses. Daher werden Graviersysteme gewöhnlich entweder mit einer wenig wirkungsvollen Luftkühlung oder mit einer zentral angeordneten Kühlvorrichtung, die jeweils über einen hinführenden Schlauch und einen rückführenden Schlauch mit dem Graviersystem verbunden ist und Kühlwasser von einem zentralen Rückkühler pumpt gekühlt. Nachteilig bei der letzteren Variante sind die aufwendigen Schlauchanschlüsse, die langen Schlauchwege, die erheblichen Betriebsraum einnehmen, und der hohe Wartungsaufwand hierfür.
Aus der DE 197 54 379 A1 ist es bei einem Verfahren zum Betrieb eines Gravierorgans einer Graviermaschine bereits bekannt, Temperaturänderungen im Gravierorgan zu erfassen und die Temperaturänderungen durch Kühlung und/oder Erwärmung des Gravierorgans zu kompensieren, wobei für das erstere entweder eine Luftkühlung des Gravierorgans oder eine Kühlung mittels Peltierelementen vorgeschlagen wird.
In der US 5 731 881 A ist bereits ein Gravierkopf offenbart, bei dem zur Kühlung flüssiger Stickstoff als Kältemedium durch eine Kammer des Gravierkopfs gepumpt wird. wobei der flüssige Stickstoff die im Gravierkopf erzeugte Wärme absorbiert und vor dem Verlassen der Kammer einer Zustandsänderung in gasförmigen Stickstoff unterliegt.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Graviersystem mit einer wirkungsvollen Kühlungseinrichtung bereitzustellen, die in raumsparender Weise lange Schlauchwege vermeidet.
Diese Aufgabe erfüllt die Erfindung mit den Vorrichtungsmerkmalen des Anspruchs 1 und mit den Verfahrensmerkmalen des Anspruchs 9. Dazu ist erfindungsgemäß ein Graviersystem zur Gravur von Druckformen vorgesehen, wobei das Graviersystem mehrere, jeweils von Supporten getragene Gravierköpfe und eine Kühlungseinrichtung zur Kühlung des Graviersystems aufweist, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kühlungseinrichtung mehrere Kühleinheiten umfasst, die jeweils zwei kommunizierende Wärmetauscher umfassen, wobei in einem der beiden Wärmetauscher Wärme aus dem Gravierkopf auf ein durch die Wärmetauscher strömendes Wärmeübertragungsmedium übertragbar ist und im anderen der beiden Wärmetauscher das Wärmeübertragungsmedium mit Luft kühlbar ist bzw. gekühlt wird, und wobei jeweils eine Kühleinheit einem Gravierkopf zugeordnet ist.
Auf diese Weise entfallen Materialkosten und Montage- und Wartungsarbeiten für die Schlauchverbindungen. Weiterhin werden Pumpen und hierfür benötigte elektrische Leistung für eine bisher verwendete zentral angeordnete Kühlvorrichtung eingespart, da das Kühlmittel der Kühlvorrichtung in unmittelbarer Nähe der Graviervorrichtung durch thermodynamische Kräfte im Kühlkreislauf bewegt wird.
Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung enthält jede Kühleinheit ein Wärmerohr mit an dessen Innenwänden angeordneten Kapillarstrukturen, dessen eines Ende in den Bereich des Gravierkopfes ragt. Die Wärmerohre (Heat Pipes) erstrecken sich vom Graviersystem zur Kühlungseinrichtung und das Graviersystem und die Kühlungseinrichtung grenzen aneinander an. Die Kapillarstrukturen an den Innenwänden der Wärmerohre erhöhen die von einem Medium durchflossene Oberfläche im Innenraum der Wärmerohre und erhöhen daher die Aufnahme von Wärme vom Graviersystem durch das durch die Wärmerohre fließende Kühlungsmedium. Ferner lassen sich durch die Verwendung von Wärmerohren aufwendige Anschlußeinrichtungen zur Verbindung der Schläuche mit dem Graviersystem und zentralen Kühlvorrichtungen einsparen, da sich die Wärmerohre beispielsweise mittels einfacher Aussparungen in den Gehäusewänden der Kühlungseinrichtung und der Graviervorrichtung mit dem Graviersystem erstrecken.
Eine andere Verbesserung der Kühlungseinrichtung wird erzielt, indem die Wärmerohre von einem flüssigen Medium durchflossen werden, da geeignete Flüssigkeiten einen hohen Wärmeleitwert zwecks Übertragung thermischer Energie vom Graviersystem über das leitfähige Gehäuse der Wärmerohre zum flüssigen Medium aufweisen, so dass eine noch wirkungsvollere Kühlung erreicht wird.
