Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Viskosität der Druckfarbe in einer Druckmaschine

Abstract

 Verfahren zur Überwachung der Viskosität der Druckfarbe in einer Druckmaschine mit einem Farbsystem, in dem die Druckfarbe mit im wesentlichen konstantem Volumendurchsatz umgewälzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die im Farbsystem umgewälzte Druckfarbe durch eine Meßleitung (42) strömen läßt, deren Querschnitt sich in Strömungsrichtung vergrößert und die einen beweglichen, entgegen der Strömungsrichtung vorgespannten Widerstandskörper (44) enthält, und daß man die Position des Widerstandskörpers überwacht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Viskosität der Druckfarbe in einer Druckmaschine mit einem Farbsystem, in dem die Druckfarbe mit im wesentlichen konstantem Volumendurchsatz umgewälzt wird.

[0002] Eine Druckmaschine, beispielsweise eine Flexodruckmaschine, weist eine Auftragwalze, beispielsweise eine mit einem Näpfchenraster versehene Rasterwalze auf, mit der flüssige, mit Lösungsmittel verdünnte Druckfarbe auf einen Druckzylinder aufgetragen wird. Während des Druckbetriebs ist eine Kammerrakel pneumatisch an den Umfang der Auftragwalze angestellt, so daß die Farbnäpfchen bei jeder Umdrehung der Auftragwalze, nachdem sie ihre Druckfarbe an die druckenden Teile des Druckzylinders abgegeben haben, beim Durchlauf durch die Farbkammer wieder mit Farbe gefüllt werden. Das Farbsystem einer solchen Druckmaschine umfaßt eine Fördereinrichtung mit einer in einer Zufuhrleitung angeordneten Zufuhrpumpe, mit der die Druckfarbe aus einem Farbbehälter in die Kammerrakel gefördert wird, und einer in einer Rücklaufleitung angeordneten Rückförderpumpe, mit der die Druckfarbe aus der Kammerrakel abgezogen und wieder in den Farbbehälter zurückgeleitet wird. Auf diese Weise wird die Druckfarbe während des Druckbetriebs ständig in einem geschlossenen Kreislauf umgewälzt.

[0003] Die Viskosität der Druckfarbe ist von der Konzentration des Lösungsmittels abhängig und sollte während des Druckvorgangs konstant auf einem vorgegebenen Wert gehalten werden, damit eine gleichbleibend gute Druckqualität gewährleistet wird. Für eine genaue Messung und Einstellung der Viskosität vor dem Druckvorgang wird beispielsweise ein so genannter DIN-Becher benutzt, der ein gegebenes Volumen und eine Auslauföffnung mit gegebenem Querschnitt aufweist. Die Zeit, innerhalb derer die Druckfarbe vollständig aus dem gefüllten DIN-Becher ausläuft, bildet dann ein Maß für die Viskosität.

[0004] Aufgrund unvermeidlicher Lösungsmittelverluste durch Verdunstung bleibt die Viskosität der Druckfarbe jedoch während des Druckvorgangs nicht stabil. Die Viskosität muß deshalb während des Druckvorgangs überwacht und ggf. durch Zudosieren von Lösungsmittel in den Farbbehälter wieder auf den Sollwert eingestellt werden.

[0005] Bisher erfolgt diese Überwachung der Viskosität periodisch in gewissen Zeitabständen mit Hilfe eines Viskositätsmessers, der in einem Bypass angeordnet ist, der die Zufuhrleitung des Farbsystems unter Umgehung der Farbkammer mit der Rücklaufleitung verbindet.

[0006] Es hat sich jedoch gezeigt, daß die herkömmlichen, im Bypass angeordneten Viskositätsmesser während des Druckvorgangs einen verhältnismäßig hohen Durchsatz an Druckfarbe erfordern. Da die in der Zufuhrleitung und Rücklaufleitung angeordneten Pumpen zumeist als Membranpumpen ausgebildet sind, die einen im Wesentlichen konstanten Volumendurchsatz aufweisen, kann es während der Viskositätsmessung zu einem Mangel an Druckfarbe in der Farbkammer und damit zu einer Beeinträchtigung der Druckqualität kommen.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Viskosität der Druckfarbe anzugeben, mit denen sich eine Beeinträchtigung der Druckqualität während des Druckvorgangs vermeiden läßt.

