DE4108166A1 - Verfahren und vorrichtung zum perforieren von zigaretten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Perforieren von stab­ förmigen Artikeln der tabakverarbeitenden Industrie, bei dem die Artikel queraxial in eine Perforationszone gefördert werden und eine gepulste energiereiche Strahlung mittels einer Fokus­ sieroptik auf einen zu perforierenden Abschnitt der Hülle der Artikel ausgerichtet und fokussiert wird.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zum Perfo­ rieren von stabförmigen Artikeln der tabakverarbeitenden Indu­ strie mit Fördermitteln zum queraxialen Fördern aufeinander­ folgender zu perforierender Artikel in eine Perforationszone und wenigstens einem Strahlungskopf mit wenigstens einer Fokus­ sieroptik zum Ausrichten und Fokussieren einer gepulsten ener­ giereichen Strahlung auf einen zu perforierenden Bereich der Hülle der Artikel in der Perforationszone.

Stabförmige Artikel der tabakverarbeitenden Industrie sind in erster Linie Zigaretten, insbesondere Filterzigaretten, aber auch Filterstäbe, Zigarillos, Stumpen und andere rauchbare Ar­ tikel aus Tabak, Tabakersatzstoffen und Mischungen daraus. Wenn im Folgenden der Einfachheit halber nur noch von Zigaretten ge­ sprochen wird, so sind diese anderen Artikel selbstverständlich mit umfaßt.

Es ist bekannt, die Umhüllung von Zigaretten während ihrer Her­ stellung durch Perforation mit einer Zone gewünschter Luft­ durchlässigkeit, einer sogenannten Ventilationszone oder Klima­ zone, zu versehen, welche beim Rauchen der Zigaretten bewirkt, daß dem Rauch bei jedem Zug ein Anteil kühler Nebenluft aus der Umgebung beigemischt wird. Über die Luftdurchlässigkeit der Ventilationszone kann die beim Rauchen aufgenommene Kondensat- und Nikotinmenge beeinflußt werden, was sich auch auf den Ge­ schmack und einige andere charakteristische Eigenschaften der Zigaretten auswirkt. Um möglichst gleichbleibende Eigenschaften der Zigaretten zu gewährleisten, ist es erforderlich, den Anteil der Nebenluft im Verhältnis zum Rauch möglichst konstant zu halten.

Es ist bekannt, auf einer Filteransetzmaschine durch mechani­ sche Mittel, wie z. B. Nadeln, im Verlauf eines Überrollvorgan­ ges in das Mundstücksende Löcher einzustechen (DE-OS 19 01 384). Es ist auch bekannt, zum Perforieren der Umhüllung von Zigaret­ ten eine gepulste Laserstrahlung zu verwenden (DE-OS 27 51 522). Die zu perforierenden Zigaretten werden queraxial in eine Per­ forationszone gefördert und dort über eine Rollfläche um ihre Achse gerollt. Die Laserstrahlung wird gepulst und auf die Zigaretten in der Perforationszone ausgerichtet. Mit einer Fo­ kussieroptik wird die Strahlung so auf die Hülle der Zigaretten fokussiert, daß in der Hülle der rollenden Zigaretten die ge­ wünschte Perforation erzeugt wird. Ein wesentliches Kriterium für die Qualität der Perforation mit gepulster Laserstrahlung ist der Abstand der Fokussieroptik von der Oberfläche der Ziga­ retten in der Perforationszone, der in seiner Grundeinstellung vorzugsweise etwa gleich der Brennweite der Optik gewählt wird, um möglichst reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art weiter zu verbessern, insbesondere das Einrichten der Perforiervorrichtung zu er­ leichtern und zu vereinfachen.

Bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ausgehend von einer Anfangseinstellung des Abstands der Fokussieroptik zu den Arti­ keln nacheinander verschiedene Abstände eingestellt und die Artikel aus diesen Abständen perforiert werden, daß eine charak­ teristische Eigenschaft der aus verschiedenen Abständen perfo­ rierten Artikel gemessen und in Abhängigkeit von den Abstands­ werten eine Folge der gemessenen Werte dieser Eigenschaft gebil­ det wird, daß aus der Folge der Werte der charakteristischen Eigenschaft ein Extremwert ermittelt wird, daß der zu dem Ex­ tremwert gehörende Abstandswert festgestellt und daß die Fokus­ sieroptik als Grundeinstellung auf diesen Abstandswert einge­ stellt wird. Nach der Erfindung wird also eine charakteristische Eigenschaft der Zigaretten, deren Meßwert von der Luftdurchläs­ sigkeit der Ventilationszone abhängt, in Abhängigkeit von ver­ schieden eingestellten Abständen der Fokussieroptik zur Ober­ fläche der Zigaretten in der Perforationszone gemessen und den betreffenden Abständen zugeordnet. Daraus ergibt sich ein Kurven­ verlauf der Werte der charakteristischen Eigenschaft in Abhängig­ keit von den eingestellten Abständen, dessen Extremwerte einen sicheren Rückschluß auf die Lage des Brennpunktes der Fokussier­ optik und damit auf die optimale Einstellung des Abstands der Optik zulassen. Der zu einem ausgewählten Extremwert gehörende Abstandswert der Fokussieroptik wird dann als Grundeinstellung dieser Fokussieroptik eingestellt und während des Betriebes möglichst beibehalten. Die Perforiereinrichtung nach der Erfin­ dung sucht sich die Grundeinstellung ihrer Fokussieroptik also in einem Abstandssuchlauf selbst.

Merkmale von Weiterführungen und vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 enthalten. Nach dem Anspruch 2 ergibt sich die optimale Einstellung der Fokussieroptik aus einem Minimum der charakteri­ stischen Eigenschaft der perforierten Zigaretten. Damit ist die Voraussetzung gegeben, die optimale Einstellung zuverlässig zu erkennen und auch online automatisch einzustellen. Stellt man den Zusammenhang der Meßwerte und ihrer Aufeinanderfolge gemäß Anspruch 3 grafisch dar, so ist es einem Operator möglich, den optimalen Abstandswert auf Grund der Lage der Extremwerte zu erkennen und über eine Eingabeeinheit manuell der Steuerung vorzugeben. Mit den Merkmalen der Ansprüche 4 und 5 ist eine Konstanthaltung der einmal aufgefundenen optimalen Grundeinstel­ lung der Fokussieroptik möglich. Damit ist sichergestellt, daß die optimalen Bedingungen für die Perforation der Zigaretten auch während des Betriebes langfristig erhalten bleiben. An­ spruch 6 betrifft die Perforation von Zigaretten mehrfacher Gebrauchslänge, die an mehreren Stellen mit getrennt einstellba­ ren Fokussieroptiken perforiert werden. Nach Anspruch 6 sind diese Fokussieroptiken jede für sich optimal einstellbar. Mit den Merkmalen des Anspruchs 8 ist eine sehr wirtschaftliche Ausführungsform des Verfahrens gekennzeichnet, die keine nennens­ werten Nebenzeiten für das Einrichten der Lasereinrichtung erfor­ dert. Nach Anspruch 9 wird als charakteristische Eigenschaft der perforierten Zigaretten vorzugsweise ihr Ventilationsgrad gemessen. Es können aber auch andere von der Luftdurchlässigkeit der Perforationszone beeinflußte charakteristische Eigenschaften der Zigaretten, wie beispielsweise ihr Zugwiderstand, für die Bestimmung des optimalen Abstandes der Fokussieroptik herangezo­ gen werden.

Bei einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß jeder Fokussieroptik ein Antriebsmittel zum Verändern ihres Abstands zum zu perforierenden Artikel zugeordnet ist, daß das Antriebs­ mittel an eine Steueranordnung angeschlossen ist und daß die Steueranordnung Mittel zum Ermitteln eines optimalen Abstands der Fokussieroptik von den Artikeln und zum Steuern des Antriebs­ mittels im Sinne der Einstellung des optimalen Abstandes als Grundeinstellung aufweist. Die Steueranordnung weist dabei vorzugs­ weise Mittel zum schrittweisen Einstellen verschiedener Abstände der Fokussieroptik auf. Sie ist mit Meßmitteln zum Erfassen einer charakteristischen Eigenschaft der aus dem jeweils einge­ stellten Abstand perforierten Artikel verbunden. Die Steueran­ ordnung weist Mittel auf, welche aus der Folge der abstandsab­ hängig erfaßten Meßwerte der charakteristischen Eigenschaft einen Extremwert ermitteln. Der dem Extremwert zugehörige Ab­ standswert wird als optimaler Wert der Grundeinstellung der Fokussieroptik vorgegeben.

