Rozwiązania konstrukcyjne zamkniętego układu dozującego Design Solutions Closed Dosing Unit Krzysztof Stępień Artykuł stanowi kontynuację publikacji autora, związanych z wymaganiami stawianymi nowoczesnym konstrukcjom zespołów dozujących media, wyposażonych w cylindry rastrowe (anilox). Współcześnie cylinder rastrowy ma bardzo szerokie zastosowanie, na przykład w systemach dozujących kleje w tekturnicach, sklejarkach, czy też w nowoczesnych zespołach farbowych i lakierujących arkuszowych oraz zwojowych maszyn drukujących (fleksograficznych i offsetowych). Rozwój technologii wytwarzania tektury i technik drukowania oraz uszlachetniania druków stwarzają coraz wyższe wymagania odnośnie do stosowania cylindrów i tulei rastrowych o ściśle określonych właściwościach transferu danego medium. Parametrami decydującymi o doborze właściwej konstrukcji zespołu (otwartego lub zamkniętego) są: typ maszyny, rodzaj i zakres wykonywanego procesu i stosowanego medium oraz układy czyszczące, gwarantujące optymalne warunki eksploatacji danego zespołu. Obecnie prowadzone są badania i prace rozwojowe mające na celu poszukiwanie nowych rozwiązań konstrukcyjnych. W niniejszej publikacji przedstawiono zestawienie najistotniejszych aktualnych informacji o rozwiązaniach konstrukcyjnych dozujących komór raklowych. Słowa kluczowe: fleksografia, zespoły farbowe, systemy dozujące The article is a continuation of the author s publication series about the demands imposed on modern constructions of media dosing units equipped with anilox cylinders. Nowadays anilox cylinder is widely used, for example in adhesive application systems of corrugators, gluers or modern inking and finishing units of sheet-fed or web-fed presses (offset and flexo). The development of cardboard production technology as well as printing and finishing techniques gives rise to ever higher demands on the use of anilox rolls and sleeves with specific properties of media transfer. The parameters which determine the selection of proper construction of the unit, open or closed, are: type of machine, type and scope of the current process, applied media and cleaning systems, which ensure optimum operating conditions for the unit. Contemporarily tests and research are conducted to find new construction solutions. This publication summarizes the most important current information about construction solutions of dosing doctoring chamber systems. Keywords: flexography, ink units, application systems Wprowadzenie Współczesne konstrukcje maszyn drukujących technologiami: fleksograficzną, offsetową (krótkie zespoły farbowe i lakierujące), i maszyn przemysłu przetwórczego do przekazywania medium na formę drukową lub podłoże, stosują transferowy cylinder rastrowy (anilox). Wykonuje się go obecnie głównie za pomocą grawerowania laserowego odpowiednio dobranych struktur i profili, naniesionej na powierzchnię cylindra (lub tulei) powłoki ceramicznej. Dzisiejsze rozwiązania konstrukcyjne układów dozujących media do powierzchni cylindra rastrowego, o określonej pojemności, stanowią głównie konstrukcję zamkniętą, wyposażoną w komorę raklową o budowie dostosowanej do rodzaju dostarczanego medium (1-4). Bardzo istotnym zagadnieniem w omawianym procesie transferu medium jest znajomość wpływu na jego przebieg szeregu parametrów technologicznych i konstrukcyjnych. W opracowaniach (5-10) przedstawiono szeroką analizę podstawowych czynników wpływających na przenoszenie farby w technologii fleksograficznej. Systemy zamknięte Współczesna konstrukcja zespołów dozujących tworzy zamknięty system nanoszenia medium do kałamarzyków cylindra rastrowego. Ten transfer odbywa się poprzez zastosowanie różnych rozwiązań konstrukcyjnych komory raklowej (określanej również w literaturze jako rakla komorowa lub komora raklowa), która współpracuje bezpośrednio z cylindrem rastrowym. Prawidłowo eksploatowane zamknięte układy dozujące zapewniają