устройство для окрашивания бумаги красками на водной основе

Формула изобретения

1. Устройство для окрашивания бумаги красками на водной основе, содержащее резервуар для краски и размещенную над резервуаром группу последовательно расположенных и контактирующих между собой или соответственно с лентой бумаги вращающихся валиков для переноса краски из резервуара на накатный валик, контактирующий с валиком противодавления, входящим в группу валиков, некоторые из которых в чередующемся порядке выполнены из твердого материла, а другие из мякгого материала, например резины, отличающееся тем, что группа валиков, контактирующих между собой, предпочтительно установлена с возможностью вращения от бумажной ленты, охватывающей валик протиподавления, при этом по меньшей мере некоторые из валиков, входящих в группу последовательно расположенных валиков, имеют плавающее положение по отношению к другим валикам, входящим в эту группу, и снабжены гибкими исполнительными управляющими средствами, например поршневыми цилиндрами, приводимыми в действие текучей средой под давлением, причем в качестве материала для валиков, выполненных из твердого материала, использованы предпочтительно металл или твердая резина.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что уплотнения в подшипниках каждого валика выполнены с возможностью создания тормозящего трения.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что валики в группе последовательно расположенных валиков имеют разные длины, образуя суживающую вверх конфигурацию, при этом длина валиков уменьшается в направлении снизу вверх, от самого нижнего валкика до самого верхнешго валика, а концы вышележащего валика смещены относительно концов ближайщего нижележащего валика.

4. Устройство по пп. 1 3, отличающееся тем, что валик создания противодавления, являющийся поворотным валиком для движущейся бумажной ленты, закреплен посредством маятниковой подвески, снабженной гибкими управляющими исполнительными средствами, например, в виде по меньшей мере одного поршневого цилиндра, приводимого в действие текучей средой под давлением, а накатный валик закреплен посредством неподвижной подвески.

5. Устройство по пп. 1 3, отличающееся тем, что накатной валик закреплен посредством маятниковой подвески, снабженной гибкими управляющими исполнительными средствами, например, в виде по меньшей мере одного поршневого цилиндра, приводимого в действие текучей средой под давлением, а валик создания противодавления закреплен посредством неподвижной подвески.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для окрашивания бумаги, преимущественно акварельными красками или водосодержащими типографскими красками.

В настоящее время окрашивание бумаги в виде движущейся бумажной ленты водосодержащими красками осуществляют с помощью различных устройств для окрашивания и/или посредством различных процессов печатания.

Основным недостатком известных способов является то, что на бумажную ленту наносится сравнительно много краски (больше, чем 1,5 г/м²). Поскольку краска может на 90% состоять из воды, в бумагу попадает сравнительно много воды, что приводит к разбуханию волокон бумаги, при этом происходит ухудшение или полная потеря ее полезных физических свойств (стабильность размеров, жесткости и т.п.). Для того, чтобы восстановить свойства бумаги после окрашивания ее такими способами, необходима последующая сушка одним из известных способов (горячим воздухом, инфракрасным излучением, СВЧ-сушка и т.п.). Обычно соответствующее оборудование является дорогостоящим, громоздким и сложным.

В известных устройствах рассматриваемого типа для окрашивания вращающийся валик частично погружен в резервуар с краской и соприкасается с расположенным выше промежуточным валиком, на который переносится краска. В свою очередь, промежуточный валик передает краску на расположенный выше красочный (накатный) валик, который предназначен для переноса краски на движущуюся бумажную ленту. Оси вращения всех трех валиков параллельны.

Было установлено, что на количество краски, передаваемой с одного валика на другой, сильно влияет относительное положение валиков и сила, с которой они прижаты друг к другу. Если валики сильно прижаты друг к другу, то количество переданной краски будет иным, чем когда они прижаты слабо. Поэтому для того, чтобы получить равномерное по ширине окрашивание бумажной ленты, необходимо, чтобы сила прижима валиков вдоль линии их соприкосновения была постоянной.

В известных способах регулировка положения валиков осуществляется посредством механических и/или электрических устройств и требует больших затрат времени и высокой квалификации регулировщика. Кроме того, обычно для достижения желаемого результата при регулировке приходится производить тестирование.

Поскольку давление валиков друг на друга влияет на количество переносимой краски, оно влияет также на количество переносимой воды, если используется краска на водной основе. При этом могут возникать большие проблемы, связанные с необходимостью регулировки сушильного оборудования таким образом, чтобы бумага после сушки имела требуемое содержание воды.

В случае необходимости механической регулировки положения валиков, а также управления относительными скоростями их вращения посредством зубчатых передач или индивидуальных электродвигателей для работы устройства требуется больше энергии, чем может обеспечить движущая бумажная лента, если не допускать ее чрезмерного натяжения. Поэтому для функционирования этой системы валиков требуется дополнительная энергия. Обычно эта энергия обеспечивается за счет главного двигателя агрегата, на котором смонтировано устройство для окрашивания бумаги. Как правило, при таком соединении трудно найти подходящее место для размещения устройства для окрашивания бумаги в уже существующем промышленном агрегате.

