DE4106127C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Perforieren von Zigarettenhüllmaterial - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Perforieren von ZigarettenhüllmaterialInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Perforieren von Hüllmaterial stabförmiger
Artikel der tabakverarbeitenden Industrie, bei dem das zu perforierende Hüllmateri
al durch eine Perforationszone bewegt wird und ein entsprechend der zu erzeugen
den Perforation gepulster energiereicher Strahl in der Perforationszone auf das
Hüllmaterial ausgerichtet wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Perforieren von Hüllmaterial
stabförmiger Artikel der tabakverarbeitenden Industrie mit Fördermitteln zum Bewe
gen des zu perforierenden Hüllmaterials durch eine Perforationszone, einer Strah
lungsquelle zum Erzeugen und einem Strahlungskopf zum Ausrichten eines ent
sprechend der gewünschten Perforation gepulsten Energiestrahls auf das Hüllmate
rial in der Perforationszone.
Die Bezeichnung stabförmige Artikel der tabakverarbeitenden Industrie umfasst im
hier vorliegenden Zusammenhang alle stabförmigen rauchbaren Artikel und deren
stabförmige Bestandteile, deren Umhüllung mit einer Zone gewünschter Luftdurch
lässigkeit versehen ist, um dem Rauch bei jedem Zug eine bestimmte Menge
Frischluft beizumischen. Das Hüllmaterial dieser Artikel besteht in der Regel aus
Papier und wird zum Erzeugen der Zone gewünschter Luftdurchlässigkeit in vorge
gebenen Abschnitten perforiert. Die Perforationen können vor der Umhüllung der
Artikel in das Hüllmaterial eingebracht werden oder durch Perforieren der Hülle der
fertigen Artikel vorgenommen werden. Bei Filterzigaretten ist es üblich, die Perfora
tionen im Belagpapier am Filterende vorzunehmen.
Das Versehen von Rauchartikeln mit einer Zone gewünschter Luftdurchlässigkeit im
Bereich des Mundstückendes, einer sogenannten Ventilationszone, hat inzwischen
stark an Bedeutung gewonnen. Durch die Ventilationszone wird im Rauch kühle
Luft aus der Atmosphäre beigemischt, wodurch die Anteile von Nikotin und Kon
densat im Rauch beeinflusst werden können. Um vorgegebene Werte für Nikotin
und Kondensat im Rauch eines Rauchartikels mit einer solchen Zone gewünschter
Luftdurchlässigkeit einhalten zu können, ist es erforderlich, den Anteil der durch
diese Zone beim Rauchen angesaugten Frischluft (Nebenluft) im Verhältnis zum
Rauch für Artikel einer Sorte möglichst konstant zu halten.
Es ist bekannt, zum Perforieren von Zigaretten und deren Hüllmaterial energierei
che Strahlung in Form vom Laserstrahlung zu verwenden (DE-OS 33 18 214,
DE-OS 35 12 521).
In der DE-OS 33 18 214 ist eine Perforiereinrichtung über eine Steueranordnung
gesteuert, so dass eine Konstanthaltung der Luftdurchlässigkeit des Materialstrei
fens erreicht ist. Diese Steuerung erfolgt bei einer Laserperforiereinrichtung durch
Steuerung der Impulsbreite und damit der Lochgröße in der Materialbahn.
Die DE-OS 35 12 521 zeigt eine mit energiereicher Strahlung arbeitende Perforier
einrichtung für stabförmige Tabakartikel, bei der der Strahl mittels eines Unterbre
chungsmittels gepulst wird, welches zur Veränderung der Pulslänge des Strahls
durch Steuermittel verstellbar ist.
Bei niederen und mittleren Produktionsgeschwindigkeiten liefern diese bekannten
Lösungen sehr befriedigende Ergebnisse. Bei modernen Hochleistungsmaschinen
mit ihren hohen Produktionsgeschwindigkeiten beginnt es aber an Grenzen zu sto
ßen, die eine weitere Entwicklung und Verbesserung wünschenswert erscheinen
lassen.
Der Erfindung liegt dem gemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art weiter zu entwickeln und zu verbes
sern.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art
erfindungsgemäß dadurch, dass die Pulslänge und die Intensität des energierei
chen Strahls in Abhängigkeit von der Hüllmaterialgeschwindigkeit in der Perforati
onszone gesteuert werden. Dem gemäß sieht die Erfindung weiter vor, dass die
Hüllmaterialgeschwindigkeit erfasst und entsprechende Geschwindigkeitsmesssig
nale gebildet werden und dass in Abhängigkeit von den Geschwindigkeitssignalen
die Pulslänge und die Intensität des Strahls gesteuert werden. Durch diese Maß
nahme wird erreicht, dass die mit dem Laserstrahl erzeugten Löcher im Hüllmaterial
unabhängig von der Hüllmaterialgeschwindigkeit in Bewegungsrichtung gesehen
immer die gleiche Länge haben. Damit sind die Voraussetzungen für die Konstanz
der Luftdurchlässigkeit der Ventilationszone des Rauchartikels wesentlich optimiert.