stabilną pracę w nowoczesnych konstrukcjach maszyn, pracujących z prędkością liniową cylindra, powyżej 1,5 m/s. Komora raklowa ma konstrukcję skrzynkową. Jeden z boków skrzynki stanowi powierzchnia cylindryczna cylindra rastrowego, zaś szczelne zamknięcie komory w kierunku tworzących współpracującego cylindra stanowią dwie listwy raklowe oraz uszczelnienia boczne. Listwa zgarniająca nadmiar dozowanego do układu podającego płynu jest usytuowana przeciwbieżnie do kierunku obrotu cylindra rastrowego. Druga listwa, umieszczona współbieżnie, stanowi uszczelnienie komory. Listwa ta wykonana jest z poliestru lub innego tworzywa sztucznego, choć zdarzają się także listwy wykonane z metalu. Pozycja współbieżna rakla w przypadku zamkniętego systemu nie sprawia takich problemów, jak w układach otwartych, Dr inż. K. Stępień, Instytut Papiernictwa i Poligrafii, Politechnika Łódzka, ul. Wólczańska 223, 90-924 Łódź PRZEGLĄD PAPIERNICZY 68 CZERWIEC 2012 357
Rys. 1. Konstrukcja mechanizmów regulacyjnych zespołu farbowo-drukującego z komorą raklową w maszynie Novoflex firmy Windmöller & Hölscher 1 komora raklowa, 2 cylinder rastrowy, 3 cylinder formowy, 4 centralny cylinder dociskowy, na którego powierzchni znajduje się podłoże drukowe, 5 mechanizm dostawiania komory raklowej do cylindra rastrowego, 6 mechanizm wspólny dostawiania komory raklowej i cylindra rastrowego do cylindra formowego, 7 mechanizm dostawiania całego zespołu farbowo-formowego do cylindra dociskowego ustalenie docisku drukowania gdyż zadaniem jej jest tylko uszczelnienie komory a nie usunięcie nadmiaru farby. Farba nie napiera na listwę i nie powoduje zjawiska unoszenia rakla z powierzchni cylindra. Komora posiada króćce, służące do doprowadzania i odprowadzania dozowanego płynu. Wprowadzenie zamkniętych układów farbowych umożliwiło uzyskanie jednorodnego transferu farby przy jednoczesnym zwiększeniu prędkości drukowania. Konstrukcja komory raklowej odgrywa znaczącą rolę w późniejszym uzyskaniu odpowiednio wysokich parametrów przekazywanego medium w danym procesie technologicznym. Jednakże, konstrukcja maszyny narażona jest na drgania, które mogą skutecznie zakłócić proces właściwego przekazania płynu. Drgania te mogą pochodzić z wielu źródeł. W związku z tym, konstrukcja maszyny powinna: Umożliwiać sztywne i mocne podparcie komory raklowej, które nie będzie się wyginać ani wibrować, co zazwyczaj realizowane jest za pomocą masywnej belki nośnej; Posiadać precyzyjne prowadnice do ustawiania położenia cylindra rastrowego względem innych elementów zespołu i komory raklowej, z możliwością stabilnego zblokowania mechanizmu w odpowiedniej pozycji roboczej podczas procesu dozowania; Zapewnić dokładne dostawienie komory raklowej do cylindra rastrowego, w celu utrzymania stałego docisku rakli komory do powierzchni cylindra rastrowego, w miarę ich zużywania się, co odbywa się najczęściej za pomocą zastosowania układów pneumatycznych, lub stabilniejszych układów siłowników pneumatyczno-hydraulicznych; Charakteryzować się wysoką dokładnością wykonania korpusu maszyny, sztywną i mocną jego budową, aby uniknąć powstawania wibracji i efektu rezonansu. W przeciwnym wypadku na komorę raklową przenoszone są drgania, k tóre mogą powodować wystąpienie pasm niedoboru farby na długości i szerokości wykonywanych druków. Oczywiście, równomierność wypełniania kałamarzyków cylindra rastrowego na szerokości maszyny i stabilność pracy komory raklowej wymagają, aby sam cylinder rastrowy posiadał czyste kałamarzyki i był wykonany z najwyższą dokładnością, szczególnie pod względem równomierności powierzchni i braku bicia obwodowego podczas odtaczania. Na rysunku 1 przedstawiono konwencjonalną konstrukcję zamkniętego zespołu farbowo-drukującego, stosowaną w układzie maszyn fleksograficznych z centralnym cylindrem (11). Konstrukcje maszyn fleksograficznych z centralnym cylindrem wymuszają usytuowanie komór