[0008] Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß man die im Farbsystem umgewälzte Druckfarbe durch eine Meßleitung strömen läßt, deren Querschnitt sich in Strömungsrichtung vergrößert und die einen beweglichen, entgegen der Strömungsrichtung vorgespannten Widerstandskörper erhält, und daß man die Position des Widerstandskörpers kontinuierlich überwacht.

[0009] Es sind Durchflußmeßgeräte bekannt, die eine Meßleitung mit sich in Strömungsrichtung vergrößerndem Querschnitt sowie einen entgegen der Strömungsrichtung vorgespannten Widerstandskörper aufweisen. Durch Flüssigkeitsreibung zwischen der durchströmenden Flüssigkeit und dem Widerstandskörper wirkt auf den Widerstandskörper eine Kraft, die proportional zur Viskosität und zur Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit ist. Da die Strömungsgeschwindigkeit umgekehrt proportional zum Querschnitt der Meßleitung ist, nimmt der Widerstandskörper eine Gleichgewichtsposition ein, in der die durch die Flüssigkeitsreibung verursachte Kraft gleich der Vorspannung ist. Bei bekannter Viskosität der Flüssigkeit bildet diese Gleichgewichtsposition des Widerstandskörpers ein Maß für den Durchfluß der Flüssigkeit durch das Meßgerät. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dieses Meßprinzip umgekehrt, indem man die Position des Widerstandskörpers bei bekanntem Volumendurchsatz der Flüssigkeit als Maß für die Viskosität verwendet.

[0010] Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die Viskosität kontinuierlich überwacht werden kann und daß die Versorgung der Farbkammer mit Druckfarbe auch während des Meßvorgangs nicht beeinträchtigt wird, da die Meßleitung in Reihe in dem Umwälzsystem angeordnet sein kann und somit keine Druckfarbe in einen Bypass abgezweigt zu werden braucht.

[0011] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

[0012] Zur Überwachung der Position des Widerstandskörpers in der Meßleitung sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Vorzugsweise erfolgt die Positionsmessung berührungslos, beispielsweise kapazitiv, induktiv oder mit Hilfe von Magnetsensoren. Ggf. können jedoch auch optische Sensoren oder Ultraschallsensoren für die Positionsmessung eingesetzt werden.

[0013] Vorzugsweise wird die Menge an zudosiertem Lösungsmittel automatisch in Abhängigkeit von der gemessenen Position des Widerstandskörpers gesteuert, so daß die Viskosität der Druckfarbe in einem geschlossenen Regelkreis präzise geregelt wird.

[0014] Im Fall einer Einpunkt- oder Zweipunkt Regelung kann die Position des Widerstandskörpers einfach mit Hilfe eines oder mehrerer Schalter erfaßt werden. Sofern die Position des Widerstandskörpers quantitativ gemessen wird, kann das vom Positionsmesser gelieferte digitale oder analoge Positionssignal auch die Grundlage für eine Proportional-, Integral- und/oder Differentialregelung bilden.

[0015] Vor Beginn des Druckvorgangs kann die Viskosität in herkömmlicher Weise mit Hilfe eines DIN-Bechers genau eingestellt werden. Das Überwachungssystem läßt sich dann vor oder ggf. auch kurz nach Beginn des Druckbetriebs auf einfache Weise eichen, in dem der aktuelle Meßwert für die Position des Widerstandskörpers als Sollwert verwendet wird oder im Falle einer Ein- oder Zweipunkt Messung der oder die Schalter auf die aktuelle Position des Widerstandskörpers eingestellt werden.

[0016] Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist Gegenstand des Anspruchs 4.

[0017] Bevorzugt ist die Meßleitung vertikal in der Zufuhrleitung angeordnet, so daß der Widerstandskörper durch sein Eigengewicht entgegen der Strömungsrichtung vorgespannt wird. Der Widerstandkörper ist vorzugsweise als Kugel ausgebildet, die sich durch strömungsdynamische Effekte selbst in der Meßleitung zentriert. Falls die Positionsmessung magnetisch erfolgt, kann die Kugel einen Magneten enthalten oder aus magnetischem Material bestehen. In diesem Fall läßt sich durch ein externes Magnetfeld erreichen, daß der Magnet stets dieselbe Orientierung in Bezug auf einen außerhalb der Meßleitung angeordneten Magnetschalter behält. Zugleich kann dieses Magnetfeld dazu dienen, daß Eigengewicht der Kugel entweder zu verstärken oder teilweise zu kompensieren, um die Empfindlichkeit und Meßgenauigkeit zu optimieren. Bei Verwendung eines externen Magnetfelds braucht die Kugel nicht selbst magnetisch zu sein, sondern lediglich aus magnetisierbarem Material zu bestehen, so daß ein magnetischer Kreis geschlossen und der Magnetschalter betätigt wird, wenn sich die Kugel in einer entsprechenden Höhe befindet. Das externe Magnetfeld kann ggf. auch mit Hilfe eines Elektromagneten erzeugt und mit kurzer Periode gepulst werden. In den in Impulspausen wirken dann keine magnetischen Felder auf die Kugel, so daß ihre Position nicht durch magnetische Wechselwirkungen verfälscht wird.