Nachfolgend sind drei Ausführungsformen der Erfindung anhand der 1 bis 3 beschrieben.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Kühlungseinrichtung, von der sich Wärmerohre in einen Wärmetauscher eines an die Kühlungseinrichtung angrenzenden Graviersystems erstrecken,
2 eine weitere schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei welcher sich die Rohre eines Kühlkreislaufs einer Kühlungseinrichtung in einen Wärmetauscher der Kühlungseinrichtung und in einen Wärmetauscher eines an die Kühlungseinrichtung angrenzenden Graviersystems erstrecken,
3 eine dritte schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Rohre eines Kühlkreislaufs im Wärmetauscher der Kühlungseinrichtung mit Schnellkupplungen an die Rohre des Kühlkreislaufs des Wärmetauschers eines zur Kühlungseinrichtung benachbarten Graviersystems verbunden sind.
1 stellt einen Wärmetauscher 10 als Teil einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Kühlungseinrichtung dar. Im unteren Abschnitt der 1 ist symbolisch mit drei von unten nach oben verlaufenden Pfeilen die Zufuhr eines Mediums zu einem Wärmetauscher 10 der Kühlungseinrichtung angedeutet. Dieses Medium kann bei dieser Ausführungsform beispielsweise eine Kühlflüssigkeit sein, die von der Kühlungseinrichtung in den Wärmetauscher 10 ein- und ausgepumpt wird. An den Wärmetauscher 10 angrenzend befindet sich ein zweiter Wärmetauscher 20 im Bereich eines Gravierkopfes (nicht dargestellt) als Teil eines Graviersystems einer Graviervorrichtung. Wärmerohre 30 erstrecken sich vom Innenraum des einen zum Innenraum des anderen Wärmetauschers 10 bzw. 20. Die Wärmerohre 30 werden auch als Heat Pipes bezeichnet und sind zu deren Umgebung vakuumdicht abgeschlossen.
Ferner sind in einer Abänderung dieser Ausführungsform nach 1 die beiden Wärmetauscher 10, 20 einteilig ausgeführt. Die Kühlungseinrichtung ist hierbei von dem Graviersystem umfasst und die Anzahl der Wärmetauscher 10, 20 ist vorteilhafterweise auf einen Wärmetauscher verringert. Diese Abänderung ist nachfolgend nicht weiter beschrieben.
Die in der Kühlungseinrichtung abgekühlte Kühlflüssigkeit wird dem Wärmetauscher 10, wie mit den Richtungspfeilen angedeutet zugeführt und kühlt die Umgebung der Wärmerohre 30 und damit durch die thermische Leitung auch die Wärmerohre 30 und das in diesen enthaltene Wärmetransportmittel ab. Das Wärmetransportmittel strömt von einer Seite der einzelnen Wärmerohre 30 zur anderen Seite und ändert den Aggregatzustand von der Gasförmigkeit in der linken Seite im Wärmetauscher 10 der 1 zu Flüssigkeit in der rechten Seite im zweiten Wärmetauscher 20 im Bereich der Gravierköpfe. Im ersten Wärmetauscher 10 wird das Wärmetransportmittel in den Wärmerohren 30 durch die zugeführte Kühlflüssigkeit abgekühlt und nimmt im zweiten Wärmetauscher 20 im Bereich der Gravierköpfe thermische Energie auf, wodurch ein Kühlungseffekt im Wärmetauscher 20 und somit im Graviersystem auftritt. Das Wärmetransportmittel ist im Normalzustand bei niedrigen Temperaturen im Abschnitt der Wärmerohre 30, der sich im vom Kühlmittel durchflossenen Wärmetauscher 10 befindet, flüssig und verdampft durch Zufuhr beim Gravieren entstehender thermischer Energie im Abschnitt der Wärmerohre 30, der sich im Wärmetauscher 20 im Bereich der Gravierköpfe befindet. Das verdampfte Wärmetransportmittel strömt durch die Wärmerohre 30 in Richtung niedrigerer Temperatur zum Wärmetauscher 10 und kondensiert in den in diesen enthaltenen Abschnitten der Wärmerohre 30. Auf diese Weise bildet sich innerhalb der einzelnen Wärmerohre 30 ein Kühlkreislauf.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Anordnung der Wärmetauscher 10, 20 der Kühlungseinrichtung bzw. des Graviersystems ähnlich der nach 1 ist. Hierbei werden jedoch im Gegensatz zum Vorstehenden keine Wärmerohre 30, sondern Kühlkreisläufe 40 in Form von in der 2 symbolisch dargestellten Wendeln verwendet, die zur Erzielung einer Küh lungswirkung von Wasser durchflossen sind. Das Wasser nimmt ähnlich zur ersten Ausführungsform von der Umgebungsluft im Wärmetauscher 20 im Bereich des Gravierkopfes Wärme oder thermische Energie auf, fließt im Kühlkreislauf 40 einer Richtung folgend weiter und gibt an die Umgebungsluft im Wärmetauscher 10 Wärme oder thermische Energie ab. Der Wärmetauscher 10 wird hierbei von Luft durchströmt und ist somit luftgekühlt, wie dies durch die Richtungspfeile in 2 angedeutet ist.