raklowych w dwojaki sposób. I tak, jedna połowa zespołów farbowo-drukujących zadrukowuje podłoże drukowe w kierunku z góry w dół, a druga z dołu do góry. Farba doprowadzana do komory wypełnia zawsze dolną jej część, a powietrze, które wypełnia puste kałamarzyki cylindra rastrowego, przemieszcza się ku górze komory. Dla farb rozpuszczalnikowych i UV najlepsza pozycja komory jest wtedy, gdy podłoże przemieszcza się z góry w dół, a powietrze z kałamarzyków jest wypierane działaniem podciśnienia, wywołanego przez nadbiegający cylinder przy współpracy z listwą. Z kolei, przy stosowaniu farb wodorozcieńczalnych i lakierów, ruch cylindra z dołu do góry może być korzystny ze względu na mniejsze ich spienianie. Powietrze z kałamarzyków cylindra wydobywa się łatwiej przy mniejszym udziale farby w górnej części komory. Producenci komór raklowych oferują opatentowane i sprawdzone w przemyśle rozwiązania, uwzględniające ich konkretne zastosowania w różnych nowoczesnych zespołach farbowych i lakierujących arkuszowych oraz zwojowych maszyn drukujących (fleksograficznych i offsetowych) i w systemach dozujących kleje w tekturnicach, czy sklejarkach. Większość oferowanych i dostarczanych do klientów maszyn jest wyposażona w komory raklowe wykonane przez producenta maszyny, a nie przez wyspecjalizowane firmy. Często powodem proponowania komór własnej konstrukcji jest domniemana wśród producentów maszyn prostota ich budowy, co jest niestety błędne. Decydującymi kryteriami doboru właściwej konstrukcji komory są m.in. typ maszyny, cylindry rastrowe, transferowane medium, instalacja dozująca, metoda czyszczenia zespołów i uruchomienie oraz ustalenie indywidualnych warunków eksploatacji komory. Obecnie tacy producenci komór, jak: Harris & Bruno, Tresu i FlexoArt, AkeBosse i Delpro, zajmują dominującą pozycję na światowych rynkach (80% udziału rynkowego). Pozostałą część stanowią najczęściej producenci maszyn i urządzeń, którzy we własnym zakresie konstruują zespoły dozujące. Wiele takich rozwiązań firmy przedstawiły na targach Drupa 2012 w Düseldorfie. Cylindry dozujące Niemal wszystkie nowe rozwiązania konstrukcyjne cylindrów rastrowych wytwarzane są z pokryciem ceramicznym. 358 PRZEGLĄD PAPIERNICZY 68 CZERWIEC 2012
Twardość powierzchni cylindrów z tym pokryciem wynosi 1150 14500 HV. Technologia wytwarzania ceramicznych cylindrów rastrowych odbywa się poprzez plazmowe naniesienie na oszlifowaną powierzchnię cylindra stalowego określonej warstwy ceramicznej. Właściwości homogenicznej budowy dotyczą całej naniesionej na powierzchnię warstwy ceramiki, ale są szczególnie istotne po operacji jej przetwarzania, kiedy promień lasera stapia ceramikę i utwardza ją. Etap grawerowania w warstwie ceramicznej kałamarzyków, czy innej struktury, wymaga doboru i zastosowania odpowiedniej metody wypalania, która wpływa na ostateczne właściwości powierzchni kałamarzyków i progów. Im powierzchnia kałamarzyków jest gładsza i progi twardsze, tym jakość cylindrów rastrowych jest lepsza. Można spodziewać się wtedy wyższej odporności na zużycie i lepszego transferu medium. Wymagana osiowość współczesnych konstrukcji cylindrów wynosi 0,01 mm, zaś dopuszczalna odchyłka równoległości wynosi do 10 µm. Cylinder przed jego instalacją w maszynie musi być koniecznie wyważony dynamicznie. Nowe rozwiązania cylindrów rastrowych, stosowane już niemal standardowo w maszynach, stanowią tuleje rastrowe, które instalowane są w maszynach na cylindrach pneumatycznych. W zależności od producenta, tuleje rastrowe mają różną budowę. Najczęściej posiadają płaszcz ze stali lub stopu aluminiowego, chromowanego bądź niklowanego, oraz szereg warstw wewnętrznych, m.in.: podłożową (twardą piankę), kompresyjną, pośrednią i pierścień z włókien szklanych i żywicy, bezpośrednio stykającą się z powierzchnią pneumatycznego cylindra nośnego. Ciężar tulei jest tak dobrany, aby zminimalizować ewentualne jej drgania