Weitere Fortführungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 12 bis 18 enthalten.

Die Erfindung bietet den besonderen Vorteil einer schnellen und unkomplizierten Einstellung, Überwachung und Regelung des Ab­ stands der Fokussieroptiken einer Laser-Perforiereinrichtung von der Oberfläche der zu perforierenden Zigaretten in der Perfo­ rationszone. Das Vorgehen nach der Erfindung erleichtert das Einrichten der Maschine nach Arbeiten an der Perforier-oder Rolleinrichtung. Nach der Erfindung wird ein Abstandssuchlauf der Fokussieroptiken durchgeführt, in welchem die Vorrichtung die optimalen Einstellungen selbst sucht. Es ist möglich, den Zusammenhang zwischen verschiedenen eingestellten Abständen der Fokussieroptik von der Oberfläche der zu perforierenden Zigaret­ ten und den zugehörigen Meßwerten der charakteristischen Eigen­ schaft der perforierten Zigaretten nach dem Abstandssuchlauf grafisch darzustellen, so daß der Operator selbst dem Kurvenver­ lauf den nach seiner Meinung optimalen Wert des Abstandes entneh­ men und einstellen kann. So bleibt bei Bedarf für den Operator eine Einflußmöglichkeit auf die Einstellung der Vorrichtung. Einen besonderen Vorteil bietet die Erfindung dadurch, daß die Steueranordnung in der Lage ist, die optimale Einstellung der Fokussieroptiken im Abstandssuchlauf selbst zu finden und automatisch einzustellen. Das vereinfacht die Grundeinstellung der Vorrichtung und das Einrichten der Maschine ganz erheblich und trägt wegen des außerordentlich geringen Zeitaufwandes zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Vorrichtung und der mit der Vorrichtung ausgestatteten Maschine bei. Von Vorteil ist auch, daß Änderungen des Abstandes während des Betriebs sofort erkannt und korrigiert werden. Damit ist gewährleistet, daß der zu Beginn als Grundeinstellung eingestellte Abstand auch während des Betriebs erhalten bleibt. Das stellt stets ein optimales Perforationsergebnis und damit die Herstellung von Zigaretten hoher Qualität sicher.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 Eine Vorderansicht einer Filteransetzmaschine mit ei­ ner Perforiereinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Längsschnitt,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Perforiereinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 4 eine Blockdarstellung einer Steueranordnung und

Fig. 5 eine Blockdarstellung einer in der Steueranordnung enthaltenen Steuerschaltung.

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 entstaffeln und in Reihen zu je zwei Stück mit einem Zwischenraum zwischen den Zigaretten an eine Zusammenstelltrommel 3 abgeben. Die Fil­ terstäbe gelangen aus einem Magazin 4 auf eine Schneidtrommel 6, werden von zwei Kreismessern 7 zu Filterstopfen doppelter Ge­ brauchslänge geschnitten, auf einer Staffeltrommel 8 gestaffelt, von einer Schiebetrommel 9 zu einer Reihe hintereinanderliegen­ der Stopfen ausgerichtet und von einer Beschleunigertrommel 11 in die Zwischenräume der Zigarettenreihen auf der Zusammen­ stelltrommel 3 abgelegt. Die dadurch gebildeten Zigarette-Fil­ ter-Zigarette-Gruppen werden zusammengeschoben, so daß sie axial dicht an dicht liegen. Anschließend werden sie von einer Übergabetrommel 12 übernommen. Ein Belagpapierstreifen 13 wird von einer Belagpapierbobine 14 mittels einer Abzugswalze 16 ab­ gezogen. 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. Eine mit einer Übergabetrommel 26 und einer Sammeltrommel 27 zusammenwirkende Wendeeinrichtung 28 wendet eine Filterzigarettenreihe und überführt sie gleichzei­ tig in die über die Übergabetrommel 26 und die Sammeltrommel 27 durchlaufende ungewendete Filterzigarettenreihe. Über eine Prüftrommel 29 gelangen die Filterzigaretten zu einer Auswerf­ trommel 31. Eine mit einer Bremstrommel 32 zusammenwirkende Ab­ legertrommel 33 legt die Filterzigaretten auf ein Ablegerband 34.