In 3 ist eine weitere Variante der Erfindung dargestellt. Grundsätzlich können hierbei im Wesentlichen gleiche Bauteile wie unter 2 verwendet werden. Allerdings grenzen die Wärmetauscher 10, 20 der Kühlungseinrichtung in 3 nicht aneinander an bzw. sind nicht einteilig ausgebildet. Dies hat zur Folge, dass die Wärmetauscher 10, 20 jeweils an allen Seiten bewandet sind. Die dargestellte Variation stellt für das Graviersystem einer Graviervorrichtung eine lokal angeordnete Kühlungseinrichtung bereit, wobei die Verbindung des Kühlkreislaufs 40 der Wärmetauscher 10, 20 durch Schnellkupplungen 65 hergestellt ist. Die Schnellkupplungen 65 umfassen eine Zuführleitung 50 sowie eine Rückführleitung 60 zum Transport des Wärmetransportmittels in einem Kreislauf und sind bevorzugt an Supporten, die jeweils einen Gravierkopf tragen (nicht dargestellt) angebracht. Mittels dieser Ausführungsform lassen sich die Wärmetauscher 10, 20 etwa bei Wartungsarbeiten schnell trennen und anschließen und sind in veränderlicher Zusammenstellung verwendbar. Als Erweiterung kann am Kühlkreislauf 40 eine Pumpe 70 angeordnet sein, um dem Kühlkreislauf zusätzlich zu den aufgrund der Wärmewirkung im Wärmetauscher 40 wirkenden Kräften weitere Pumpleistung bereitzustellen.

Claims

Graviersystem zur Gravur von Druckformen, mit einer Kühlungseinrichtung zur Kühlung des Graviersystems und mehreren, jeweils von Supporten getragenen Gravierköpfen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlungseinrichtung mehrere Kühleinheiten umfasst, die jeweils zwei kommunizierende Wärmetauscher (10, 20) umfassen, wobei in einem (20) der beiden Wärmetauscher (10, 20) Wärme aus einem der Gravierköpfe auf ein durch die Wärmetauscher (10, 20) strömendes Wärmeübertragungsmedium übertragbar ist und im anderen (10) der beiden Wärmetauscher (10, 20) das Wärmeübertragungsmedium mit Luft kühlbar ist, und wobei jeweils eine Kühleinheit einem Gravierkopf zugeordnet ist.
Graviersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher (10, 20) jeder Kühleinheit mindestens ein Wärmerohr (30) umfassen, dessen eines Ende in den Gravierkopf ragt.
Graviersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmerohre (30) von einem flüssigen Medium durchflossen sind.
Graviersystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmerohre (30) von einem gasförmigen Medium durchflossen sind.
Graviersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer (20) der beiden Wärmetauscher (10, 20) mit dem Graviersystem verbunden ist, und dass die beiden Wärmetauscher (10, 20) der Kühlungseinrichtung durch Schnellkupplungen (65) miteinander verbindbar sind.
Graviersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellkupplungen (65) an den Supporten angebracht sind.
Graviersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer (20) der beiden Wärmetauscher (10, 20) mit dem Graviersystem verbunden ist, und dass die beiden Wärmetauscher (10, 20) der Kühlungseinrichtung durch einen Kühlkreislauf (40) miteinander verbunden sind.
Graviersystems nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der andere (10) der beiden Wärmetauscher (10, 20) der Kühlungseinrichtung mit Luft bestromt ist.
Verfahren zur Kühlung eines Graviersystems einer Graviervorrichtung zur Gravur von Druckformen, wobei das Graviersystem mehrere jeweils von Supporten getragene Gravierköpfe aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Gravierkopf einzeln mit einer eigenen Kühleinheit mit zwei kommunizierenden Wärmetauschern (10, 20) gekühlt wird, wobei in einem (20) der beiden Wärmetauscher (10, 20) Wärme aus dem Gravierkopf auf ein durch die Wärmetauscher strömendes Wärmeübertragungsmedium übertragen und im anderen (10) der beiden Wärmetauscher das Wärmeübertragungsmedium mit Luft gekühlt wird.