podczas użytkowania w maszynie, w procesie przekazywania medium w danym układzie dozującym. W następnym etapie na tuleję nakłada się warstwę ceramiczną w sposób identyczny, jak na cylindry rastrowe. Podczas tego procesu tuleja nagrzewa się do ok. 200 C, dlatego materiały, z których jest zbudowana, muszą być odporne na deformacje termiczną. Następnie tuleje są szlifowane i grawerowane za pomocą promieni lasera. Boki tulei, podobnie jak cylindrów rastrowych, są zabezpieczane powłokami antykorozyjnymi. Ważne jest, by uzyskać odpowiednią tolerancję średnicy i kolistości tulei. Ważna jest również grubość dobranej tulei, ponieważ im jest ona większa, tym stabilniejsza jest praca tulei i jednocześnie zwiększa się zakres tolerancji jej średnicy i kolistości. Konwencjonalne tuleje rastrowe wykonywane są na podobnych tulejach jak te do montażu form drukowych. Dlatego niemożliwe jest utrzymanie tolerancji T.I.R. (kołowość, osiowość, bicie) na poziomie 0,01 mm na całej długości, tak jak miało to miejsce w przypadku cylindrów rastrowych. Najlepsi dostawcy wykorzystywanych do produkcji konwencjonalnych tulei rastrowych gwarantują dokładność osiowości na poziomie 0,02 mm na jeden metr bieżący. O ile jest to wartość wystarczająca dla form drukowych, czy układów otwartych dozujących na przykład kleje, to w przypadku cylindrów rastrowych, które współpracują z komorą raklową w układach zamkniętych, ta różnica ma istotny wpływ na zużycie materiałów w trakcie eksploatacji, szczególnie przy wyższych prędkościach pracy. Dobór technologii wykonania cylindrów rastrowych, łącznie z odpowiednią techniką i metodą nałożenia warstwy ceramicznej, powinien być indywidualnie dopasowany do wymagań wynikających ze szczegółowego ich zastosowania. Jeden z czołowych producentów, firma Apex Europe B.V. zapowiedziała kres tradycyjnie grawerowanym powierzchniom cylindrów rastrowych z kałamarzykami w postaci plastra miodu i z powodzeniem oferuje dla przemysłu poligraficznego i przetwórczego oryginalne opatentowane nowe rozwiązanie nazwane UniCorr. W stosunku do konwencjonalnych rozwiązań różnice dotyczą rodzaju stosowanej ceramiki i metody grawerowania laserowego o ciągłym promieniu, która umożliwia tworzenie w zewnętrznej powierzchni ceramicznej cylindra różnych profili struktur przepływowych. Komplet cylindrów GTT, od wymiaru S do XL, może stanowić nową standaryzację produkcji druków fleksograficznych oraz znacznie ułatwić obsługę maszyny i współpracę z przygotowalnią form drukowych. Zastosowane w procesie drukowania cylindry dozujące obejmują określony zakres wykorzystywanych dotąd konwencjonalnych cylindrów z liniaturą 80 500 linii/cm o określonej pojemności, ponadto przy zachowaniu podobnych możliwości technologicznych, nie wymagają zmiany ustawień maszyny. Powierzchnie cylindrów dozujących ze strukturą GTT posiadają certyfikat ich zastosowania do innowacyjnej technologii drukowania z formami drukowymi HD-Flexo. Nowe struktury cylindrów dozujących, do układów lakierujących i powlekających, pod nazwą ART Gold oferuje również firma Praxair Surface Technologies, Inc. (12-17). Konstrukcje współczesnych maszyn są już standardowo wyposażone w nowoczesne urządzenia pomocnicze ułatwiające beznarzędziową wymianę cylindrów lub tulei w zespołach dozujących media. Budowa i zasada działania komory raklowej Skrzynie komór raklowych są wykonywane najczęściej ze stali stopowej lub stopu aluminium o zwiększonej odporności na korozję. W celu uniknięcia utleniania się powierzchni roboczych komór oraz zapobieżenia osadzaniu się płynów (szczególnie wodnych) są one często pokrywane warstwą teflonu. Ręczna wymiana komory raklowej jest w miarę prosta i szybka, problemem może być jej ciężar 60, a nawet 80 kg. Postanowiono więc wykonać komorę z lekkich włókien węglowych. Zastosowanie komór raklowych z tego materiału spowodowało redukcję wagi o 2/3, w porównaniu do komór wykonanych ze stopów