[0018] In Strömungsrichtung der Druckfarbe ist die Position des Widerstandskörpers vorzugsweise so durch einen Anschlag begrenzt, daß der Auslaß der Meßleitung nicht durch den Widerstandskörper verschlossen werden kann. Hierdurch wird die Funktionssicherheit erhöht und außerdem die Möglichkeit geschaffen, daß Farbsystem der Druckmaschine während der Reinigung mit Hilfe von Druckluft auszublasen, wie in der parallelen europäischen Patentanmeldung "Verfahren zum Reinigen des Farbsystems einer Druckmaschine" der Anmelderin beschrieben wird.

[0019] Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

[0020] Die einzige Zeichnungsfigur zeigt eine schematische Darstellung des Farbsystems einer Druckmaschine sowie eine Vorrichtung zur Regelung der Viskosität der Druckfarbe.

[0021] In einer Seitenansicht ist eine Auftragwalze 10 einer Flexodruckmaschine dargestellt. An den Umfang der Auftragwalze 10 ist eine Kammerrakel 12 anstellbar, die eine Farbkammer 14 bildet. Die Auftragwalze 10 ist ihrerseits an den Umfang eines nicht gezeigten Druckzylinders anstellbar und gibt während des Druckbetriebs die in der Farbkammer 14 aufgenommene Druckfarbe an die druckenden Teile der Klischees auf den Druckzylinder ab.

[0022] Außerdem ist schematisch eine Fördereinrichtung 20 dargestellt, die während des Druckbetriebs dazu dient, die mit Lösungsmittel verdünnte Druckfarbe kontinuierlich zwischen der Farbkammer 14 der Kammerrakel und einem Farbbehälter 22 umzuwälzen. Die Fördereinrichtung 20 umfaßt eine Zufuhrleitung 24, die von dem Farbbehälter 22 zur Farbkammer 14 führt und eine Zufuhrpumpe 26 enthält, sowie eine von der Farbkammer 14 zum Farbbehälter 22 zurückführende Rücklaufleitung 28 mit einer Rückförderpumpe 30.

[0023] Die Zufuhrpumpe 26 und die Rückförderpumpe 30 sind als druckluftgetriebene Membranpumpen ausgebildet, die über Druckluftleitungen 32, 34 mit Druckluft aus einer nicht gezeigten Druckluftquelle versorgt werden. An die Zufuhrleitung 24 und an die Rücklaufleitung 28 ist jeweils zwischen der Farbkammer 14 und der betreffenden Pumpe ein Ausgleichsbehälter 36 angeschlossen, der in bekannter Weise zum Ausgleich von Druckschwankungen der pulsierend arbeitenden Membranpumpen dient.

[0024] Die Zufuhrpumpe 26 ist mit der zugehörigen Druckluftleitung 32 über ein Dosierventil 38 verbunden mit dem die Förderleistung dieser Pumpe einstellbar ist. In entsprechender Weise ist die Förderleistung der Rückförderpumpe 30 mit Hilfe eines Dosierventils 40 veränderbar.

[0025] In einem vertikalen Ast der Zufuhrleitung 24 ist in Strömungsrichtung hinter der Zufuhrpumpe 26 eine Meßleitung 42 angeordnet, die sich nach oben konisch erweitert. Ein Widerstandskörper in der Form einer Kugel 44 aus magnetisierbarem Material ist frei beweglich in der Meßleitung 42 angeordnet. Wenn die Meßleitung 42 nicht von Druckfarbe durchströmt wird, sinkt die Kugel 44 aufgrund ihres Eigengewichts so weit nach unten, daß sie den sich verjüngenden unteren Abschnitt der Meßleitung verschließt. Wenn mit Hilfe der Zufuhrpumpe 26 eine aufwärts gerichtete Strömung der Druckfarbe in der Meßleitung 42 erzeugt wird. so wird die Kugel 44 durch Flüssigkeitsreibung nach oben mitgenommen, bis sie schließlich eine Gleichgewichtsposition in einer Höhe erreicht, in der die Reibungskräfte durch das Eigengewicht der Kugel gerade aufgehoben werden.