Es wird so sichergestellt, dass bei jeder Pulslänge des Energiestrahls die richtige
Strahlenenergie in die Perforationszone gelangt, so dass bei jeder Geschwindigkeit
die gewünschte Perforation erzeugt werden kann. Die Steuerung erfolgt hierzu so,
dass mit zunehmender Hüllmaterialgeschwindigkeit die Pulslänge des Energie
strahls verkürzt und seine Intensität erhöht werden und umgekehrt. Als Maß für die
Hüllmaterialgeschwindigkeit kann gemäß der Erfindung die Maschinengeschwindig
keit erfasst werden, die sehr einfach zu messen ist und gut mit der Hüllmaterialge
schwindigkeit korreliert.
Um die Steuerung des Perforationsvorganges zu vereinfachen und die Steueran
ordnung von internen Signalverarbeitungsvorgängen zu entlasten, sieht die Erfin
dung weiter vor, dass eine Nenngeschwindigkeit der Hüllmaterialgeschwindigkeit
vorgegeben und gespeichert wird. dass der Nenngeschwindigkeit eine Nennpuls
länge und Nennintensität des Energiestrahls zugeordnet und gespeichert werden
und dass die Perforation des Hüllmaterials bei Nenngeschwindigkeit mit Nennpuls
länge und Nennintensität des Energiestrahls durchgeführt wird. Wird die Nennge
schwindigkeit so gewählt, dass die der regulären Sollproduktionsgeschwindigkeit
entspricht, so haben diese Maßnahmen den Vorteil, dass während der Produktion
in der Steueranordnung keine größeren internen Rechenoperationen erforderlich
sind. Bei Nenngeschwindigkeiten der Maschine werden die vorgegebenen Daten
für die Pulslänge und die Strahlenintensität ohne wesentliche weitere Verarbeitung
einfach übernommen. Veränderungen der Pulslänge und der Strahlenintensität sind
dann nur noch in der Anfahrphase, der Abschaltphase der Maschine und sonstigen
Arbeitsphasen verminderter Geschwindigkeit erforderlich.
Das Hüllmaterial kann gemäß der Erfindung als bahnförmiger Hüllmaterialstreifen
durch die Perforationszone bewegt und dabei perforiert werden. Gemäß einer an
deren Variante der Erfindung werden mit dem Hüllmaterial umhüllte stabförmige
Artikel durch die Perforationszone bewegt.
Für den fertigen Artikel ist die Luftdurchlässigkeit seiner Umhüllung selbst keine
seine Qualität bestimmende Größe. Es gibt aber charakteristische Größen der Arti
kel, die durch die Luftdurchlässigkeit ihrer Umhüllung bestimmt werden. Diese Grö
ßen sind z. B. der Zugwiderstand und der Ventilationsgrad. Um diese Größen in
nerhalb vorgegebener Toleranzen konstant zu halten ist gemäß der Erfindung wei
ter vorgesehen, dass wenigstens eine von der Porosität des Hüllmaterials beein
flusste charakteristische Größe der mit dem Hüllmaterial umhüllten Artikel erfasst
wird und dass bei Abweichungen der charakteristischen Größen von ihrem Sollwert
die Nennpulslänge des Energiestrahls im Sinne der Einhaltung der Sollwerte korri
giert wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Qualitätsmerkmale der herge
stellten Artikel, die von der Luftdurchlässigkeit ihres Hüllmaterials abhängen, über
wacht und konstant gehalten werden.
Bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art wird die der Erfindung zug
rundliegende Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Messmittel zum Er
fassen der Hüllmaterialgeschwindigkeit in der Perforationszone vorgesehen sind
und dass mit den Messmitteln Steuermittel verbunden sind, welche die Pulslänge
und die Intensität des energiereichen Strahls in Abhängigkeit von der Hüllmaterial
geschwindigkeit verändernd ausgebildet sind.