aluminium, dzięki czemu łatwiejsza stała się ich ręczna wymiana. Zaletami włókien węglowych są: gładka i zamknięta powierzchnia, wysoka odporność na korozję, stabilność wymiarowa, wysoka trwałość, pochłanianie drgań i wibracji w znacznie wyższym stopniu niż ma to miejsce w konstrukcjach metalowych. Włókna węglowe są dobrym izolatorem, dzięki czemu farba w komorze może zachowywać stałą temperaturę oraz lepkość. Powoduje to, że stosowanie farb UV staje się łatwe, gdyż mamy pewność, że farba po opuszczeniu zbiornika nie zmieni swych właściwości. Dzięki temu nie ma potrzeby stosować konstrukcji komór wyposażonych w podwójne ścianki dla umożliwienia termostatowania farby, co jest konieczne w przypadku komór ze stopów stali. PRZEGLĄD PAPIERNICZY 68 CZERWIEC 2012 359
Rys. 2. Porównanie stopnia pochłaniania amplitudy drgań przez korpus komory zbudowany z włókien węglowych w komorze 2G Absolute Engineering i komory ze stopu aluminium (z lewej strony) i nowoczesna konstrukcja komory z włókien węglowych firmy Bobst S.A. prezentowana na targach Drupa 2012 (z prawej) Korpusy komór są budowane z włókien węglowych o strukturze UD (Uni Directional), w których poszczególne warstwy włókien ułożone są w jednym kierunku, i z warstw włókien połączonych w różnych kierunkach w taki sposób, że tworzą splecione warstwy. W tych drugich sklejenie włókien tworzy bardzo sztywną i stabilną strukturę. Na rysunku 2 przedstawiono porównanie stopnia pochłaniania drgań przez korpus komory zbudowany z włókien węglowych i stopu aluminium (18, 19). Wadą konstrukcji z włókien węglowych jest ich wysoka cena. Szczególnie nieopłacalne staje się używanie ich w maszynach o małej szerokości podawanego medium. Kolejną niedogodnością wynikającą z zastosowanie materiałów kompozytowych są ograniczenia związane z myciem komory w maszynie. Detergent przenika w strukturę korpusu powodując pęcznienie włókien. Ponadto powierzchnie komór z włókien węglowych są nieodporne na uszkodzenia mechaniczne oraz charakteryzują się niską wytrzymałością na obciążenia związane z koniecznością dodatkowej obróbki mechanicznej. W konstrukcjach korpusu komór nie powiodły się także próby zastosowania wzmocnionych włókien szklanych, ze względu na ich niestabilność termiczną oraz tendencje do uginania się. Listwa zgarniająca posiada odpowiedni kształt ostrza i jest najczęściej wykonana z taśmy stalowej o grubości 0,15 mm. Niekiedy, w celu zwiększenia odporności na korozję, listwa pokryta jest warstwą teflonu. Ostatnio są również oferowane listwy z ceramiczną nakładką (BTG s Duroblade). Ich ostrza posiadają ośmiokrotnie dłuższą żywotność w stosunku do listew standardowych. Działanie sił i czynników wpływających na poziom obciążeń listew zainstalowanych w komorze jest takie samo, jak działanie sił występujących w otwartych zespołach farbowych. Z tym, że dodatkowo należy tutaj uwzględnić siłę parcia płynu na powierzchnie jego styku z listwą. Siła ta jest zależna od ciśnienia panującego wewnątrz komory. Takie obciążenie działa również na kształtki boczne uszczelniające komorę. Konstrukcję konwencjonalnej komory raklowej przedstawiono na rysunku 3. Podstawowym wskaźnikiem efektywnej pracy komory jest stosunek ilości płynu wprowadzonego do kałamarzyków cylindra rastrowego, do wyjściowej rzeczywistej pojemności cylindra. Zależy on głównie od: - wielkości, kształtu i wyposażenia komory raklowej, - rodzaju i parametrów pracy listwy zgarniającej (chodzi tu przede wszystkim o jej kąt ustawienia, równomierność naprężenia oraz równomierność docisku do cylindra rastrowego), - ciśnienia farby dostarczanej do komory oraz rozkładu ciśnienia wewnątrz komory. W budowie komory istotnym niuansem eksploatacyjnym jest zapewnienie właściwego zamocowania listew (rakli) w korpusie komory raklowej. Kąt współpracy rakla z cylindrem rastrowym powinien wynosić około 35, przy czym dla płynów o większej lepkości nawet do 45. Pierwsze Rys. 