DE3310927C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Perforationen in stabförmigen Gegenständen unter Verwendung von Laserstrahlen.

Die Erfindung wird vorteilhaft auf dem Gebiet der Herstellung von Tabakwaren-Erzeugnissen, insbesondere Zigaretten verwendet, worauf sich die nachfolgende Beschreibung speziell bezieht, ohne daß dadurch die allgemeine Anwendungsmöglichkeit der Erfindung beeinträchtigt wird.

Um Mißverständnisse hinsichtlich einiger in der nachstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen verwendeter Begriffe auszuschließen, wird folgendes bemerkt:

Unter dem Begriff "Brennweite" ist diejenige Entfernung zu verstehen, die bei einem fokussierten Laserstrahlenbündel zwischen der Emissionszone und dem Brennpunkt liegt; unter der Bezeichnung "Durchdringungspunkt" ist diejenige Stelle zu verstehen, an welcher die zu erzeugende Perforation liegt.

Bei der Herstellung von Zigaretten ist es bekannt, sogenannte "luftgekühlte" Zigaretten zu fabrizieren, die in ihrem Filterbereich mit einer Vielzahl von Perforationen versehen sind, die es dem Raucher erlauben, zusammen mit dem Rauch auch Frischluft anzusaugen, was den doppelten Vorteil des Verdünnens des inhalierten Rauches sowie dessen Temperaturerniedrigung und damit auch eine Herabsetzung der Schadstoffe mit sich bringt.

Bei der Herstellung luftgekühlter Zigaretten hat man früher Nadel-Einrichtungen verwendet, deren Wirksamkeit jedoch mit der Zunahme der Produktionsleistung der Zigarettenherstellungsmaschinen ständig zurückging. In der Tat werden solche Nadel-Einrichtungen, wenn sie in Verbindung mit Hochleistungs-Zigarettenherstellungsmaschinen verwendet werden, schnell unbrauchbar und bedingen demzufolge häufige Unterbrechungen des Produktionszyklus.

Aus den vorerwähnten Gründen sind die vorgenannten Nadel-Einrichtungen neuerdings weithin durch mit Laserstrahlen arbeitende Perforationseinrichtungen abgelöst worden, die auf zweierlei verschiedene Weise arbeiten: In einem Falle wird ein pulsierendes Laserstrahlenbündel von einem ortsfesten Lasergenerator erzeugt und auf die zu perforierende Zigarette gerichtet. Diese rotiert während der Perforierbehandlung so um sich selbst, daß die in ihr erzeugten Perforationen sich im wesentlichen gleichförmig über wenigstens einen Umfang verteilen. Im anderen Falle wird ein Hochleistungslaser verwendet, der zum Perforieren jeder Zigarette ein einziges Einstrahlenbündel erzeugt, das durch fest angeordnete Reflektoren in eine Vielzahl von Strahlenbündeln zerlegt wird, deren Anzahl derjenigen der zu erzeugenden Perforationen entspricht. In diesem Falle werden die Perforationen in jeder Zigarette gleichzeitig erzeugt, ohne daß es notwendig wäre, letztere um ihre Achse zu drehen.

Mit dem zuletzt erwähnten Hochleistungslaser und zahlreichen Reflektoren ist die in der US 42 24 498 beschriebene Perforationsvorrichtung für Zigaretten ausgerüstet. Sie ist mit einer von den zu perforierenden, am Umfang einer umlaufenden Trommel aufliegenden Zigaretten zu passierenden Perforationsstation versehen, die mit mehreren auf einem Stützkörper angeordneten Elementen ausgerüstet ist, von denen jedes ein Bündel von fokussierten pulsierenden Laserstrahlen abgibt und die so auf dem Stützkörper angeordnet sind, daß die Entfernung zwischen jedem Element und der zugehörigen, auf dem Gegenstand zu erzeugenden Perforation im Augenblick der Abgabe des zugehörigen Strahlenbündels gleich dessen Brennweite ist. Die vorerwähnten Elemente werden dabei von den auf einem kreisbogenförmigen Stützkörper innenseitig angeordneten Reflektoren gebildet, die ihrerseits über einen im Kreiszentrum des Stützkörpers fest angeordneten, kegelstumpfförmig ausgebildeten Reflektor von der Strahlung des zentral angeordneten Hochleistungslasers beaufschlagt werden und diese Strahlung entsprechend zerlegt und fokussierend auf das Filter der jeweils zu perforierenden Zigarette weiterleiten. Diese Perforationsweise ist in der Praxis recht schwierig durchzuführen, zumal ihr auch wirtschaftliche Gründe entgegenstehen, die vornehmlich durch die hohen Anschaffungs- und Betriebskosten des Hochleistungs- Lasers bedingt sind.