Fortführungen der Erfindung mit eigenständig erfinderischer Bedeutung und vorteil
hafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 10 bis 19 enthalten.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass die mit einem gepulsten Energiestrahl, vor
zugsweise einem Laserstrahl, in das Hüllmaterial von stabförmigen Artikeln der ta
bakverarbeitenden Industrie eingebrachte Perforation von der Geschwindigkeit des
Hüllmaterials in der Perforationszone weitgehend unabhängig ist. So wird gewähr
leistet, dass die durch die Perforation bewirkte Luftdurchlässigkeit unabhängig von
der Maschinengeschwindigkeit immer gleich bleibt. Von besonderem Vorteil ist da
bei, dass die Werte der Pulslänge und der Intensität für die Nenngeschwindigkeit
der Maschine, die vom Betreiber gewählt werden kann, vorgegeben und eingestellt
werden können. Läuft die Maschine also mit ihrer eingestellten Nenngeschwindig
keit, also in der Regel mit ihrer maximalen Produktionsgeschwindigkeit, findet in der
Steueranordnung keine interne Ermittlung der Pulslänge und der Strahlungsinten
sität statt. Nur wenn die Maschinengeschwindigkeit von ihrer Nenngeschwindigkeit
abweicht, also beim Anfahren und Anhalten der Maschine oder z. B. bei Betriebs
störungen nachgeordneter Maschinen, die eine Drosselung der Maschinenge
schwindigkeit erforderlich machen, werden die Pulslänge und die Intensität der
Strahlung an die jeweilige Geschwindigkeit angepasst. So ergeben sich in jeder
Betriebsphase der Maschine gleichbleibende Perforationsbedingungen. Ein weite
rer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass auch eine Steuerung der Perforation in
Abhängigkeit von Messwerten charakteristischer Größen der hergestellten Artikel
möglich ist, was die Qualität der Artikel erhöht. Ein zusätzlicher Vorteil der ge
schwindigkeitsabhängigen Steuerung der Pulslänge und Strahlungsintensität be
steht darin, das wesentlich durch die Lochlänge geprägt wird, von der Geschwin
digkeit unabhängig wird. Insgesamt ist es mit der Erfindung möglich, geschwindig
keitsabhängige Änderungen der Perforation zu kompensieren und somit ein kon
stantes Lochbild sowie einen gleichbleibenden Ventilationsgrad bzw. gleichbleiben
de Porosität des Hüllmaterials zu erhalten.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht einer Filteransetzmaschine mit
einer Perforiereinrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Vorrichtung nach der Erfindung zum Perforieren
der Umhüllung von Zigaretten und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Perforiervorrich
tung zum Perforieren einer laufenden Materialbahn mit
einer Blockdarstellung einer Steueranordnung.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Vorderansicht eine Filter
ansetzmaschine vom Typ MAX-S der Anmelderin. Eine Einlauftrom
mel 1 übergibt die auf einer nicht dargestellten Zigarettenher
stellungsmaschine produzierten Zigaretten an zwei Staffeltrom
meln 2, welche die gestaffelt zugeführten Zigaretten entstaf
feln und in Reihen zu je zwei Stück mit einem Zwischenraum zwi
schen den Zigaretten an eine Zusammenstelltrommel 3 abgeben.
Die Filterstäbe gelangen aus einem Magazin 4 auf eine Schneid
trommel 6, werden von zwei Kreismessern 7 zu Filterstopfen dop
pelter Gebrauchslänge geschnitten, auf einer Staffeltrommel 8
gestaffelt, von einer Schiebetrommel 9 zu einer Reihe hinter
einanderliegender Stopfen ausgerichtet und von einer Beschleu
nigertrommel 11 in die Zwischenräume der Zigarettenreihen auf
der Zusammenstelltrommel 3 abgelegt. Die dadurch gebildeten
Zigarette-Filter-Zigarette-Gruppen werden zusammengeschoben,
so daß sie axial dicht an dicht liegen. Anschließend werden sie
von einer Übergabetrommel 12 übernommen. Ein Belagpapierstrei
fen 13 wird von einer Belagpapierbobine 14 mittels Abzugswalze 16
abgezogen. Der Belagpapierstreifen 13 wird von einer Beleimvor
richtung 17 beleimt und auf einer Belagwalze 18 von einer Mes
sertrommel 19 geschnitten. Die geschnittenen Belagblättchen
werden an die Zigaretten-Filter-Gruppen auf der Übergabetrommel 12
angeheftet und auf einer Rolltrommel 21 mittels einer Rollhand 22
um die Zigaretten-Filter-Gruppen herumgerollt. Die fertigen
Gruppen Doppelfilterzigaretten werden über eine Laserrolltrom
mel 23 einer Schneidtrommel 24 zugeführt und auf dieser durch
mittiges Schneiden durch die Filterstopfen hindurch zu Einzel
filterzigaretten konfektioniert, wobei gleichzeitig fehlerhafte
Filterzigaretten ausgeworfen werden. Eine mit einer Übergabe
trommel 26 und einer Sammeltrommel 27 zusammenwirkende Wende
einrichtung 28 wendet eine Filterzigarettenreihe und überführt
sie gleichzeitig in die über die Übergabetrommel 26 und die
Sammeltrommel 27 durchlaufende umgewendete Filterzigaretten
reihe. Über eine Prüftrommel 29 gelangen die Filterzigaretten
zu einer Auswerftrommel 31. Eine mit einer Bremstrommel 32 zu
sammenwirkende Ablegertrommel 33 legt die Filterzigaretten auf
ein Ablegerband 34.
