DE10008658A1 - Drying process for water-based inks, dyes etc. involves running material onto metal cylinder with its surface integrated into wave guide - Google Patents
Drying process for water-based inks, dyes etc. involves running material onto metal cylinder with its surface integrated into wave guideInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft den optimalen Einsatz von Mikrowellen bei der Trocknung von Druckfarben, Tinten, Lacke, Klebstoffe und dergleichen auf Wasserbasis auf ein flächiges Substrat oder Bedruckstoff durch Hochfrequenz- bzw. Mikrowellenfeldern.The present invention relates to the optimal use of microwaves for drying of printing inks, inks, varnishes, adhesives and the like on a water base Substrate or substrate through high-frequency or microwave fields.
Befindet sich ein verlustbehaftetes Dielektrikum in einem Mikrowellenhohlleiter, dann weist der Wellenleiter eine Absorption der eingeleiteten Mikrowellenleistung auf. Insbesondere wässerige Zusammensetzungen, wie zum Beispiel wässerige Druckfarben, Tinten, Lacke und Klebstoffe gehören zu den verlustbehafteten Dielektrikas. Die dielektrischen Verluste werden vornehmlich durch eine Wechselwirkung zwischen dem hochfrequenten Wechselfeld und den beweglichen Wassermoleküle, und zwar aufgrund deren sehr hohen dielektrischen Momenten hervorgerufen. Die dielektrischen Verluste nehmen mit dem Wassergehalt der wässerigen Zusammensetzung zu, hängen aber auch von der Absoluttemperatur der wässerigen Zusammensetzung ab. Sie sind außerdem proportional zur Frequenz des elektrischen Wechselfeldes und zum Quadrat dessen Effektivwertes. Die absorbierte Mikrowellenleistung wird in Wärme umgewandelt, daher führen diese dielektrischen Verluste zu einer gezielten Wärmefreisetzung in den wässerigen Druckfarben, Tinten, Lacke und Klebstoffe. Somit eignet sich diese Wärmefreisetzung optimal zur Verdunstungstrocknung von wasserbasierten Zusammensetzungen, die als dünne Schichten auf den Substrat aufgetragen wurden.If there is a lossy dielectric in a microwave waveguide, then points the waveguide absorbs the introduced microwave power. In particular aqueous compositions, such as aqueous printing inks, Inks, varnishes and adhesives are lossy dielectrics. The dielectric losses are primarily caused by an interaction between the high-frequency alternating field and the moving water molecules, because of them very high dielectric moments. The dielectric losses increase the water content of the aqueous composition, but also depend on the Absolute temperature of the aqueous composition. They are also proportional to Frequency of the alternating electrical field and the square of its effective value. The absorbed microwave power is converted into heat, so this leads to dielectric losses for targeted heat release in the aqueous printing inks, Inks, varnishes and adhesives. This release of heat is therefore ideal for Evaporative drying of water-based compositions as thin layers were applied to the substrate.
Dagegen, gebundene Wassermoleküle, insbesondere an Zellstoffasern angelagerte Wasser moleküle, führen kaum zu dielektrischen Verluste. Daher wird in vorteilhafter Weise der Feuchtegehalt einer Papierbahn beim Druck mit wasserbasierten Farben und anschließender Mikrowellentrocknung kaum verändert.In contrast, bound water molecules, especially water attached to cellulose fibers molecules, hardly lead to dielectric losses. Therefore, the Moisture content of a paper web when printing with water-based inks and subsequent Microwave drying hardly changed.