Технической задачей изобретения является исключение или существенное уменьшение необходимости последующей сушки за счет существенного уменьшения количества краски, перенесенной на бумагу, например, до 0,5 г/м². При таком незначительном количестве краски, достигающей бумаги, количество воды, попавшей на нее, становится настолько малым, что практически не влияет на физические свойства бумаги, при этом качество окраски сохраняется.

Другой технической задачей изобретения является исключение или существенное уменьшение необходимости регулировки положения валиков и давления валиков по линии их соприкосновения.

В изобретении указанные задачи достигаются путем создания устройства для окрашивания бумаги, характеризующегося признаками, указанными в приведенной формуле изобретения.

Устройства для окрашивания бумаги, способные переносить на бумажную ленту такое малое количество краски, что полностью или по существу отпадает необходимость в последующей сушке, отличается тем, что содержит группу из пяти или более последовательно установленных валиков, предпочтительно приводимых во вращение движущейся бумажной лентой, при этом устройство известным образом переносит краску из резервуара на бумажную ленту посредством этой группы валиков.

Кроме того, изобретение характеризуется тем, что каждый валик закреплен с возможностью вращения в подвеске, которая тормозит его вращение, благодаря чему автоматически обеспечивается нужное распределение краски по валикам так, что краска не может накапливаться на валиках.

Предпочтительно, чтобы каждый второй валик в группе валиков был закреплен посредством неподвижной подвески, а остальные валики были закреплены посредством плавающей подвески с использованием плавающих подшипников и, чтобы валики, закрепленные в плавающей подвеске, были снабжены поршневыми цилиндрами, управляемыми текучей средой под давлением для смещения соответствующих валиков к неподвижно закрепленным валикам и для отведения их назад. Благодаря этому автоматически достигается постоянное давление по линии соприкосновения валиков. Кроме того, это давление не зависит от скорости вращения валиков. Давление по линии соприкосновения валиков является постоянным, а его величина регулируется непосредственно путем регулирования давления текучей среды, подаваемой в поршневые цилиндры.

Закрепление некоторых валиков посредством плавающих подвесок делает устройство для окрашивания бумаги нечувствительным к небольшим изменениям диаметров валика из-за колебаний температуры, приработки или износа валиков.

Кроме того, в устройстве для окрашивания бумаги валики в группе валиков имеют разные длины, при этом концы вышележащего валика отведены в осевом направлении от концов нижележащего валика. Поэтому группа валиков имеет конфигурацию, сужающуюся вверх от резервуара с краской до самого верхнего валика (валика создания противодавления). Такая конструкция позволяет избежать накопления краски на концах валиков.

Как сказано выше, давление по линии соприкосновения валиков остается постоянным независимо от скорости их вращения, так как давление между валиками никогда не сможет превысить давление, приложенное от поршневых цилиндров (предполагается, что имеется по одному цилиндру на каждом конце каждого валика, закрепленного посредством плавающей подвески). С увеличением скорости расстояние между осями соответствующих валиков автоматически увеличивается, чтобы уменьшить давление между валиками, вызванное вращением и переносом краски.

Все это вместе взятое приводит к тому, что мощность, потребляемая устройством для окрашивания бумаги согласно изобретению, является приблизительно постоянной и не зависит от скорости. Это позволяет приводить во вращение группу валиков только с помощью движущейся бумажной ленты. В известных системах, в которых валики имеют фиксированное положение, давление между валиками и мощность, необходимая для их вращения, возрастают с ростом скорости вращения, что делает работу валиков от движущейся бумажной ленты практически невозможной.

Другим преимуществом такой системы расположения валиков является возможность из замены на валики других диаметром без дополнительной настройки системы: указанная система автоматически поместит новые валики в нужное положение.

Последнее является очень важным, поскольку диаметр валика меняется в процессе эксплуатации за счет приработки, износа, колебаний температуры и т. п. Валики непосредственно после шлифовки могут быть установлены без дополнительной регулировки системы. Это экономит время при сохранении качества и равномерности окрашивания.