[0026] Der Weg der Kugel 44 nach oben ist durch einen Anschlag 46 begrenzt, so daß der Auslaß am oberen Ende der Meßleitung 42 auch dann nicht durch die Kugel 44 versperrt wird, wenn die Kugel am Anschlag 46 anliegt. Während des normalen Betriebs wird die Kugel frei schwebend in der Gleichgewichtsposition gehalten und dabei durch strömungsdynamische Effekte etwa auf die Mittelachse der Meßleitung 42 zentriert. Bei gegebenem Durchsatz der Zufuhrpumpe 26 bildet die Höhe, auf die sich die Kugel 44 in der Gleichgewichtsposition einstellt, ein Maß für die Viskosität der Druckfarbe, die durch die Meßleitung 42 strömt. Diese Höhe wird mit Hilfe einer Meßeinrichtung 48 gemessen.

[0027] Im gezeigten Beispiel wird die Meßeinrichtung 48 einfach durch einen Magnetschalter 50 gebildet, der außerhalb der Meßleitung 42 höhenverstellbar an einer Führung 52 angebracht ist. Die Kontakte des Magnetschalters 50 sind elektrisch mit einer Regeleinheit 54 verbunden.

[0028] Auf der dem Magnetschalter 50 entgegen gesetzten Seite der Meßleitung 46 ist - ggf. gemeinsam mit dem Magnetschalter in der Höhe verstellbar - eine Spule 56 angeordnet, die ebenfalls elektrisch mit der Regeleinheit 54 verbunden ist und durch die Regeleinheit erregt werden kann. Wenn die Regeleinheit 54 einen Stromimpuls an die Spule 56 liefert, erzeugt die Spule 56 ein Magnetfeld, das jedoch normalerweise nicht ausreicht, den Magnetschalter 50 zu schließen. Nur wenn sich die Kugel 54 in Höhe des Magnetschalters 50 befindet, wird das Magnetfeld durch die aus magnetisierbarem Material bestehende Kugel 44 so weit verstärkt, daß der Magnetschalter 50 anspricht. Auf diese Weise kann berührungsfrei festgestellt werden, ob sich die Kugel 44 in Höhe des Magnetschalters befindet.

[0029] Die Regeleinheit 54 steuert eine Dosierpumpe 58, mit der Lösungmittel aus einem Lösungsmittelbehälter 60 in den Farbbehälter 22 zudosiert wird.

[0030] Vor Beginn eines Druckvorgangs wird die im Farbbehälter 22 enthaltene Druckfarbe durch Zugabe von Lösungsmittel auf eine für den geplanten Druckvorgang optimale Viskosität eingestellt. Die präzise Viskositätsmessung erfolgt in herkömmlicher Weise mit Hilfe eines DIN-Bechers.

[0031] Anschließend wird die Farbkammer 14 mit Druckfarbe aus dem Farbbehälter 22 befüllt, und die Druckfarbe wird kontinuierlich zwischen dem Farbbehälter 22 und der Farbkammer umgewälzt. Wenn sich nach gewisser Zeit ein stabiler Betrieb der Fördereinrichtung 20 eingestellt hat, wird die Meßeinrichtung 48 auf folgende Weise geeicht:

[0032] Der Magnetschalter 50 wird zunächst in eine untere Endlage gebracht, in der er sich unterhalb der Kugel 44 befindet, und wird dann allmählich nach oben verstellt, während die Spule 56 durch periodische Stromimpulse erregt wird. Wenn der Magnetschalter 50 anspricht, wird er so weit nach oben bewegt, bis er wieder abfällt, und dann in dieser Position an der Führung 52 fixiert.