Die Laserrolltrommel 23 ist Bestandteil einer Perforiereinrich­ tung 35, die in den Fig. 2 und 3 vergrößert dargestellt ist. Die Laserrolltrommel 23 transportiert mit einem zu perforieren­ den Hüllmaterial umhüllte stabförmige Artikel, beispielsweise Doppelfilterzigaretten 36 queraxial in Richtung eines Pfeiles 37 durch eine Perforationszone 38. Dazu weist die Laserrolltrommel mit Saugluftanschlüssen 39 zum Festhalten der Zigaretten verse­ hene Mulden 41 auf, die paarweise durch Rollflächen 42 mitein­ ander verbunden sind. Der Rolltrommel 23 ist im Abstand eines Zigarettendurchmessers oder etwas näher ein mit Gegenrollflä­ chen 43 versehener, in Pfeilrichtung 44 rotierender Walzenkör­ per 46 zugeordnet. Die Doppelfilterzigaretten 36 werden in der in Förderrichtung 37 vorne liegenden Mulde 41a eines Muldenpaa­ res liegend in die Perforationszone 38 hineingefördert und dort von der Vorderkante einer Gegenrollfläche 43 erfaßt, wie das in Fig. 3 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 Walzenkörpers 46 sind so aufeinander abgestimmt, daß die Achse der abrollenden Zigarette 36a ihre Position bezüglich der Drehachsen des Walzenkörpers und der Lasertrommel 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, mit der sie aus der Perforationszone heraustransportiert wird.

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 36a fokus­ siert. Der Laserstrahl 48 ist so gepulst, daß in der Umhüllung der Zigaretten durch die Perforation eine Zone vorgegebener Luftdurchlässigkeit entsteht.

Der Strahlungskopf 47 weist ein Gehäuse 49 auf, welches einen Strahlenkanal 51 enthält, in dem der Energiestrahl 48 geführt ist. In dem Strahlenkanal ist eine Strahlteileranordnung aus zwei Spiegeln 52 und 53 angeordnet, von denen der erste 52 teildurchlässig und der zweite im wesentlichen total reflektie­ rend ausgebildet ist. Die Spiegel 52 und 53 teilen den ankom­ menden Energiestrahl 48 in zwei möglichst gleiche Teilstrahlen 48a und 48b auf, welche auf zwei zu perforierende Bereiche, sogenannte Klima- oder Ventilationszonen 54a und 54b einer in der Perforationszone 38 rollenden Doppelfilterzigarette 36a ausgerichtet werden. Dazu sind im Strahlengang der Teilstrahlen 48a und 48b zwei Fokussieroptiken 56a und 56b angeordnet, wel­ che die Teilstrahlen zur Perforationszone 38 hin ausrichten. Da die Fokussieroptiken identisch aufgebaut sind wird nur eine von ihnen beschrieben.

Die Fokussieroptik 56a weist ein Gehäuse 57 mit einer Sammel­ linse 58 auf und ist in Richtung eines Pfeiles 59 im Gehäuse 49 des Strahlungskopfes 47 auf die zu perforierende Zigarette zu und von ihr weg bewegbar. Das die Sammellinse 58 tragende Ge­ häuse 57 der Fokussieroptik 56a weist einen durch die Gehäuse­ wand des Strahlungskopfgehäuses 49 hindurch in einen schrägen Schlitz 61 einer in Pfeilrichtung 62 bewegbaren Kulisse 63 ra­ genden Mitnehmerstift 64 auf. Die Kulisse 63 wird über einen Spindeltrieb 66 von einem Motor 67 angetrieben. Durch Bewegun­ gen der Kulisse 63 in Richtung des Pfeiles 62 werden der Mit­ nehmerstift 64 und mit ihm die Fokussieroptik 56a mit der Sam­ mellinse 58 in Richtung des Pfeiles 59 bewegt, so daß durch Be­ wegen der Kulisse 63 der Abstand zwischen der Fokussieroptik 56a und der Oberfläche der zu perforierenden Zigaretten 36a verän­ dert werden kann. Die aktuelle Position der Fokussieroptik im Gehäuse des Strahlungskopfes kann mit einem Lagedetektor 68 erfaßt werden, dessen Fühler 69 die aktuelle Lage der Kulisse 63 abtastet.