3. Konstrukcja komory raklowej współpracującej z cylindrem rastrowym 1 cylinder rastrowy, 2 korpus komory raklowej, 3 rakiel zgarniający (przeciwbieżny), 4 rakiel zamykający (współbieżny), 5 króćce doprowadzające i odprowadzające farbę rozwiązania instalacji listew były proste pod względem mechanicznym, bowiem o ustalonym położeniu listwy decydowało jej ręczne napinanie w korpusie za pomocą śrub dokręcanych w odpowiedniej kolejności. Rozwiązanie to wymagało jednak użycia odpowiednich narzędzi. We współczesnych rozwiązaniach najczęściej stosuje się mechanizmy sprężynowe lub dźwigniowe (zewnętrzna listwa dociskowa), umożliwiające wymianę listew bez użycia narzędzi, oraz ich równomierne napięcie od strony obsługi. W niektórych rozwiązaniach komór stosowane są pneumatyczne urządzenia napinające, szczególnie w przypadku szerokich komór. Nowoczesne rozwiązanie konstrukcyjne zamocowania listew przedstawiono na rysunku 4. Praca listew raklowych w olbrzymim stopniu wpływa na zużycie kosztownego cylindra rastrowego. Należy zwracać szczególną uwagę na równomierny, stały docisk rakli do cylindra oraz prawidłowy kąt pracy listwy. Ważny jest także odpowiedni dobór kształtu noża, szczególnie ze względu na jego sztywność i grubość. W przypadku dobrania niewłaściwych parametrów, możliwe jest uszkodzenie listwy raklowej, a także innych części zespołu farbowego. Im grubsza listwa raklowa, tym większe efekty ścierania powierzchni roboczej noża o powierzchnię cylindra. Nastąpi wtedy znacznie szybciej konieczność kosztownej regeneracji ostrza rakla lub wymiana rakla (2, 19). Z kolei zainstalowanie zbyt cienkiej listwy może 360 PRZEGLĄD PAPIERNICZY 68 CZERWIEC 2012
spowodować ryzyko wygięcia ostrza rakla pod wpływem wymaganego nacisku, i w efekcie transportowane medium będzie przenoszone również progami kałamarzyków, w większej ilości niż pojemność cylindra rastrowego. Ewentualne odpryski cząstki metalu z krawędzi listwy, znajdujące się w obiegu płynu mogą wyrządzić wiele szkód w układzie dozującym, na przykład zniszczyć nowo zainstalowany rakiel lub spowodować wykruszenie progów w powierzchni cylindra rastrowego. Omawianą sytuację przedstawiono na rysunku 5 (21). Do komory raklowej, w zamkniętym obiegu, podawane i odbierane jest medium układem wyposażonym w pompę, filtry, wiskozymetr i termostat. Przy króćcach, w tylnej części komory, stosowane są szybkozłącza pozwalające na łatwe podłączenie przewodów doprowadzających i odprowadzających medium. Oferty nowoczesnych komór obejmują również układy do cyrkulacji medium oraz ręczne lub automatyczne systemy czyszczące, zapewniające szybką wymianę transportowanego płynu. Komory o długości większej niż 1 m posiadają systemy kontrolujące rozkład ciśnienia płynu panującego w ich wnętrzu. Ponadto, aby zapewnić właściwe odprowadzenie powietrza z kałamarzyków cylindrów rastrowych, a następnie wydajniej wypełnić je medium, stosowane są różnego rodzaju konstrukcje przegród montowanych wewnątrz komory. Nowoczesne rozwiązania komór raklowych są wykonywane także jako konstrukcje dwukomorowe w celu termostatowania transferowanego medium, jak również wyposażone w dysze natryskowe lub inne systemy stosowane do okresowego czyszczenia układu podającego. Zadania stawiane komorom raklowym Zadaniem komory raklowej jest przekazanie transportowanego płynu kałamarzykom cylindra rastrowego. Aby wypełnić farbą kałamarzyki, należy najpierw odprowadzić z nich powietrze. Wypełnienie kałamarzyków płynem zależy w znacznym stopniu od ich geometrii, pojemności oraz liniatury rastra. Najlepiej medium przyjmuje powierzchnia z płytkimi, szerokimi kałamarzykami. Im są one głębsze i węższe, Rys. 4. System mocowania listew rakli w komorach typu E-line firmy Tresu Group (20) Rys. 5. Współpraca cylindra rastrowego z raklem zmocowanym w komorze raklowej; prawidłowy docisk (z prawej) i zbyt duży docisk (z lewej) tym większe jest prawdopodobieństwo, że