Bei den üblichen Mikrowellentrockner (Abb. 1) durchläuft der Substrat bzw. der Bedruckstoff (1) ein Hohlwellenleiter (2) oder ein Wellenleiterresonator ohne jegliche Abstützung oder wird lediglich durch Luftströmungen in der Schwebe gehalten. Damit kann die Position des Bedruckstoffes im Hochfrequenzfeld nicht eindeutig festgelegt werden, was dazu führt, daß die Ein- und Austrittschlize (8 in der Abb. 1) relativ groß gehalten werden müssen. Außerdem kann die Temperatur der Bedruckstoffbahn über die Temperatur der Luftströmungen nur außerhalb des Wellenleiters und damit außerhalb des hochfrequenten Wechselfeldes eingestellt werden, was sich aber als aufwendig und ungenau erwiesen hat.In the conventional microwave dryer (Fig. 1) of the substrate or the printing substrate (1) passes through a hollow waveguide (2) or a waveguide resonator without any support or is held only by air currents in the air. This means that the position of the substrate in the high-frequency field cannot be clearly defined, which means that the entry and exit slides (8 in FIG. 1) must be kept relatively large. In addition, the temperature of the printing material web can only be set via the temperature of the air flows outside the waveguide and thus outside the high-frequency alternating field, but this has proven to be complex and imprecise.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trocknung von wasserbasierten Zusammensetzungen auf flächigen Substraten zu schaffen, wobei die Temperatur des flächigen Substrats im hochfrequenten Wechselfeld (Trocknungs temperatur) genau eingestellt werden kann, sowie die Lage des Substrats genau festgelegt ist.The invention has for its object a method and an apparatus for Create drying of water-based compositions on flat substrates, the temperature of the flat substrate in the high-frequency alternating field (drying temperature) can be set precisely, and the position of the substrate is precisely determined.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 19 gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. The object is achieved by the features of claims 1 and 19. Further training results from the subclaims.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird die Trocknung von wasserbasierten Druckfarben, Tinten, Lacke usw. mittels Hochfrequenz- bzw. Mikrowellenfeldern realisiert, wobei der Bedruckstoff direkt auf einer metallischen Walze geführt wird und wobei die hochfrequenten elektrischen Wechselfelder direkt auf der Walze aufgebaut werden.The solution according to the invention enables the drying of water-based printing inks, Inks, varnishes, etc. realized by means of high-frequency or microwave fields, the Printing material is guided directly on a metallic roller and the high-frequency electric alternating fields can be built directly on the roller.
Bei der Führung des Bedruckstoffes über eine metallische Walze kann die Position des Bedruckstoffes eindeutig festgelegt werden. Die Substrattemperatur läßt sich über die Temperatur der Walze auf einfache Weise genau einstellen.When guiding the substrate over a metallic roller, the position of the Substrate to be clearly defined. The substrate temperature can be controlled via the Precisely adjust the temperature of the roller in a simple manner.
Damit die hochfrequenten Wechselfelder auf der Oberfläche der metallischen Walze aufgebaut werden, muß die Oberfläche der Walze eine Innenwand des Hohlraumwellenleiters stellen, d. h. in den Hohlraumwellenleiter integriert werden.So that the high-frequency alternating fields on the surface of the metallic roller be built up, the surface of the roller must be an inner wall of the cavity waveguide ask, d. H. be integrated into the cavity waveguide.
Eine optimale Nutzung der eingespeisten Mikrowellenenergie wird durch die Verwendung von einer Anordnung erreicht, bei der der Hohlwellenleiter in Resonanz betrieben wird, so daß die eingespeiste Mikrowellenenergie zu einer stehenden Welle mit starken elektrischen Feldern umgesetzt wird. Dabei werden hierzu reflektierende Abschlüsse an den Enden des Hohlwellenleiter benötigt, die den Hohlwellenleiter in einen Hohlwellenleiterresonator, d. h. in einen sogenannten Hohlraumresonator umwanldeln.The use of the microwave energy fed in is optimal achieved by an arrangement in which the hollow waveguide is operated in resonance, so that the injected microwave energy into a standing wave with strong electrical Fields is implemented. For this purpose, reflective ends at the ends of the Hollow waveguide needed that the hollow waveguide in a hollow waveguide resonator, d. H. in convert a so-called cavity resonator.