Mit 67a ist in Fig. 2 ein zweiter gestrichelt angedeuteter Mo­ tor bezeichnet, der in gleicher Weise wie der Motor 67 die Fokussieroptik 56b bewegen kann.

Mit einer Abstandsmeßeinrichtung 71 wird der aktuelle Abstand der Zigaretten 36a in der Perforationszone 38 vom Strahlungs­ kopf 47 erfaßt und an eine Steueranordnung 72 übergeben. An die Steueranordnung 72 sind eingangsseitig außer der Abstandsmeß­ einrichtung 71 auch der Lagedetektor 68, die nicht gezeigten Lagedetektoren weiterer Fokussieroptiken, sowie eine oder meh­ rere Meßeinrichtungen 73 zum Erfassen einer von der Luftdurch­ lässigkeit der Ventilationszone der Zigaretten beeinflußten charakteristischen Größe der perforierten Zigaretten angeschlos­ sen. Ausgangsseitig ist die Steueranordnung 72 mit den Antriebs­ motoren 67 und 67a zum Verstellen der Kulissen 63 verbunden.

Fig. 4 zeigt eine Blockdarstellung der Steuerung der Einstel­ lung der Fokussieroptiken 56a und b. An die Steueranordnung 72 sind die Lagedetektoren 68 und 68a, die Meßeinrichtungen 73 und 73a zum Erfassen der Werte einer charakteristischen Eigenschaft der perforierten Zigaretten, sowie ausgangsseitig die Antriebs­ motoren 67 und 67a für die Kulissen zum Verstellen der Fokussier­ optiken angeschlossen. Außerdem ist die Steueranordnung 72 mit einem Display 74, z. B. einem Datenmonitor, und einer Eingabeein­ heit 76 verbunden. Fig. 4 zeigt außerdem eine Regeleinheit 77 zum Regeln des Abstands der Fokussieroptiken von der Oberfläche der in der Perforationszone 38 rollenden Zigaretten. Diese Regel­ einheit 77 ist mit der Abstandsmeßeinrichtung 71 verbunden, die den Abstand zwischen dem Strahlungskopf 47 und den Zigaretten erfaßt und entsprechende Meßwerte an eine Auswertanordnung 78 abgibt. Die Auswertanordnung 78 ist ausgangsseitig einerseits mit einem Sollwertspeicher 79 und andererseits mit einem Ver­ gleichsrechner 81 verbunden, der auch an den Sollwertspeicher 79 angeschlossen ist. Der Ausgang des Vergleichsrechners 81 ist mit den Antrieben 67 und 67a der Fokussieroptiken verbunden.

Fig. 5 zeigt in einem schematischen Blockdiagramm den funktio­ nellen Aufbau der Steueranordnung 72 zum Einstellen des Ab­ standes zwischen den Fokussieroptiken und der Oberfläche der zu perforierenden Zigaretten in der Perforationszone 38. Der bes­ seren Übersichtlichkeit halber ist in Fig. 5 eine Steueran­ ordnung 72 für nur einen Antrieb 67 dargestellt. Die Meßwert­ verarbeitung und die Steuerung für die anderen Antriebe erfolgen auf dieselbe Weise.