На фиг. 1A и 1B представлены соответственно вид с торца и вид сбоку устройства для окрашивания бумаги в соответствии с первой реализацией изобретения; фиг. 2 соответствует фиг.1A за исключением того, что два промежуточных закрепленных в плавающей подвеске валика из группы валиков отведены в нерабочее положение, соответствующее остановке устройства, на фиг. 3 вид с торца двух валиков из группы валиков, причем первый (верхний) валик имеет более высокую скорость вращения, чем второй, и иллюстрируется влияние относительной скорости вращения валиков на передачу краски по группе валиков от нижнего валика к верхнему; фиг. 4A и 4В соответствуют фиг. 3 и иллюстрируют передачу и распределение краски в условиях малой (фиг. 4A) и большей (фиг. 4В) тормозящей силы; фиг. 5A и 5B соответствуют фиг. 3, 4A, 4B и показывают, что использование краски с лучшими смазочными свойствами приводит к уменьшению количества передаваемой краски, предполагается, что краска на фиг. 5B имеет лучшие смазочные свойства, чем краска на фиг. 5A, которая создает большее трение; на фиг. 6 вид с торца двух соседних валиков из группы валиков, входящей в устройство для окрашивания бумаги в соответствии с изобретением, и иллюстрируется, как разделяется пленка краски при прохождении через зону контакта между валиками, что приводит к уменьшению количества передаваемой краски; на фиг. 7 вид с торца устройства для окрашивания бумаги, в котором группа валиков содержит семь валиков; на фиг. 8A, 8B и 8C вид с торца группы валиков, содержащей шесть валиков, причем валик создания противодавления может быть придвинут к накатному валику посредством маятниковой подвески; на фиг. 9A, 9B и 9C группа валиков, в которой самый верхний красочный валик закреплен посредством маятниковой подвески.

На фиг. 1A и 1B представлена первая реализация устройства для окрашивания бумаги согласно изобретению. Бумажная лента 1 проходит вокруг создающего противодавление валика 2, который через бумажную ленту соприкасается с красочным или накатным валиком 3, причем оба валика 2 и 3 входят в группу 4 последовательно расположенных валиков. Накатный валик 3 соприкасается с первым расположенным ниже промежуточным валиком 5, который в свою очередь соприкасается со вторым расположенным ниже валиком 6, а тот в свою очередь соприкасается с валиком 7, частично погруженным в резервуар 9 с печатной краской 8.

Краска 8 из резервуара 9 передается бумажной ленте 1 посредством валиков 7, 6, 5 и 3 группы 4 валиков.

Валики 2, 5 и 7 являются твердыми валиками, например выполнены из металла с полированной поверхностью. Они закреплены неподвижно между двумя боковыми плитами 10 (фиг. 1B).

Валики 3 и 6 сделаны из мягкого материала, например резины, и имеют гладкую поверхность. Они установлены в плавающих подшипниках, которые закреплены в боковых плитах 10 так, что валики 3 и 6 могут свободно двигаться в любом направлении. Каждый из валиков 3 и 6 смонтирован совместно с поршневыми цилиндрами 11, работающими парами по одному с каждого конца соответствующего валика 3 или 6. Эти поршневые цилиндры могут быть установлены различными способами как с внешней, так и с внутренней стороны боковых плит 10. На фиг. 1 представлен внешний монтаж, при котором концы 3" и 6" осей валиков свободно проходят через отверстия в боковых плитах 10.

Валики в группе 4 имеют разные длины и образуют конфигурацию, сужающуюся вверх от самого нижнего валика 7 до самого вертикального валика 2, при этом каждый из валиков 7, 6, 5, 3 и 2 имеет меньшую длину, чем расположенный под ним, таким образом концы вышележащего валика, например валика 5, отведены в осевом направлении от концов нижележащего валика, например валика 6. Такая конфигурация группы 4 валиков позволяет избежать накопления краски на концах валиков.

В реализации на фиг. 1 и в реализациях, рассмотренных ниже, валики 2, 3, 5, 6 и 7 не имеют индивидуального привода, способ крепления валиков в устройстве для окраски бумаги в рамках изобретения дает возможность приводить во вращение группу 4 валиков за счет движения бумажной ленты 1, что представляет затруднительным или невозможным в известных устройствах для окрашивания бумаги.

Чтобы начать перенос краски на движущуюся бумажную ленту 1, группу 4 валиков приводят во вращение от этой бумажной ленты, причем краска 8 подается наверх к зоне контакта между валиками 7 и 6, затем к зоне контакта между валиками 6 и 5, затем к зоне контакта между валиками 5 и 3, откуда краска переносится на бумажную ленту 1 посредством валика 3, в то время как валик 2 противодействует давлению валика 3.

В каждой зоне контакта валиков краска действует как смазка. В результате скорость вращения валиков в группе 4 будет падать в направлении сверху вниз, поскольку будет иметь место проскальзывание валиков друг относительно друга. Из-за различия в скоростях вращения валиков в группе 4 валиков количество передаваемой от валика к валику краски будет уменьшаться в направлении снизу вверх.

На фиг. 2 представлено устройство для окрашивания бумаги согласно варианту, показанному на фиг. 1, в нерабочем состоянии, когда накатный валик 3 и промежуточный валик 6 выведены из контакта с другими валиками 2, 5 и 7 с помощью пневматических или гидравлических поршневых цилиндров 11.