Die erfindungsgemäße Lösung kann auch zur Trocknung von wasserbasierten Zusammen setzungen auf Bögen angewendet werden, indem die Walze durch einen bogenführender Zylinder (mit metallischer Oberfläche) einer Bogenrotationsdruckmaschine oder Bogen verarbeitungsmaschine ersetzt wird. Dabei wird der Bogen vom Greifer und/oder Sauger gehalten. Beim Durchlaufen des Greiferkanals durch den Wellenleiterbereich wird die Mikrowellenleistungsquelle ausgeschaltet.The solution according to the invention can also be used to dry water-based composites Settlements can be applied to sheets by moving the roller through a sheet Cylinder (with a metallic surface) on a sheet-fed rotary printing press or sheet processing machine is replaced. The bow is removed from the gripper and / or suction device held. When passing through the gripper channel through the waveguide area, the Microwave power source turned off.
Um die Oberfläche der Walze in den Hohlwellenleiterresonator zu integrieren, müssen wesentliche Bestandteile der Hohlraumresonatoranlage, einschließlich die Mikrowellen leistungsquelle direkt an der Walze installiert werden, wobei die Walzenoberfläche ein Teil der Resonatorinnenfläche stellt. Diese Integration der Oberfläche der Walze in einen Hohlwellenleiterresonator verlangt allerdings, daß Wellenleitermode erregt werden, bei denen kein Wandstrom quer zu den Schlitzen zwischen Walze und restlichem Hohlwellenleiter resonator fließt (siehe Ein- und Austrittsschlize 8 aus Abb. 3).In order to integrate the surface of the roller into the waveguide resonator, essential components of the cavity system, including the microwave power source, have to be installed directly on the roller, the roller surface being part of the inner surface of the resonator. However, this integration of the surface of the roller in a hollow waveguide resonator requires that waveguide modes are excited in which no wall current flows across the slots between the roller and the remaining hollow waveguide resonator (see inlet and outlet slides 8 from FIG. 3).
Dies läßt sich am besten realisieren, indem man von Wellenleitermoden ausgeht, bei denen die Wandströme parallel zur Walzenachse, d. h. in Längsrichtung des Wellenleiters fließen. Vorteilhaft wäre hierzu der unterste derartige Mode, der "E11 Mode" aus der Abb. 2. Außerdem muß dafür gesorgt werden, daß im Bereich der Endabschlüsse des Hohlwellen leiterresonators keine Wandströme der stehenden Welle unterbrochen werden.This can best be achieved by starting from waveguide modes in which the wall currents flow parallel to the roll axis, ie in the longitudinal direction of the waveguide. The lowest mode of this kind, the “E11 mode” from FIG. 2, would be advantageous . In addition, it must be ensured that no wall currents of the standing wave are interrupted in the region of the end terminations of the hollow-wave conductor resonator.
Hohlwellenleiterresonatoren weisen allerdings den Nachteil auf, daß an den Nullstellen der stehenden Welle mit einer minimalen Feldeinwirkung zu rechnen ist. An den entsprechenden Stellen längs der Bahn wären somit ungenügend getrocknete Streifendes Bedruckstoffes zu erwarten.However, waveguide resonators have the disadvantage that at the zeros of the standing wave with a minimal field effect is to be expected. At the appropriate Insufficiently dried stripes of the printing material would be placed along the web expect.
Dieses Problem wird dadurch gelöst, daß je zwei identische nebeneinander angeordnete Hohlwellenleiterresonatoren verwendet werden. Dabei werden die Hohlwellenresonatoren so angeordnet, daß deren stehenden Wellen eine Phasenverschiebung von 90° aufweisen. Somit stehen die Auslenkungen der elektrischen Felder in den Resonatoren wie die Sinus- und Cosinusfunktion vom selben Winkelwert (2πx/λ'). Der Winkelwert ändert sich quer zur Bahn gemäß x siehe Abb. 4 und hängt von der Modewellenlänge λ' ab. This problem is solved in that two identical hollow waveguide resonators arranged next to one another are used. The hollow wave resonators are arranged so that their standing waves have a phase shift of 90 °. Thus the deflections of the electric fields in the resonators, like the sine and cosine functions, are at the same angle value (2πx / λ '). The angle value changes across the path according to x see Fig. 4 and depends on the mode wavelength λ '.