Der Lagedetektor 68 und die Meßeinrichtung 73 sind an eine Re­ cheneinheit 82 zum Bilden von Meßwertpaaren angeschlossen. Die gebildeten Meßwertpaare werden in einer Speicheranordnung 83 abgelegt. An die Speicheranordnung 83 ist eine Auswertanordnung 84 angeschlossen, die die Aufeinanderfolge der Wertepaare in einem Kurvenverlauf grafisch darstellt und auf dem Display 74 anzeigt. An eine Treiberanordnung 86 für den Motor 67 ist ein Schrittgeber 87 angeschlossen, der dafür sorgt, daß der Motor 67 über den Treiber 86 schrittweise angetrieben wird, um nachein­ ander eine Folge von Abständen der Fokussieroptik zur zu perfo­ rierenden Zigarette einzustellen. Eine Selektorschaltung 88, die eingangsseitig mit der Speicheranordnung 83 verbunden ist, wählt aus den gespeicherten Wertepaaren eines aus, dessen Wert der charakteristischen Eigenschaft der perforierten Ziga­ retten einem Extremwert dieser charakteristischen Eigenschaft am nächsten kommt. Ein dem zugehörigen Abstandswert entsprechen­ des Steuersignal übermittelt die Selektorschaltung 88 dann an den Motortreiber 86.

Die Regeleinheit 77 für die Abstandsregelung in Fig. 4 und die Steueranordnung 72 in Fig. 5 sind als Blockdiagramme dargestellt. Diese Darstellung wurde gewählt, weil sie eine verständliche Erläuterung der Funktionen der Signalauswertung erleichtert. Tatsächlich ist diese Signalauswertung in modernen Maschinen in integrierten Schaltungen realisiert, die die in der Blockdar­ stellung gezeigten Einzelbauteile in dieser Form und Anordnung nicht enthalten, aber dieselben Operationen mit denselben Er­ gebnissen ausführen. In diesem Fall sind die Steueranordnungen also integrierte Schaltungen und die Blöcke des Blockdiagramms stellen wesentliche Schritte in dem Vorgang der Signalauswer­ tung und Steuerung dar.

Funktionsweise der Vorrichtung und der Steuerung: Die Steuerung eines in der Zeichnung nicht gezeigten Lasers zur Erzeugung der gepulsten Laserstrahlung vorgegebener Pulszeiten, -längen und -intensitäten ist bekannt und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Sie bedarf daher hier keiner Erläuterung. Im hier vorliegenden Zusammenhang geht es um die Einstellung des Ab­ stands zwischen den den Laserstrahl fokussierenden Optiken 56a, 56b und der Oberfläche der zu perforierenden Zigaretten 36a. Dieser Abstand ist ein das Perforationsergebnis wesentlich mit­ bestimmender Parameter und muß daher zu Beginn der Produktion richtig eingestellt und während der Produktion möglichst kon­ stant gehalten werden. Dabei wird die Erkenntnis genutzt, daß das Perforieren im Brennpunkt der Fokussieroptiken die besten Ergebnisse bringt. Die Perforiereinrichtung nach der Erfindung und ihre Steuerung erlauben das Auffinden und Einstellen einer optimalen Grundeinstellung der Fokussieroptiken 56a und 56b, in der der Abstand der Fokussieroptiken von den Zigaretten in der Perforationszone so gewählt ist, daß die zu perforierende Ziga­ rettenhülle im Brennpunkt der Optiken liegt, online während des Betriebes der Maschine im Nennbetrieb. Dazu wird folgendermaßen vorgegangen:

