Projekt 19326/01

Entwicklung energiesparender Pressen für den Textildruck

Projektträger

CSC Schäfer GmbH
Fritz-Reichle-Ring 20
78315 Radolfzell
Telefon: 07732/991311

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Vorhabens war die Entwicklung einer neuartigen Presse für Sublimations- und Transferdruck, deren Pressenstempel im Gegensatz zur derzeit üblichen Dauerheizung nur zum direkten Druckvorgang beheizt wird. Dadurch soll Energie eingespart und zugleich die Druckqualität verbessert werden. Es wird ein Einsparpotential von deutschlandweit etwa 99 000 MWh/a abgeschätzt. Dies soll durch die Entwicklung von Druckstempeln in verschiedenen Größen, die extrem schnell aufgeheizt werden können, realisiert werden. Dazu sind neuartige Druckköpfe mit schnell reagierenden Heizelementen, wie z. B. Halogenstrahlern oder induktiver Erwärmung, hitzebeständige, effektive Wärmedämmungen, speziell abge-stimmte Druckplatten möglichst geringer Masse und schnell reagierende Temperaturregelungen zu entwickeln. Zusätzlich sind entsprechende Sicherheitseinrichtungen vorzusehen. Diese neuartigen Druckköpfe sollten - soweit möglich - in vorhandene Pressenausführungen integrierbar sein.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenUm die angeführten Ziele zu erreichen, waren folgende Arbeitsschritte (AS) vorgesehen:
AS 1 Auswahl und Erprobung verschiedener Heizelemente, wie Infrarot-Heizstäbe, Halogenstrahler, Elektroinduktion hinsichtlich der erforderlichen Leistung bei gegebener, kurzer Aufheizzeit.
AS 2 Materialauswahl; Heizelemente und Druckplatte müssen zur Vermeidung von Wärmeverlusten und zur Verkürzung der Erwärmungszeit sehr gut wärmeisoliert werden. Gute Dämmwerte werden mit gepresster Kieselsäure erzielt, deren Eignung vorrangig untersucht wurde.
AS3 Statischer Aufbau des Druckkopfes; hier war die Entwicklung des Druckkopfes unter Berücksichti-gung der statischen Belastung beim Druckvorgang für zwei Pressen-Größen vorgesehen.
AS 4 Entwicklung der Wärmeisolation; Material und Form der Wärmeisolierung müssen festgelegt werden. Getestet wurden Mineralwolle und Kieselsäure.
AS 5 Herstellung Prototyp; Einzelteile für Prototypen für die Druckgröße DIN A 4 wurden konstruiert, hergestellt und zu Prototypen montiert. Einbau der Messtechnik (Thermoelemente).
AS 6 Versuche; Die Prototypen wurden in entsprechende Pressen eingebaut und erprobt. Zu prüfen waren Heizleistung, Erwärmungszeiten, Temperaturverteilung, Abstrahlverluste, Stabilität.
AS 7 Entwicklung und Erprobung der elektrischen Ausrüstung; Aus den Versuchen liegen die Anforderungen an die Temperaturregler fest. Entsprechende Regler wurden gekauft und erprobt.
AS 8 Die Entwicklungsarbeiten enden mit der Herstellung der Fertigungsunterlagen (Serienunterlagen) und der Verbreitung der Entwicklungsergebnisse.