Die vorliegende Erfindung geht von einer Vorrichtung der zuletzt beschriebenen Gattung aus, bei der also auch die zu perforierenden Gegenstände eine Perforationsstation passieren, die mit mehreren auf einem Stützkörper angeordneten, fokussierte Laserstrahlenbündel liefernden Elementen versehen und insbesondere für die Perforierung von Zigaretten bestimmt ist, wobei aber die verwendete Laser-Technik die der gattungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung anhaftenden Mängel nicht mehr aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elemente als Laser-Dioden ausgebildet sind.

Diese auf dem Stützkörper vorhandenen Laser-Dioden emittieren also selber jeweils ein Bündel von fokussierten pulsierenden Laserstrahlen, die auf sehr wirkungsvolle und wirtschaftliche Weise die Perforationen auf den zu perforierenden Gegenständen, insbesondere Zigaretten, zu erzeugen erlauben.

Die vorliegende Erfindung wird anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 in schaubildlicher und etwas schematischer Ansicht eine erste Ausführungsform,

Fig. 2 ein die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung erläuterndes Funktionsdiagramm und

Fig. 3 eine schaubildlich und etwas schematisch gehaltene Ansicht einer zweiten Ausführungsform.

In Fig. 1 ist eine Fördertrommel 1 dargestellt, die auf einem nicht gezeigten Maschinengestell um ihre eigene Achse umlaufend antreibbar ist und die eine Mehrzahl von am Außenumfang angeordneten Ablagerinnen 2 aufweist. Jede dieser Ablagerinnen 2, die von nicht dargestellten Saugmitteln beaufschlagt sind, enthält eine Zigarette 3, die ein über die Ablagerinne 2 vorstehendes Filter 4 besitzt.

Während der Förderbewegung der Trommel 1 wirde jede Zigarette 3 einer Perforierbehandlung durch die Perforierstation 5 unterworfen, bei deren Passieren in jedem Filter 4 eine Vielzahl von nicht dargestellten Perforationen erzeugt wird, deren Durchmesser in der Größenordnung einiger Zehntelmillimeter liegt. Die Perforierstation 5 besitzt einen ringförmigen Stützkörper 6 für eine Mehrzahl von Laser-Dioden 7, die nach einem bestimmten Gesetz am Innenumfang des Stützkörpers 6 verteilt angeordnet sind. Die Dioden 7 sind Halbleiter-Laser, die ein fokussiertes Strahlenbündel 8 mit konstanter und bestimmter Brennweite zu emittieren vermögen.

Die Arbeitsweise der Perforierstation 5 in Fig. 1 wird nachstehend in Verbindung mit dem Diagramm der Fig. 2 beschrieben. Wie in Fig. 1 dargestellt, bewegt der Trommelförderer 1 entgegen dem Uhrzeigersinn die Zigaretten 3 an der Perforierstation 5 mit einer bestimmten konstanten Geschwindigkeit vorbei. Gemäß Fig. 2 beschreibt jede Zigarette 3 beim Passieren der Station 5 einen "Perforations"-Bogen, dessen Anfang - in Richtung der Förderbewegung der Zigaretten 3 gesehen - mit 9 und dessen Ende mit 10 bezeichnet ist und der auf der Kurve 11 liegt, die von den Mittelachsen der Zigaretten 3 beschrieben wird. Während der Zeit, in der jede Zigarette 3 den Bogen zwischen 9 und 10 durchwandert, dessen Weite beim dargestellten Ausführungsbeispiel gleich der Entfernung zwischen den Zentren zweier nacheinander folgender Aufnahmerinnen 2 gemessen am Umfang der Trommel 1 ist, wird der zugehörige Filter 4 nacheinander durch eine Vielzahl von fokussierten Laserstrahlenbündeln 8 beaufschlagt, die in bestimmter Reihenfolge durch die Laser-Dioden 7 emittiert werden.

In Fig. 3 sind die Zentren der Laserdioden 7 durch die Punkte 12 angedeutet, die sich über die Herzkurve 13 verteilen, während die von den Dioden 7 emittierten Strahlenbündel 8 auf die nacheinander gelegenen Punkte 14 fokussiert werden, die entlang dem "Perforations"-Bogen 9, 10 verteilt liegen und nacheinander während der Erzeugung jeder Perforation im Filter 4 besetzt werden.