Die Laserrolltrommel 23, die in Fig. 2 vergrößert dargestellt
ist, transportiert mit einem zu perforierenden Hüllmaterial um
hüllte stabförmige Artikel, beispielsweise Doppelfilterzigaret
ten 36 queraxial in Richtung eines Pfeiles 37 durch eine Perfo
rationszone 38. Dazu weist die Laserrolltrommel mit Saugluft
anschlüssen 39 zum Festhalten der Zigaretten versehene Mulden 41
auf, die paarweise durch Rollflächen 42 miteinander verbunden
sind. Der Rolltrommel 23 ist im Abstand eines Zigarettendurch
messers oder etwas näher ein mit Gegenrollflächen 43 versehener,
in Pfeilrichtung 44 rotierender Walzenkörper 46 zugeordnet. Die
Doppelfilterzigaretten 36 werden in der in Förderrichtung 37
vorne liegenden Mulde 41a eines Muldenpaares liegend in die
Perforationszone 38 hineingefördert und dort von der Vorderkante
einer Gegenrollfläche 43 erfaßt, wie das in Fig. 2 dargestellt
ist. Die Zigarette wird nun zwischen der Laserrolltrommel 23
und dem Walzenkörper 46 über die Rollfläche 42 abgerollt. Die
Umfangsgeschwindigkeiten der Laserrolltrommel 23 und des Wal
zenkörpers 46 sind so aufeinander abgestimmt, daß die Achse der
abrollenden Zigarette 36a ihre Position bezüglich der Drehachsen
des Walzenkörpers und der Laserrolltrommel beibehält. Sie
bleibt während des Rollvorgangs in der Perforationszone 38. Am
Ende des Rollvorgangs gelangt die Zigarette in ihre Position 36b
in der in Förderrichtung hinteren Mulde eines Muldenpaares.
Auf die Perforationszone 38 ist ein Strahlungskopf 47 ausge
richtet, der einen zum Perforieren des Hüllmaterials der rotie
renden Zigaretten geeigneten Energiestrahl 48, beispielsweise
einen Laserstrahl auf die Perforationszone 38 ausrichtet und
auf die Umhüllung der dort rotierenden Zigaretten fokussiert ist.
Der Laserstrahl 48 ist so gepulst, daß in der Umhüllung der
Zigaretten durch die Perforation eine Zone vorgegebener Luft
durchlässigkeit entsteht. Die Steuerung des Laserstrahls wird
im Zusammenhang mit der Fig. 3 im Folgenden näher beschrieben.
Die Perforation des Hüllmaterials kann auch im Zuge der Zufüh
rung des Hüllmaterials erfolgen, während dieses noch in Strei
fenform bewegt wird. Diese Alternative ist in Fig. 1 mit einem
gestrichelt dargestellten Strahlungskopf 49 angedeutet, der vor
der Beleimungseinrichtung 17 auf den Belagpapierstreifen ausge
richtet ist. Fig. 3 zeigt das in einer vergrößerten Darstellung.
Der Belagpapierstreifen 13 wird von einer Abzugsrolle über
Führungsrollen 51 und 52 gezogen und durchläuft dabei eine Per
forationszone 53, auf welche der Strahlungskopf 49 ausgerichtet
ist. Der Strahlungskopf 49 fokussiert einen Energiestrahl, bei
spielsweise wieder einen von einem Laser 54 erzeugten Laser
strahl 56, auf den Hüllmaterialstreifen 13 in der Perforations
zone 53. Der Laser 54 ist an eine Versorgungseinheit 57 ange
schlossen, die ihn mit den erforderlichen Betriebsmitteln und der
elektrischen Energie versorgt. Die Versorgungseinheit 57 wird
von einer Steueranordnung 58 gesteuert.
Die Steueranordnung 58 weist einen Pulslängenspeicher 59 zum Spei
chern einer vorgegebenen Nennpulslänge, einen Geschwindigkeits
speicher 61 zum Speichern einer vorgegebenen Nenngeschwindig
keit, einen Intensitätsspeicher 62 zum Speichern einer vorge
gebenen Nenn-Intensität und einen Pulsfolgespeicher 63 zum
Speichern vorgegebener Pulsfolgedaten auf. Ein mit dem Puls
längenspeicher 59 und dem Geschwindigkeitsspeicher 61 verbunde
ner Pulslängenrechner 64, der eingangsseitig auch mit einem Ge
schwindigkeitsrechner 66 verbunden ist, berechnet zu jeder von
der Nenngeschwindigkeit abweichenden Maschinengeschwindigkeit
die optimale Pulslänge und gibt sie weiter an einen Pulsrechner
67. Ein mit dem Geschwindigkeitsspeicher 61 und dem Intensi
tätsspeicher 62 verbundener Intensitätsrechner 68 ist ebenfalls
eingangsseitig mit dem Geschwindigkeitsrechner 66 verbunden und
gibt zu der jeweils vorliegenden Maschinengeschwindigkeit gehö
rende Intensitätsdaten an den Pulsrechner 67 ab. Der Geschwin
digkeitsrechner 66 empfängt Geschwindigkeitsmeßwerte eines Ge
schwindigkeitsaufnehmers 69, der im dargestellten Fall mittels
einer vom Maschinenantrieb angetriebenen Taktscheibe 71 die Ma
schinengeschwindigkeit erfaßt.