nie wydostanie się z nich powietrze; przez co mniejsza ilość płynu zostanie przeniesiona na dalszy element układu, np. formę drukową. Drugim problemem jest prędkość obwodowa cylindra im wyższa, tym krótszy czas kontaktu otwartej strefy komory z powierzchnią cylindra i tym gorsze jest wypełnienie kałamarzyków płynem. Z kolei im wyższa prędkość, tym występują wyższe siły odśrodkowe cząstek medium w kałamarzykach i łatwiej je opróżnić. Konstrukcji komory raklowej stawiane są podstawowe wymagania: - Zagwarantowanie całkowitego i równomiernego na szerokości maszyny wypełnienia kałamarzyków cylindra rastrowego płynem, bez pęcherzyków powietrza, nawet przy wyższych prędkościach obwodowych cylindra; - Zapewnienie stabilnego i równomiernego docisku rakli do cylindra rastrowego i zminimalizowanie filmu płynu pozostającego na progach cylindra rastrowego; - Skrócenie czasu przestojów poprzez zapewnienie stabilnego systemu dostawiania i utrzymywania stałego docisku rakli do cylindra; - Wyposażenie komory w beznarzędziowe układy wymiany i równomiernego napinania rakli; - Zastosowanie sprawnych systemów myjących komorę i cylinder rastrowy bez konieczności wyjmowania ich z maszyny drukującej. W celu poprawienia sposobu wypełniania kałamarzyków płynem, producenci komór raklowych wprowadzają różne modyfikacje w konstrukcjach swych wyrobów. Ponieważ listwa uszczelniająca nie jest w stanie sama usunąć powietrza uwięzionego z kałamarzykach, zadanie to leży także w kwestii zachowania się danego medium. Najprościej byłoby zastosować większe ciśnienie płynu PRZEGLĄD PAPIERNICZY 68 CZERWIEC 2012 361
w układzie doprowadzającym. Jednakże spowodowałoby to szybsze zużycie uszczelnień oraz listew raklowych i mogłoby doprowadzić do przecieków. Także znaczne zwiększenie wielkości strumienia przepływu płynu przez komorę raklową powodowałoby wzrost ciśnienia wewnątrz korpusu komory. Istnieją dwa podstawowe sposoby poprawy wypełnienia kałamarzyków bez konieczności podnoszenia ciśnienia w obiegu i ryzyka wycieku medium. Jedno z rozwiązań, którego celem jest wypełnienie kałamarzyków odpowiednią ilością płynu, zakłada zwiększenie objętości komory raklowej. Zazwyczaj jest to dokonywane poprzez zwiększenie głębokości w jej dolnej i środkowej części. Głęboka komora pozwala zwiększyć napór płynu na cylinder rastrowy. Oprócz tego, ruch cylindra powoduje zasysanie farby. Efekt ten, w połączeniu ze strumieniem płynu z pompy, ułatwia wypełnienie kałamarzyków cylindra. W niektórych rozwiązaniach podwyższono stopień przepływu płynu przez układ nawet do 10-12 l/min bez zwiększania ciśnienia, co powoduje wystąpienie trwałego zawirowania medium w komorze. Owa cyrkulacja poprawia usuwanie powietrza uwięzionego w kałamarzykach. Głębokość dolnej części komory raklowej jest ważna w przypadku, gdy powierzchnia cylindra rastrowego przesuwa się z góry na dół, ponieważ powietrze jest usuwane z kałamarzyków dość późno, często dopiero w momencie opuszczania komory, kiedy usuwany jest nadmiar płynu. Odwrotna sytuacja ma miejsce, gdy powierzchnia cylindra rastrowego przesuwa się z dołu ku górze. Powierzchnia cylindra w momencie wejścia do komory jest zalewana dużą ilością medium, co daje więcej czasu na wyciśnięcie powietrza z kałamarzyków i ich wypełnienie. Drugim rozwiązaniem jest zastosowanie komór płaskich o małej głębokości. Uzyskuje się w nich efekt kurtyny płynu, która znajduje się w bliskim, bezpośrednim i stałym kontakcie z powierzchnią cylindra rastrowego. Producenci dążą tutaj także do jak największego stopnia otwarcia komory, czyli długości powierzchni roboczej styku medium z powierzchnią cylindra rastrowego. Jednakże większa powierzchnia robocza komory może spowodować trudności w równomiernym zgarnianiu farby na szerokości cylindra rastrowego, gdyż wymagane będzie zbyt ostre ustawienie listew zgarniających. Obecnie konstrukcje otwarcia komory, dobierane są w zależności od średnicy