Durch die vorgenommene Phasenverschiebung von 90° fallen das Maxima des einen Wellenleiterresonators mit den Minima des anderen Welleneiterresonators zusammen. Da die Wärmefreisetzung vom Quadrat der effektiven Feldstärke abhängt, und sin2(2πx/λ') + cos2(2πx/λ') = 1, erhält man mit einem derartigen Modul eine auch in Querrichtung konstante Bestrahlung der Bahn, und somit eine gleichmäßige Trocknung auf der gesamten Fläche des Bedruckstoffes.Due to the phase shift of 90 °, the maxima of one waveguide resonator coincide with the minima of the other waveguide resonator. Since the heat release depends on the square of the effective field strength, and sin 2 (2πx / λ ') + cos 2 (2πx / λ') = 1, with such a module one obtains a constant radiation of the web in the transverse direction, and thus a uniform one Drying on the entire surface of the substrate.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abb. 3, 4 und 5 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Dabei zeigen schematisch:An embodiment of the invention is shown in Figs. 3, 4 and 5 and will be described in more detail below. The following schematically show:
Abb. 1: Mikrowellentrockner üblicher Bauart. Fig. 1: Microwave dryer of the usual type.
Abb. 2: Felder und Wandströme für einfache Moden im Rechteckhohlleiter. Fig. 2: Fields and wall currents for simple modes in the rectangular waveguide.
Abb. 3: Vorrichtung zur erfindungsgemäßen Trocknung von wasserbasierten Druck farben, Tinten, Lacken usw. auf einem Bedruckstoff mittels Mikrowellenfeldern direkt auf einer metallischen Walze. Fig. 3: Device for drying water-based printing inks, inks, varnishes, etc. according to the invention on a substrate by means of microwave fields directly on a metallic roller.
Abb. 4: Vorrichtung gemäß Abb. 3 in Schnittdarstellung. Fig. 4: Device according to Fig. 3 in a sectional view.
Abb. 5: Schnittdarstellung einer Druckmaschine in Sattelitenbauweise mit einer Trocknungseinheit nach jedem Druckwerk. Fig. 5: Sectional view of a satellite-style printing machine with a drying unit after each printing unit.
In den Abb. 3, 4 und 5 ist eine Vorrichtung zur erfindungsgemäßen Trocknung von wasserbasierten Druckfarben, Tinten, Lacken usw. auf einem flächigen Substrat oder Bedruckstoff mittels Mikrowellenfeldern, die direkt auf einer metallischen Walze aufgebaut werden, dargestellt.In Figs. 3, 4 and 5 according to the invention a device for drying of water-based printing inks, inks, varnishes, etc., shown on a flat substrate or printed material by means of microwave fields which are mounted directly on a metallic roll.
Auf dem metallischen Zylinder (4) wird ein Hohlwellenleiterresonator (2) aufgebaut. Der Bedruckstoff (1) läuft auf der Walze (4) durch den Hohlwellenleiterresonator (2). Der Magnetron (3) erregt ein Mode mit Wandströmen parallel zur Walzenachse. Damit an den Endabschlüssen des Hohlwellenleiterresonators keine Wandströme unterbrochen werden, überhängt der Resonator die Walze mit Endstücken (5) deren Länge ein Viertel der Phasenwellenlänge der stehenden Welle beträgt. Die Querschlitzen (6) zwischen Walze (4) und Endstücken (5) befinden sich somit an Stellen, an denen die stehende Welle keine Wandströme aufweist.A hollow waveguide resonator ( 2 ) is built up on the metallic cylinder ( 4 ). The printing material ( 1 ) runs on the roller ( 4 ) through the hollow waveguide resonator ( 2 ). The magnetron ( 3 ) excites a mode with wall currents parallel to the roller axis. So that no wall currents are interrupted at the end terminations of the hollow waveguide resonator, the resonator overhangs the roller with end pieces ( 5 ) whose length is a quarter of the phase wavelength of the standing wave. The transverse slots ( 6 ) between the roller ( 4 ) and end pieces ( 5 ) are thus located at places where the standing shaft has no wall currents.