Der im Pulslängenspeicher 59 gespeicherte Wert der Nenn-Puls
länge kann von außen unmittelbar vorgegeben werden, wobei aktu
elle Zugwiderstands- oder Ventilationsgraddaten der hergestell
ten Artikel nicht berücksichtigt sind. Um den aktuellen Zug
widerstand oder die aktuelle Ventilationsgradmessung bei der
Lasersteuerung berücksichtigen zu können, ist der Steueranord
nung 58 eine Ventilationsregelungseinheit 72 zugeordnet. Diese
ist an eine Prüfeinrichtung, beispielsweise an eine bekannte
Prüftrommel 29 (vol. Fig. 1) angeschlossen, mit der als cha
rakteristische Größe der hergestellten Artikel beispielsweise
der Ventilationsgrad bestimmt wird. Die von der Prüftrommel ge
wonnen Ventilationsmeßwerte gelangen zu einem Komparator 73,
der sie mit Ventilationssollwerten eines angeschlossenen Soll
wertspeichers 74 vergleicht. Sich aus dem Vergleich ergebende
Korrektursignale gelangen zu einem Korrekturrechner 76, an den
eine einen vorgegebenen Nennwert der Pulslänge haltende Spei
cheranordnung 77 angeschlossen ist.
Die Laserperforation der Umhüllung von Zigaretten und ähnlichen
rauchbaren Artikeln und von streifenförmigem Hüllmaterial für
stabförmige Artikel der tabakverarbeitenden Industrie sind
hinlänglich bekannt und bedürfen hier keiner näheren Beschrei
bung. Verwiesen wird hierzu beispielsweise auf die obengenannte
DE-OS 27 51 522. Hier wird daher nur die Wirkungsweise der er
findungsgemäß vorgeschlagenen Impulslängen- und Intensitäts
steuerung des Lasers beschrieben.
Mit einem Geschwindigkeitsaufnehmer 69, der in Fig. 3 als mit
der Taktscheibe 71 zusammenwirkender Näherungssensor darge
gestellt ist, werden die Maschinengeschwindigkeit erfaßt und
entsprechende Geschwindigkeitsmeßsignale erzeugt. Diese Meß
signale repräsentieren die Maschinengeschwindigkeit und damit
auch die Fördergeschwindigkeit des Hüllmaterialstreifens 13 in
der Perforationszone 53. Auch die Rotationsgeschwindigkeit und
damit die Umfangs- bzw. Bahngeschwindigkeit der Umhüllung der
in der Perforationszone 38 rotierenden Doppelzigaretten 36
relativ zum Laserstrahl 48 korreliert unmittelbar mit der Ma
schinengeschwindigkeit. Die im Zusammenhang mit Fig. 3 zur La
sersteuerung für die Perforation eines bewegten Streifenmate
rials gegebenen Erläuterungen treffen daher ebenso auch für die
Perforation fertiger stabförmiger Artikel gemäß Fig. 2 zu,
ohne, daß darauf noch einmal besonders Bezug genommen zu werden
braucht.
Die vom Geschwindigkeitsaufnehmer 69 abgegebenen Geschwindig
keitsmeßsignale gelangen zum Geschwindigkeitsrechner 66, der
sie für die Weiterverarbeitung aufbereitet. Ein die aktuelle
Maschinengeschwindigkeit repräsentierendes Geschwindigkeits
signal gelangt zum Pulslängenrechner 64, an dem der Pulslän
genspeicher 59 und der Geschwindigkeitsspeicher 61 angeschlos
sen sind. Dar Geschwindigkeitsspeicher 61 enthält Daten einer
vorgegebenen Nenngeschwindigkeit, die zweckmäßigerweise mit der
maximalen Produktionsgeschwindigkeit der Maschine übereinstimmt.
Dieser gespeicherten Nenngeschwindigkeit ist im Pulslängenspei
cher 59 eine Nenn-Pulslänge zugeordnet, die entsprechend den
Anforderungen des herzustellenden Produkts vorgegeben wird. Die
Nenn-Daten können manuell eingegeben werden oder in einer Pro
grammauswahl abgespeichert sein, aus der sie zur Bearbeitung
vorgegebener Materialien ausgewählt und aufgerufen werden können.
Solange die vom Geschwindigkeitsrechner 66 festgestellte
aktuelle Maschinengeschwindigkeit gleich der im Geschwindigkeits
speicher 61 gespeicherten Nenngeschwindigkeit ist, was vorzugs
weise immer im stationären Produktionsbetrieb der Fall ist,
gibt der Pulslängenrechner 64 die Daten der Nennpulslänge aus
dem Pulslängenspeicher 59 unmittelbar an den Pulsrechner 67
weiter. Gleichzeitig übermittelt der Intensitätsrechner 68, der
ebenfalls mit dem Geschwindigkeitsrechner 66 und dem Geschwindig
keitsspeicher 61 verbunden ist, bei Vorliegen der Nenngeschwindig
keit Daten der im Intensitätsspeicher 62 gespeicherten Nenninten
sität an den Pulsrechner 67. Der Pulsrechner 67 steuert die
Versorgungseinheit 57 nun so, daß der Laser die mit Nenngeschwin
digkeit geförderte Hüllmaterialbahn 13 mit der Nennpulslänge
und der Nennintensität perforiert. Dabei wird die Aufeinanderfol
ge der die Hüllmaterialbahn 13 perforierenden Laserimpulse durch
im Pulsfolgespeicher 63 abgelegte Soll-Daten bestimmt, so daß
die Perforationslöcher immer zur richtigen Zeit an den richtigen
Stellen des zu perforierenden Materialstreifens angebracht werden.