cylindra rastrowego i zawierają się w granicach 60-120 mm. Bywają również rozwiązania konstrukcyjne nowoczesnych komór, w których można regulować parametr otwarcia komory względem współpracującego cylindra rastrowego. Innym sposobem na poprawienie stopnia wypełnienia kałamarzyków jest umieszczenie przegrody profilowanej w komorze raklowej. Jednakże to rozwiązanie jest stosowane z dużą ostrożnością, gdyż producenci komór nie są do końca przekonani do tego typu rozwiązania. Uważają, że niepotrzebnie dąży się do skomplikowania konstrukcji komory i jej eksploatacji. Niektórzy producenci komór osiągnęli kompromis poprzez zastosowanie przegród, które można ewentualnie wymontować. Układ dostawiania komory Komora raklowa zamocowana jest w maszynie najczęściej na masywnej poprzecznej belce nośnej. Belki nośne są bardzo ważnym elementem w konstrukcji komór raklowych, szczególnie instalowanych w maszynach drukujących. Zapewniają one stabilną i właściwą pozycję listew komory względem cylindra rastrowego podczas pracy maszyny. Zdarza się, że niekiedy mechanizmy mocujące komory uginają się i drgają, a przyczyny mogą być złożone. W maszynie położenie cylindra formowego i rastrowego musi być mechanicznie stabilne i zablokowane podczas dozowania medium. Często niezawodne i stałe zatrzymanie gwintowanych głowic lub trzpieni za pomocą serwomotoru w prowadnicach maszyny jest niemożliwe ze względu na wibracje i drgania korpusu od napędu maszyny. Innymi przyczynami mogą być na przykład niestabilny ruchomy trzpień nośny tulei rastrowej (i formowej) lub za duży luz w łożyskach cylindra rastrowego. Aby zapobiec rezonansom i drganiom w prowadnicach nośnych maszyny i cylindrze rastrowym, producenci komór raklowych wymagają od maszyn wysokiej dokładności wykonania elementów z nią współpracujących oraz stabilności i sztywności całej konstrukcji. W przeciwnym wypadku trudno jest zagwarantować prawidłową eksploatację komór i dobrą jakość prowadzonych procesów technologicznych. Na przykład, w przypadku przenoszonych drgań elementów maszyny na komorę raklową występują na szerokości i na długości pasma niedoboru farby lub lakieru na wykonywanych drukach. Rozwiązanie konstrukcyjne zamocowania komory w zespole maszyny muszą powodować usztywnienie korpusu komory, a także posiadać mechanizmy ułatwiające odstawienie komory oraz jej łatwy demontaż. Poziom nacisku (dosunięcia komory na poziomie 40-100 μm) listew komory do cylindra rastrowego wynosi około 1 kn/m. Dokładne ustawienie docisku listew komory do cylindra rastrowego w pozycję roboczą maszyny realizowane jest w starszych rozwiązaniach za pomocą precyzyjnych mechanizmów śrubowych lub układów sprężynowych. Rozwiązania te wymagały od obsługi dużego doświadczenia oraz ciągłego nadzoru, bowiem w czasie eksploatacji komory konieczne było dokonywanie częstych korekt ustawienia pozycji roboczej komory w stosunku do osi cylindra rastrowego, w miarę zużywania ostrza listew podczas produkcji. W większości współczesnych maszyn dostawianie i odstawianie komory najczęściej jest realizowane poprzez układy dźwigniowo-pneumatyczne. Układy pneumatyczne gwarantują w miarę równomierny i stały docisk rakli do powierzchni cylindra rastrowego na całej szerokości maszyn. Ciągłe ubytki ostrzy rakli podczas eksploatacji komory muszą być równoważone. Często obsługa maszyn, w celu zapewnienia stabilnej i wolnej od wibracji pracy komory, stosuje wyższe od zalecanego ciśnienie powietrza w cylinderkach układu pneumatycznego. W przypadku sztywnego mocowania komory prowadzi to do znacznie szybszego zużycia listew raklowych oraz niszczenia progów cylindra rastrowego. Nowe rozwiązania docisku komory do cylindra rastrowego prowadzone są za pomocą układu pneumatyczno-hydraulicznego (HydroComp). W systemie tym docisk rakli uzyskiwany jest pośrednio za pomocą działania sprężonego powietrza, które oddziałuje na 362 PRZEGLĄD PAPIERNICZY 68 CZERWIEC 2012