Результат упомянутого проскальзывания иллюстрируется на фиг. 3, где расположенный выше валик A (например, валик 5 на фиг. 1A, 1B и 2) вследствие проскальзывания имеет большую скорость вращения, чем расположенный ниже валик B (например, валик 6). Тогда краска, поступившая с валика B на валик A, распределится по большей площади и, соответственно, толщина слоя C2 краски на валике A будет меньше, чем толщина слоя C1 краски на валике B.

Степень проскальзывания зависит от торможения в подшипниках конкретного валика и от физических смазочных свойств краски.

На фиг. 4A и 4B иллюстрируется, как увеличение торможения (фиг. 4B по сравнению с фиг. 4A) приводит при использовании одной и той же краски к образованию более тонкого слоя C2 краски (фиг. 4B). Тонкий слой краски передает больше энергии, чем более толстый слой C2 (фиг. 4A), и таким образом компенсирует увеличение силы трения F2 (фиг. 4B).

На фиг. 5A и 5B иллюстрируется, как улучшение смазывающей способности краски уменьшает количество передаваемой краски. Краска, используемая на фиг. 5A, имеет худшие смазочные свойства, чем краска на фиг.5B, при этом толщина слоя C2 краски на фиг.5B, перенесенной с валика B на валик A меньше, чем толщина этого же слоя C2 краски на фиг.5A.

Другой эффект, который влияет на толщину перенесенной пленки краски, состоит в том, что пленка после прохождения зоны контакта между двумя валиками A и B разделяется (фиг. 6), при этом пленка C2"" краски переносится на верхний валик 4, тогда как пленка C2" остается на валике B. Этот эффект также уменьшает количество переносимой краски.

На фиг. 7 представлен вариант устройства для окрашивания бумаги, в котором группа 4 последовательно расположенных валиков по сравнению с группой 4 валиков, приведенной на фиг. 1A, 1B и 2, дополнительно содержит еще два валика 12 и 13, а именно: мягкий валик 12, закрепленный в плавающей подвеске и снабженный гибкими управляющими средствами в виде пневматических или гидравлических поршневых цилиндров 11, и твердый валик 13, закрепленный неподвижно.

На фиг. 8A, 8B и 8C представлен еще один вариант устройства для окрашивания бумаги согласно изобретению, в котором группа последовательно расположенных валиков содержит шесть валиков. Дополнительный по сравнению с фиг. 1A, 1B и 2 валик обозначен позицией 14. В этом варианте валик 2 создания противодавления закреплен с помощью маятниковой подвески 15 и может перемещаться к накатному валику 3 и в обратном направлении с помощью, например, пневматических или гидравлических поршневых цилиндров 16. На фиг. 8A устройство для окрашивания бумаги показано в рабочем состоянии, на фиг. 8B в режиме холостого хода, а на фиг. 8C в нерабочем состоянии.

На фиг. 9A, 9B и 9C представлен по существу такой же вариант устройства, что и на фиг. 8A-8C, однако на фиг. 9A-9C накатный валик 3 закреплен с помощью маятниковой подвески 17 и снабжен гибкими управляющими средствами, например, в виде пневматических или гидравлических поршневых цилиндров 18. Приведенные состояния устройства для окрашивания бумаги соответствуют состояниям, представленным на фиг. 8A-8C.

Решения, представленные на фиг. 8 и 9, позволяют осуществлять вращение валиков во время остановки бумажной ленты 1 посредством индивидуальных двигателей. Это может являться дополнительным преимуществом, так как позволяет избежать высыхания краски на поверхности валиков.

Вращение валиков от бумажной ленты 1 обеспечивает адекватное распределение краски. Краска не может накапливаться на более высоком уровне группы валиков, поскольку это автоматически привело бы к проскальзыванию валиков друг относительно друга, а также к увеличению их относительной скорости вращения одновременно с уменьшением переносимого количества краски. Поэтому в изобретении имеется саморегулирующаяся система валиков, обеспечивающая адекватную и равномерную передачу краски из резервуара 9 на бумажную ленту 1.

Путем увеличения торможения отдельных валиков в их подшипниках можно увеличить разность скоростей вращения этих валиков и, таким образом, дополнительно уменьшить количество переносимой краски.

Количество переносимой краски в каждой зоне контакта уменьшается благодаря различию в скоростях вращения валиков (фиг. 4A, 4B и 5A, 5B), а также благодаря разделению пленки краски (фиг. 6). Поэтому можно свести к минимуму количество переносимой краски, установив необходимое количество пар валиков.

Испытания показали, что при использовании группы 4 из пяти валиков (фиг. 1A, 1B и 2) количество переносимой краски можно уменьшить до 0,3 г/м³.