Erfaßt der Geschwindigkeitsaufnehmer 69 eine von der Nennge
schwindigkeit der Maschine abweichende Maschinengeschwindigkeit,
so errechnet der Pulslängenrechner 64 aufgrund einer vorgegebe
nen Funktion die für die jeweilige aktuelle Maschinengeschwin
digkeit optimale Pulslänge und übermittelt sie an den Pulsrech
ner 67. Der funktionelle Zusammenhang, der dieser Pulslängenbe
rechnung zugrunde liegt, wird aufgrund von Laborversuchen em
pirisch ermittelt und im Pulslängenrechner gespeichert. Dabei
kann es sich um eine lineare Funktion handeln, nach welcher der
Pulslängenrechner die Pulslänge bei zunehmender Maschinenge
schwindigkeit linear bis zum Erreichen der Nennpulslänge bei
Nenngeschwindigkeit verkürzt. Genügt eine solche lineare
Funktion den Genauigkeitsanforderungen nicht, so können auch
nicht lineare Funktionen der geschwindigkeitsabhängigen Berech
nung zugrunde gelegt werden. Ganz entsprechend wird bei der Er
mittlung der der jeweils aktuellen Maschinengeschwindigkeit zu
zuordnenden Strahlungsintensität vorgegangen. Dabei wird dem
Intensitätsrechner eine die Maschinengeschwindigkeit mit der
Intensität verknüpfende Funktion vorgegeben, welche die Inten
sität bei zunehmender Maschinengeschwindigkeit und abnehmender
Pulslänge vergrößert, bis die Nennintensität bei Nenngeschwin
digkeit erreicht ist. Auch der funktionelle Zusammenhang zwi
schen Maschinengeschwindigkeit und Strahlungsintensität kann
linear verlaufen, wenn dies den an die herzustellenden Artikel
zu richtenden Genauigkeitsanforderungen genügt. Die empirische
Ermittlung des funktionellen Zusammenhangs zwischen der Maschi
nengeschwindigkeit und der Strahlungsintensität wird jedoch er
fahrungsgemäß zu einer nicht linearen Funktion führen, welche
die Strahlungsintensität bei zunehmender Geschwindigkeit von
einem Minimum zur Nennintensität steigert.
Die in Abhängigkeit von der Maschinengeschwindigkeit errechneten
Pulslängendaten und Intensitätsdaten werden vom Pulsrechner 67
zu Steuersignalen verarbeitet, die der Versorgungseinheit 57
zur Steuerung des Lasers 54 aufgegeben werden, so daß dieser
bei jeder Geschwindigkeit des zu perforierenden Materialstrei
fens 13 Laserimpulse abgibt, welche eine vorgegebene Perfora
tion hoher Qualität und Gleichmäßigkeit bewirken.
Die Vorgabe einer auf eine bestimmte Nenngeschwindigkeit bezo
genen Nennpulslänge im Pulslängenspeicher 59 bewirkt zwar eine
gleichmäßige Perforation des Hüllmaterials 13. Die Porosität
des Hüllmaterials 13 kann auf diese Weise optimal beeinflußt
werden. Das sagt aber noch nichts aus über charakteristische
Eigenschaften der mit dem Hüllmaterial 13 hergestellten Artikel,
die von der Porosität des Hüllmaterials beeinflußt werden. Solche
Eigenschaften sind z. B. der Zugwiderstand der hergestellten
Zigaretten und ihr Ventilationsgrad, die mit einer Prüfeinrich
tung, beispielsweise einer Prüftrommel 29 (vgl. Fig. 1) bestimmt
werden. Da die Qualitätsbeurteilung der hergestellten Artikel
weniger von der Porosität des Hüllmaterials als vielmehr von
diesen charakteristischen Eigenschaften abhängt, ist es wünschens
wert, diese bei der Steuerung der Perforation zu berücksichtigen.