[0033] Während des Druckbetriebs wird die Spule 56 periodisch, beispielsweise in Sekundenabständen erregt, und der Zustand des Magnetschalters 50 wird durch die Regeleinheit 54 kontinuierlich überwacht. Wenn durch Verdunstung von Lösungsmittel die Viskosität der Druckfarbe abgenommen hat, nimmt die auf die Kugel 44 wirkende Reibungskraft zu, und die Kugel nimmt in der Meßleitung 42 eine etwas höhere Gleichgewichtslage ein. Dies führt dazu, daß der Magnetschalter 50 jeweils bei Erregung der Spule 56 anspricht. Anhand der Koinzidenz zwischen der Erregung der Spule 56 und dem Ansprechen des Magnetschalters kann zugleich sichergestellt werden, daß der Magnetschalter nicht durch Störeinflüsse ausgelöst wurde.

[0034] Wenn die Regeleinheit 54 feststellt, daß der Magnetschalter 50 anspricht, wird die Dosierpumpe 58 kurzzeitig in Betrieb gesetzt, und es wird eine gewisse Menge an Lösungsmittel in den Farbbehälter 22 zudosiert. Diese Zugabe von Lösungsmittel wird mit gewisser zeitlicher Verzögerung dazu führen, daß die in der Meßleitung 42 gemessene Viskosität wieder abnimmt und das Signal des Magnetschalters 50 wieder abfällt. Während der Verzögerungszeit wird das Signal des Magnetschalters von der Regeleinheit 54 ignoriert. Wenn das Signal des Magnetschalters auch nach Ablauf der voreingestellten Verzögerungszeit noch nicht wieder abgefallen ist, veranlaßt die Regeleinheit 54 die erneute Zugabe einer gewissen Menge an Lösungsmittel. Andernfalls wird erst dann wieder Lösungsmittel zudosiert, wenn der Magnetschalter 50, nachdem er zunächst abgefallen war, erneut wieder anspricht. Auf diese Weise kann die Viskosität der im Farbsystem umgewälzten Druckfarbe kontinuierlich geregelt werden.

[0035] Das Regelverfahren kann auf vielfältige Weise abgewandelt werden. Beispielsweise ist es möglich, mit Hilfe der Dosierpumpe 58 ständig eine gewisse Menge an Lösungsmittel zuzudosieren und die Zugabemenge mit Hilfe der Regeleinheit 54 in Abhängigkeit vom Signal des Magnetschalters 50 zu erhöhen oder zu verringern. Weiterhin ist es möglich, mit Hilfe zweier Magnetschalter, die in unterschiedlichen Höhen angeordnet sind, eine Zweipunktmessung zu realisieren und die Dosierpumpe 58 einzuschalten, wenn der untere Schalter anspricht, und wieder abzuschalten, wenn der obere Schalter anspricht. Falls die mit Hilfe der Messereinrichtung 48 ermittelte Viskosität über einen längeren Zeitraum zu gering ist, kann anstelle von Lösungsmittel auch Druckfarbe zudosiert werden, um die Viskosität zu erhöhen.

Ansprüche

1. Verfahren zur Überwachung der Viskosität der Druckfarbe in einer Druckmaschine mit einem Farbsystem, in dem die Druckfarbe mit im wesentlichen konstantem Volumendurchsatz umgewälzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die im Farbsystem umgewälzte Druckfarbe durch eine Meßleitung (42) strömen läßt, deren Querschnitt sich in Strömungsrichtung vergrößert und die einen beweglichen, entgegen der Strömungsrichtung vorgespannten Widerstandskörper (44) enthält, und daß man die Position des Widerstandskörpers überwacht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Widerstandskörpers (44) berührungslos erfaßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität der Druckfarbe durch Zudosieren von Lösungsmittel und/oder unverdünnter Druckfarbe in Abhängigkeit von der Position des Widerstandskörpers geregelt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche bei einer Druckmaschine mit einer Fördereinrichtung (20) zum Umwälzen von Druckfarbe zwischen einem Farbbehälter (22) und einer Farbkammer (14) der Druckmaschine, gekennzeichnet durch eine in Reihe in das Leitungssystem (24, 28) der Fördereinrichtung (20) geschaltete Meßleitung (46), deren Querschnitt sich in Strömungsrichtung vergrößert und die einen beweglichen, und entgegen der Strömungsrichtung vorgespannten Widerstandskörper (44) enthält, und durch eine Meßeinrichtung (48) zur Erfassung der Position des Widerstandskörpers.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßleitung (46) in einem vertikalen Ast einer Zufuhrleitung (24) angeordnet ist, in der durch die Fördereinrichtung eine aufwärts gerichtete Strömung der Druckfarbe aufrechterhalten wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandskörper (44) eine Kugel ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßleitung (42) konisch ausgebildet ist.

Zeichnung