Der in der Steueranordnung 72 enthaltene Schrittgeber 87 gibt über den Motortreiber 86 nacheinander eine Reihe von Einstel­ lungen der Fokussieroptik 56a vor, die vom Motor 67 über ent­ sprechende Verstellungen der Kulisse 66 in Pfeilrichtung 62 eingestellt werden. Jede Einstellung der Fokussieroptik 56a, der ein bestimmter Abstand zur Oberfläche der in der Perfora­ tionszone 38 rollenden Zigarette 36a entspricht, wird vom Lage­ detektor 68 erfaßt, der ein entsprechendes Abstandssignal an die Recheneinheit 82 der Steueranordnung 72 abgibt. Die mit dieser Einstellung der Fokussieroptik perforierten Zigaretten gelangen zur Prüfeinrichtung 73, die eine charakteristische Ei­ genschaft dieser perforierten Zigaretten erfaßt. Bei dieser Prüfeinrichtung kann es sich um eine bekannte Prüftrommel (29 in Fig. 1) handeln, mit der als charakteristische Eigenschaft der Zigaretten deren Ventilationsgrad bestimmt wird. Anstelle des Ventilationsgrades kann auch eine andere charakteristische Eigenschaft gemessen werden, deren Wert von der Luftdurchlässig­ keit der Ventilationszone der Zigaretten abhängt. Eine solche weitere Eigenschaft ist beispielsweise der Zugwiderstand der Zigaretten. Der Einfachheit halber wird für die weitere Beschrei­ bung angenommen, daß als charakteristische Eigenschaft der per­ forierten Zigaretten ihre Ventilation bestimmt wird. Der Meßwert des Ventilationsgrades der Zigaretten gelangt ebenfalls in die Recheneinheit 82, wo er dem Abstandswert zugeordnet wird, der dem Abstand der Fokussieroptik entspricht, aus dem die betref­ fenden Zigaretten perforiert worden sind. Für jede vom Schritt­ geber 87 vorgegebene Einstellung der Fokussieroptik wird der Ventilationsgrad der perforierten Zigaretten gemessen, so daß eine Reihe von Wertepaaren gebildet wird, die jeweils den der aktuellen Einstellung der Fokussieroptik entsprechenden Abstands­ wert A und den zugehörigen Ventilationsgradwert V enthalten. Diese Folge von Wertepaaren wird in der Speicheranordnung 83 zur Auswertung und Weiterverarbeitung gespeichert.

Die mit der Speicheranordnung 83 verbundene Auswertanordnung 84 erstellt aus den gespeicherten Wertepaaren ein Diagramm, das mittels eines Displays 74, beispielsweise eines Datenmonitors, als Kurvenverlauf angezeigt werden kann. Ein aus den aufgenom­ menen Wertepaaren gebildeter typischer Kurvenverlauf ist als Beispiel im Diagrammfeld 91 innerhalb des die Steueranordnung 72 darstellenden Blocks in Fig. 4 enthalten. Er zeigt die Ab­ hängigkeit des Ventilationsgrades V vom Abstand A der Fokus­ sieroptik. Dieser als Beispiel dargestellte Kurvenverlauf ent­ steht dadurch, daß der Abstand der Fokussieroptik ausgehend von einem relativ kleinen Abstand in Abhängigkeit von den Vorgaben des Schrittgebers 87 schrittweise vergrößert wird. Die dabei gemessenen Ventilationsgrade V steigen bei der Annäherung an den Brennpunkt der Optik an und erreichen vor der Einstellung eines der Brennweite entsprechenden Abstandes ein erstes Maxi­ mum 93. Bis zum Erreichen des der Brennweite der Fokussieroptik entsprechenden Abstandes fallen die V-Werte ab und bilden im Brennpunkt ein Minimum 92. Bei weiterer Vergrößerung des Ab­ standes A über die Brennweite hinaus ergibt sich ein weiteres Maximum 94, bevor die V-Werte schließlich wieder zu abnehmenden Werten hin verlaufen. Der Abstandswert A des Minimums zeigt somit die Lage der Fokussieroptik an, in der die Perforation gerade in ihrem Brennpunkt erfolgt. Wählt man als Grundeinstel­ lung der Fokussieroptik 56a den dem Minimum 92 des Ventilations­ grades entsprechenden Abstand, so erhält man für die Perforation die gewünschte optimale Bedingung, weil bei dieser Einstellung die Perforation im Brennpunkt der Optik erfolgt und Änderungen des Abstandes nur relativ geringe Auswirkungen auf die Größe des Ventilationsgrades haben. Dieser auf dem Display 74 angezeig­ te Kurvenverlauf ermöglicht es dem Operator, den seinen Vorgaben für den Ventilationsgrad entsprechenden Abstand der Fokussierop­ tik zu bestimmen und über die Eingabeeinheit 76, die mit dem Motortreiber 86 verbunden ist, manuell einzustellen.

Der automatische Abstandssuchlauf mit Hilfe des Schrittgebers 87 wird beendet, sobald die Fokussieroptik einen vorgegebenen Abstandsbereich durchlaufen hat und die entsprechenden Wertepaa­ re aus Abstandswerten und Ventilationsgradwerten gebildet und gespeichert sind. Der Abstandssuchlauf wird erst bei Bedarf wieder eingeschaltet.