Dazu ist die Ventilationsregelungseinheit 72 vorgesehen, die
dem Pulslängenspeicher 59 vorgeschaltet ist. Mit einer Prüftrom
mel 29 wird beispielsweise der Ventilationsgrad der Artikel
bestimmt. In einem Komparator 73 werden die Ventilationsmeßwerte
mit einem Sollwert aus dem Sollwertspeicher 74 verglichen, und
es werden bei Abweichungen entsprechende Korrektursignale gebil
det. In einem dem Komparator 73 nachgeschalteten Korrekturrechner
76 wird der Nennwert der Pulslänge, der in der Speicheranord
nung 77 vorgegeben ist, korrigiert. Der aufgrund der aktuellen
Istwerte des Ventilationsgrades korrigierte Nennwert der Pulslän
ge wird dann im Pulslängenspeicher 59 abgelegt und der Nennge
schwindigkeit der Maschine zugeordnet. Die Laserpulse haben
also bei Nenngeschwindigkeit der Maschine die korrigierte Nenn
pulslänge, die zu einer Perforation führt, mit der die Einhaltung
des Sollwerts des Ventilationsgrades gewährleistet ist.
Beim Anfahren der Maschine wird der Geschwindigkeitsaufnehmer
zunächst eine niedrige Maschinengeschwindigkeit messen, welcher
der Pulslängenrechner eine bestimmte Pulslänge und der Intensi
tätsrechner eine bestimmte Strahlungsintensität zuordnen. Mit
steigender Geschwindigkeit während des Anfahrprozesses werden
der Pulslängenrechner 64 die Pulslänge der vorgegebenen Funk
tion folgend verkürzen und der Intensitätsrechner 68 die Strah
lungsintensität entsprechend der vorgegebenen Funktion erhöhen,
so daß der Pulsrechner 67 solche Steuersignale an die Versor
gungseinheit 57 abgeben kann, die eine gleichbleibende Perfo
ration des Hüllmaterials 13 bei zunehmender Geschwindigkeit ge
währleisten. Ist die Nenngeschwindigkeit erreicht, arbeitet der
Laser mit Nennpulslänge und Nennintensität, wobei die Nennpuls
länge die von der Ventilationsregelungseinheit 72 aufgrund von
Ventilationsgradmessungen bewirkten Korrekturen enthält.
Das beschriebene Vorgehen nach der Erfindung stellt einerseits
sicher, daß die Pulslänge und Intensität der Laserstrahlung für
jede Geschwindigkeit optimal eingestellt werden, um immer ein
akzeptables Perforationsbild und die gewünschte Luftdurchläs
sigkeit des perforierten Materials zu gewährleisten. Anderer
seits wird dieser Lochbildsteuerung eine Regelung wenigstens
einer charakteristischen Größe überlagert, die für die Qualität
der hergestellten Artikel von Bedeutung ist. So ergibt sich
eine Lasersteuerung hoher Effizienz, die immer zu einwandfreien
Produkten hoher Qualität führt.
In Fig. 3 ist die Steueranordnung als Blockschaltbild darge
stellt. Diese Darstellung wurde gewählt, weil sie eine ver
ständliche Erläuterung der Signalauswertung und der Pulslängen-
und Intensitätssteuerung erleichtert. Tatsächlich ist die Sig
nalauswertung in modernen Maschinen in einem Computer realisiert,
der die in der Blockdarstellung gezeigten Einzelbauteile in
dieser Form nicht enthält, aber dieselben Operationen mit den
selben Ergebnissen ausführt. In diesem Fall ist die Steueran
ordnung also ein Computer und die Blöcke des Blockschaltbildes
stellen wesentliche Schritte in dem Vorgang der Signalauswer
tung und der Steuerung dar.
Claims (19)
1. Verfahren zum Perforieren von Hüllmaterial stabförmiger Artikel der Tabak
verarbeitenden Industrie, bei dem das zu perforierende Hüllmaterial durch eine
Perforationszone bewegt wird und ein entsprechend der zu erzeugenden Perforati
on gepulster energiereicher Strahl in der Perforationszone auf das Hüllmaterial
ausgerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulslänge und die Intensität
des energiereichen Strahls in Abhängigkeit von der Hüllmaterialgeschwindigkeit in
der Perforationszone gesteuert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllmaterial
geschwindigkeit erfasst und entsprechende Geschwindigkeitsmesssignale gebildet
werden und dass in Abhängigkeit von den Geschwindigkeitsmesssignalen die
Pulslänge und die Intensität des Strahls gesteuert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Maß für die
Hüllmaterialgeschwindigkeit die Maschinengeschwindigkeit erfasst wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Nenngeschwindigkeit der Hüllmaterialgeschwindigkeit vorgegeben und gespeichert
wird, dass der Nenngeschwindigkeit eine Nennpulslänge und Nennintensität des
Energiestrahls zugeordnet und gespeichert werden und dass die Perforation des
Hüllmaterials bei Nenngeschwindigkeit mit Nennpulslänge und Nennintensität des
Energiestrahls durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
mit zunehmender Hüllmaterialgeschwindigkeit die Pulslänge des Energiestrahls
verkürzt und seine Intensität erhöht werden und umgekehrt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
das Hüllmaterial als bahnförmiger Hüllmaterialstreifen durch die Perforationszone
bewegt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
mit dem Hüllmaterial umhüllte stabförmige Artikel durch die Perforationszone be
wegt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine von der Porosität des Hüllmaterialstreifens beeinflusste charakte
ristische Größe der mit dem Hüllmaterial umhüllten Artikel erfasst wird und dass bei
Abweichungen der charakteristischen Größe von ihrem Sollwert die Nennpulslänge
des Energiestrahls im Sinne der Einhaltung der Sollwerte korrigiert wird.