Die Kurve 13 ist in solcher Weise geformt, daß die Entfernung "L" zwischen jeder Laserdiode 7 und jedem Punkt 14, der als mit dem entsprechenden Perforationspunkt im Filter 4 als koinzidierend angenommen werden kann, stets gleich der Brennweite des Strahlenbündels 8 ist. Es versteht sich, daß die Entfernung "L", so wie sie in Fig. 2 erscheint, und auch die Kurve 13 nicht die tatsächlichen Verhältnisse streng wiedergeben, sondern lediglich deren Projektionen auf eine senkrecht zur Achse der Trommel 1 verlaufende Ebene, da der ringförmige Stützkörper 6 neben der Fördertrommel 1 und dicht neben den freien Enden der Zigarettenfilter 4 angeordnet ist. Die Kurve 13 kann eine unterschiedliche Form besitzen, also abweichend von der in Fig. 2 dargestellten, die sich auf den Fall bezieht, bei dem die Umlaufrichtung der Fördertrommel 1 entgegengesetzt zu der Richtung der Aktivierung der Laserdioden 7 erfolgt. In jedem Falle wird die Kurve 13 immer so gestaltet sein, daß die Entfernung zwischen jedem Perforationspunkt und der zugehörigen Laser-Diode 7, gemessen längs der Achse des zugehörigen Strahlenbündels 8, konstant und gleich der Brennweite der Diode 7 ist.

Die Ausführungsform in Fig. 3 stimmt wesentlich mit der nach Fig. 1 überein, unterscheidet sich aber in funktioneller Hinsicht davon insoweit, als hier die Laserdioden 7 alle gleichzeitig und nicht nacheinander aktiviert werden. Dieser funktionelle Unterschied bedingt einen strukturellen Unterschied, die darin besteht, daß in diesem Falle die Laser-Dioden 7 auf einem vollständig kreisringförmigen Stützkörper 15 angeordnet sind.

Die in den Fig. 1 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele können im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchaus auch abgeändert werden. Zum Beispiel können die ringförmigen Stützkörper 6 und 15 durch ähnliche Stützkörper ersetzt werden, die mit zwei benachbarten Reihen von Laser-Dioden 7 derart versehen sind, daß sie zwei Ringe von Perforationen auf den Filtern 4 der Zigaretten 3 erzeugen können, oder aber zwei Ringe von Perforationen auf einem Doppelfilter, das zwei nur zum Teil fertige Zigaretten miteinander verbindet, die von zwei nebeneinander angeordneten, miteinander verbundenen Fördertrommeln 1 getragen werden. Gemäß der letzteren Variante ist es möglich, die Filter sofort nach ihrer Anbringung zu perforieren, nämlich noch bevor sie zur Bildung zweier Filterzigaretten 3 voneinander getrennt bzw. durchschnitten werden. Es versteht sich, daß im letzteren Falle der zweifache ringförmige Stützkörper in zwei Halbringe unterteilt ist, von denen der eine Halbring außerhalb und der andere radial innerhalb des zwischen den beiden vorerwähnten Trommeln liegenden Raumes liegt.

Bei einer anderen nicht dargestellten Variante können die Zahl der Laser-Dioden, ihre nacheinander erfolgende Aktivierung und ihre verteilte Anordnung auf einem Stützkörper auch so sein, daß sie Perforationen auf zwei oder mehr Zigaretten zugleich zu erzeugen erlauben.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Erzeugen von Perforationen in stabförmigen Gegenständen, insbesondere Zigaretten, mit einer von den zu perforierenden Gegenständen zu passierenden Perforationsstation, die mit mehreren auf einem Stützkörper angeordneten Elementen ausgerüstet ist, von denen jedes ein Bündel von fokussierten pulsierenden Laserstrahlen abgibt und die so auf dem Stützkörper angeordnet sind, daß die Entfernung zwischen jedem Element und der zugehörigen, auf dem Gegenstand zu erzeugenden Perforation im Augenblick der Abgabe des zugehörigen Strahlenbündels gleich dessen Brennweite ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente als Laser-Dioden (7) ausgebildet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laser-Dioden (7) gleichzeitig aktivierbar sind und der sie tragende Stützkörper (15) eine Kreisringform besitzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laser-Dioden (7) auf dem Stützkörper (6) in Form einer Herzkurve (13) angeordnet sind und die zu perforierenden Gegenstände (3) auf dem Umfang eines zylindrischen Förderers (1) aufliegen, der sie mit gleichförmiger Geschwindigkeit an der Perforationsstation (5) in einer Richtung vorbeibewegt, die der Richtung, in der die Laser- Dioden (7) mit einer vorgegebenen Frequenz nacheinander aktiviert werden, entgegengesetzt ist.