Eine Abstimmung des Hohlwellenleiterresonators um eine zweckmäßige Plazierung der Maxima und Minima der stehenden Welle zu erreichen erfolgt über eine vertikale Verstellung des flexiblen Wellenleiterdeckels (7).The hollow waveguide resonator is coordinated in order to achieve an appropriate placement of the maxima and minima of the standing wave by means of a vertical adjustment of the flexible waveguide cover ( 7 ).
Diese vertikale Verstellung kann je nach Bedarf unterschiedlich von Stelle zu Stelle in x-Richtung erfolgen.This vertical adjustment can vary from place to place as required x direction.
In Abb. 5 ist eine Druckmaschine in Satellitenbauweise mit einer Trocknungs einheit (11) nach jedem Druckwerk (10) dargestellt. Selbstverständlich kann die erfindungs gemäße Trocknungseinheit auch zwischen den Druck-, Lackier- und sonstigen Auftrags werken von Druckmaschinen in Reihenbauweise eingesetzt werden. Sowohl bei Druck maschinen in Satellitenbauweise als auch bei Druckmaschinen in Reihenbauweise ist es vorteilhaft, nach dem letzten Druck-, Lackier- oder sonstigem Auftragswerk eine leistungs stärkere Trocknungseinheit anzuordnen. Fig. 5 shows a printing machine in satellite design with a drying unit ( 11 ) after each printing unit ( 10 ). Of course, the drying unit according to the invention can also be used between the printing, painting and other order units of printing presses in series. Both in printing machines in satellite construction and in printing machines in series construction, it is advantageous to arrange a more powerful drying unit after the last printing, painting or other application work.
Um die Druckbilder zwischen den einzelnen Druckwerken bei Druckmaschinen in Reihen- und Satellitenbauweise, insbesondere beim Andruck, beobachten zu können, sowie eventuelle Reinigungsarbeiten durchzuführen zu können, ist es erforderlich, die Trocknungs einheiten (11) vorübergehend zu entfernen, da diese andernfalls den Blick auf den über dem Gegendruckzylinder geführten Bedruckstoff verdecken. Zur Lösung dieses Problems werden die Trocknungseinheiten (11) in im wesentlichen radialer Richtung (12) von dem Gegen druckzylinder (4) abstellbar und an diesen wieder anstellbar ausgebildet (Abb. 5). In order to be able to observe the print images between the individual printing units in the case of printing machines in series and satellite construction, in particular when printing, and to be able to carry out any cleaning work, it is necessary to temporarily remove the drying units ( 11 ), since otherwise they will be visible cover the printing material guided over the impression cylinder. To solve this problem, the drying units ( 11 ) can be switched off in an essentially radial direction ( 12 ) from the counter-pressure cylinder ( 4 ) and can be switched on again ( Fig. 5).
11
Bedruckstoffbahn,
Substrate web,
22
Hohlwellenleiterresonator,
Hollow waveguide resonator,
33rd
Magnetron,
Magnetron,
44
Walze,
Roller,
55
λ/4-Resonatorendstücke,
λ / 4 resonator end pieces,
66
Schlitzen zwischen Walze und λ/4-Resonatorendstücke,
Slots between roller and λ / 4 resonator end pieces,
77
Flexiblen Wellenleiterdeckel,
Flexible waveguide cover,
88th
Ein- und Austrittschlitze,
Entry and exit slots,
99
Längsschlitze zur Luftführung,
Longitudinal slots for air flow,
1010th
Druckwerk,
Printing unit,
1111
Trocknungseinheit,
Drying unit,
1212th
Richtung zum An- und Abstellen der Trocknungseinheit (Direction for starting and stopping the drying unit (
1111
) Vom Gegendruckzylinder () From the impression cylinder (
44
) einer Druckmaschine in Satellitenbauweise.
) a printing machine in satellite design.
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