9. Vorrichtung zum Perforieren von Hüllmaterial stabförmiger Artikel der Tabak
verarbeitenden Industrie mit Fördermitteln zum Bewegen des zu perforierenden
Hüllmaterials durch eine Perforationszone, einer Strahlungsquelle zum Erzeugen
und einem Strahlungskopf zum Ausrichten eines entsprechend der gewünschten
Perforation gepulsten Energiestrahls auf das Hüllmaterial in der Perforationszone,
dadurch gekennzeichnet, dass Messmittel (69) zum Erfassen der Hüllmaterialge
schwindigkeit in der Perforationszone vorgesehen sind und dass mit den Messmit
teln (69) Steuermittel (58) verbunden sind, welche die Pulslänge und die Intensität
des energiereichen Strahls (48, 56) in Abhängigkeit von der Hüllmaterialgeschwin
digkeit verändernd ausgebildet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmittel
(69, 71) zum Erfassen der Hüllmaterialgeschwindigkeit in der Perforationszone (53)
und zum Erzeugen entsprechender Geschwindigkeitsmesssignale vorgesehen sind
und dass die Messmittel mit einer Steueranordnung (58) verbunden sind, welche
die Pulslänge des Energiestrahls (48, 56) und seine Intensität in Abhängigkeit von
der Hüllmaterialgeschwindigkeit steuernd ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
Steueranordnung (58) einen die Pulslänge des Energiestrahls in Abhängigkeit von
der Hüllmaterialgeschwindigkeit bestimmenden Pulslängenrechner (64) aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
dass die Steueranordnung (58) einen die Intensität des Energiestrahls (48, 56) in
Abhängigkeit von der Hüllmaterialgeschwindigkeit bestimmenden Intensitätsrechner
(68) aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
dass die Steueranordnung (58) einen Pulsrechner (67) aufweist, dass der Puls
rechner vom Pulslängenrechner (64) und vom Intensitätsrechner (68) ermittelte
Pulslängen- und Intensitätsdaten zu Pulssteuersignalen verarbeitet und dass der
Pulsrechner zur geschwindigkeitsabhängigen Einstellung der Pulslänge und
-intensität mit einer Versorgungseinheit (57) der Strahlungsquelle (54) verbunden
ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
dass die Steueranordnung (58) Speicheranordnungen (66, 59, 62) zum Speichern
von einer Nenngeschwindigkeit des zu perforierenden Hüllmaterials (13), einer
Nennpulslänge und Nennintensität der Strahlungspulse entsprechenden Daten
aufweist und dass der Pulslängenrechner (64) und der Intensitätsrechner (68) bei
Nenngeschwindigkeit des Hüllmaterials (13) die Nennpulslänge und die Nenninten
sität für die Pulssteuerung vorgebend ausgebildet sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
dass die Steueranordnung (58) eine Speicheranordnung (63) zum Speichern von
die zeitliche Aufeinanderfolge der Strahlungspulse bestimmenden Pulsfolgedaten
aufweist und dass diese Speicheranordnung mit dem Pulsrechner (67) in Wirkver
bindung steht.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Prüfeinrichtung (29) zum Erfassen wenigstens einer von der Porosität
des Hüllmaterials (13) beeinflussten charakteristischen Eigenschaft der mit dem
perforierten Hüllmaterial umhüllten Artikel (36) und zum Erzeugen entsprechender
Prüfsignale vorgesehen ist, dass der Prüfeinrichtung ein mit der Speicheranordnung
(59) für die Daten der Nennpulslänge verbundener Korrekturrechner (76) nachge
schaltet ist und dass der Korrekturrechner die die Nennpulslänge repräsentierenden
gespeicherten Daten in Abhängigkeit von den Prüfsignalen im Sinne der Einhaltung
vorgegebener Werte der charakteristischen Eigenschaften korrigiert.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet,
dass die Perforationszone (38) auf einer Filteransetzmaschine im Bereich einer die
mit dem zu perforierenden Hüllmaterial umhüllten Artikel (36) bewegenden För
dereinrichtung (23) angeordnet ist und dass der Strahlungskopf (47) den Energie
strahl (48) auf die Hülle der Artikel (36) in der Perforationszone (38) ausrichtet.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
dass die Perforationszone (53) im Bereich einer Bahnführung (51, 52) eines be
wegten Hüllmaterialstreifens (13) angeordnet ist und dass der Strahlungskopf (49)
den Energiestrahl (56) auf den bewegten Hüllmaterialstreifen (13) in der Perforati
onszone (53) ausrichtet.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet,
dass als Strahlungsquelle ein Laser (54) vorgesehen ist.
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