Ergebnisse und Diskussion

Die Entwicklungsarbeiten begannen mit umfangreichen Recherchen nach geeigneten Heiz- und Wärmedämmelementen. Dazu wurden Kontakte mit den Firmen Wacker Chemie GmbH, Schott Glas, E.G.O. Elektro-Gerätebau, Radium Lampenwerk, Osram, und Philips Deutschland aufgenommen. Als Material für die Druckplatte mit einer Fläche bis zu 400 x 500 mm bewährte sich Borosilikatglas. Zur Wärmedämmung wurden Formelemente aus gepresster Kieselsäure verwendet. Die Abdeckung des Pressti-sches erwärmte sich aufgrund dieser guten Wärmedämmung kaum über Raumtemperatur. Erste Versuche zur Schnellheizung der Druckplatte mit Infrarotstrahlern ergaben zwar kurze Aufheizzeiten, jedoch war die Wärmeverteilung in der Druckplatte nicht homogen. Deshalb wurde ein Prüfstand gebaut, an dem die Infrarotstrahler schnell ausgetauscht und die Wärmeverteilung in der Druckplatte an 12 Messstellen ermittelt werden konnte. In Messreihen mit Heizleistungen zwischen 1,5 und 4 kW bei Temperaturen zwischen 150°C und 200°C konnte eine Anordnung ermittelt werden, die mit einer Heizleistung von nur 2,25 kW den Anforderungen hinsichtlich Aufheizzeit, Temperaturverteilung in der Druckplatte und minimaler Heizleistung entsprach. Aufgrund dieser Messergebnisse wurde ein Tischgerät für Textildrucke bis Größe DIN A4 als Prototyp fertiggestellt und erprobt. Bei diesem Tischgerät beginnt der Druckvorgang damit, dass Temperatur und Druckzeit eingestellt werden. Dann fährt der Drucktisch nach Zweihandauslösung aus. Über die Druck-platte wird ein Silikontuch gespannt. Darauf wird die Druckvorlage gelegt. Sie kann mit jedem Tintendru-cker mit speziellen Farben an jedem PC ausgedruckt werden. Auf die Vorlage platziert man das zu bedruckende Werkstück, also Textilien, Aluminium-, Holz- oder Kunststoffplatten. Anschließend fährt der Tisch ein. Zugleich wird die Heizung eingeschaltet. Ist die Drucktemperatur nach max. 30 s erreicht, wird der Drucktisch pneumatisch angehoben und gegen eine Kopfplatte gepresst. Die Presszeit ist einstell-bar. Auch eine einfachere Ausführung ohne Druckluft-Betätigung wurde entwickelt.
Die konstruktiven Unterlagen für größere Pressen wurden ebenfalls ausgearbeitet.
Für den Pressendruck wurde eine in den Leistungsdaten angepasste Druckluftversorgung entwickelt, die aus einem handelsüblichen Kompressor mit Druckgefäß sowie einem selbst entwickelten Druckzylinder besteht. Der Luftverbrauch ist mit 0,2 l je Hub extrem niedrig; der Hub beträgt nur etwa 3 mm. Der Kompressor lädt das Druckgefäß auch bei fortwährendem Textildruck nur etwa im Stundentakt nach.
Bei der ökologischen Bewertung konnte nachgewiesen werden, dass durch die breite Anwendung der neuen Schnellheizung, die nur während der tatsächlichen Druckvorgänge eingeschaltet wird, allein in Deutschland jährlich etwa 72.000 MWh an elektrischer Energie eingespart werden könnten. Dies entspricht der Vermeidung eines Ausstoßes von etwa 12 000 t Kohlendioxid pro Jahr.Technisch neu für den Bereich Textildruck sind die entwickelte Schnellheizung mittels Infrarotstrahler, die Verwendung von Borosilikatglas als Druckplatte sowie die Wärmedämmung durch gepresste Kieselsäure. Die Wärmeleitfähigkeit der mikroporösen Kieselsäure beträgt etwa 0,02 bis 0,026 W/m K. Sie liegt damit nur bei 50% der vor allem im Bauwesen weit verbreiteten Hartschäume. Die Umrüstung beste-hender konventioneller Pressen auf das Schnellheizsystem ist jedoch nicht möglich. Der Umbau wäre teuerer als der Kauf einer neuen Presse.
Auch ökonomisch ist die Neuentwicklung sehr interessant. Es wurde berechnet, dass der Betrieb der neuen Presse unter Berücksichtigung sämtlicher Kosten im Vergleich zu einer gleich großen, konventio-nellen Textilpresse um etwa 70% billiger ist.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Vorteile der neu entwickelten Druckpresse sollen durch Herausstellung des wesentlich geringeren Energieverbrauchs und durch Kostenvergleiche den potentiellen Anwendern verdeutlicht werden. Die Entwicklung soll noch im Jahr 2004 auf 3 Messen in Seoul, Chicago und Essen ausgestellt werden; dazu wird ein Prospekt erstellt. Eine Darstellung im Internet und in Fachzeitschriften wird vorbereitet.
Die Weiterverbreitung der neuen, energiesparenden Drucktechnik soll durch die Verbindung zu Großhandels-Spezialfirmen gefördert werden, die sich ausschließlich mit der Textildrucktechnik befassen.


Fazit

Es wurde eine neuartige Textildruckpresse mit Schnellheizeinrichtung entwickelt, die es erlaubt, die Heizung der Druckplatte erst nach dem Einlegen des zu bedruckenden Textilteils einzuschalten. Die Heizung kann nach Bedarf gesteuert werden, ohne für die erforderliche, schnelle Erwärmung wesentlich leistungsstärkere Heizelemente einsetzen zu müssen. Die Aufgabe wurde durch Verwendung von Infrarotstrahlern und IR-durchlässigem Borosilikatglas gelöst. Zusätzlich wurde die Wärmeisolierung durch die gepressten Formteile aus Kieselsäure wesentlich verbessert. Ein weiteres Kriterium war die gleichmäßige Wärmeverteilung innerhalb der Druckplatte. Es wurde eine Anordnung mit Infrarot-Heizelementen gefunden, die eine gleichmäßige Aufheizung der Druckplatte innerhalb von 30 Sekunden ga-rantiert. Eine neue Druckpresse für Drucke bis zur Größe DIN A4 wurde als Prototyp hergestellt.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass das Entwicklungsziel erreicht wurde.