Es ist natürlich auch möglich und als besonders bevorzugte Wei­ terbildung der Steueranordnung vorgesehen, daß der als Grund­ einstellung einzustellende optimale Abstandswert aus der Folge der in Speicheranordnung 83 gespeicherten Wertepaare ohne Zutun eines Operators automatisch ermittelt und eingestellt wird. Dazu ist die an die Speicheranordnung 83 angeschlossene Selek­ torschaltung 88 vorgesehen, welche aus den in der Speicheranord­ nung enthaltenen Wertepaaren dasjenige auswählt, das einen Ex­ tremwert, insbesondere ein Minimum des Ventilationsgrades enthält. Der zu diesem Minimum des V-Wertes gehörende Abstandswert des Wertepaares wird von der Selektorschaltung 88 an den Motortrei­ ber 86 weitergegeben, der über den Motor 67 die Fokussieroptik 56a entsprechend einstellt. Als Selektorschaltung 88 ist hierzu ein Extremwertrechner vorgesehen, welcher vorzugsweise die Lage des Minimums 92 des Ventilationsgrades und den zugehörigen Ab­ standswert ermittelt. Auf diese Weise wird mit einem automati­ schen Abstandssuchlauf gemäß der Erfindung der für einen vorge­ gebenen Ventilationsgrad optimale Abstand der Fokussieroptik ermittelt und als Grundeinstellung eingestellt. Diese Grundein­ stellung bleibt während des folgenden Produktionsprozesses in der Regel erhalten. Die Regelung des Ventilationsgrades während der Produktion erfolgt ausgehend von dieser Grundeinstellung des Abstandes in bekannter Weise durch Steuern der Pulslänge und/oder der Intensität der Laserpulse.

Der Abstand zwischen der Fokussieroptik 56a, b und der Oberflä­ che der zu perforierenden Zigarette 36a ist während der Produk­ tion von verschiedenen Einflüssen abhängig. So verändert sich die Lage der Zigaretten mit der Geschwindigkeit und damit auch ihr Abstand zur Fokussieroptik. Die Folge einer solchen Abstands­ veränderung ist eine Veränderung der gemessenen charakteristi­ schen Eigenschaft der Zigarette, beispielsweise des Ventilations­ grades. Diese Veränderung kann mehrere Prozent betragen. Auch Veränderungen von Zigarettenparametern, wie z. B. Zigarettendurch­ messer oder -härte, führen zu Veränderungen der Lage der Zigaret­ tenoberfläche und damit zu Abstandsänderungen zwischen der Fo­ kussieroptik und der Zigarette. Auch Verschmutzungen auf den Oberflächen der Rolleinrichtung können zu einer Lageveränderung und damit zu einer Abstandsänderung führen. Um dem Rechnung zu tragen sieht die Steuerung der vorliegenden Perforiervorrichtung eine Abstandsregelung mit Hilfe der in Fig. 4 dargestellten Regeleinheit 77 vor.

Die Abstandsmeßeinrichtung 71 (vgl. Fig. 2 und 4) erfaßt während des Betriebes fortwährend die Lage der Oberfläche der in der Perforationszone 38 rollenden Zigaretten 36a. Diese Ober­ fläche kann während des Betriebes verschiedene Lagen 96, 96a, 96b usw. einnehmen, was auf die o.a. Einflüsse zurückzuführen ist. Diese Lagen der Zigarettenoberfläche werden von der Abstands­ meßeinrichtung 71 erfaßt, und entsprechende Abstandsmeßwerte werden an die Abstandsregelung 77 weitergegeben, wo sie für die Abstandsregelung ausgewertet werden. Nachdem im zuvor beschrie­ benen Abstandssuchlauf der optimale Abstandswert ermittelt und als Grundeinstellung eingestellt worden ist, wird die erste Abstandsmessung mit der Abstandsmeßeinrichtung 71 zur Bildung eines Abstandssollwertes benutzt. Dazu wird die Entfernung zwi­ schen der Abstandsmeßeinrichtung 71 und der Oberfläche der Ziga­ retten gemessen, welche dem Abstand zwischen der Fokussieroptik und der Zigarettenoberfläche äquivalent ist. Der Entfernungsmeß­ wert wird in der Auswertanordnung 78 aufbereitet und als Sollwert im Sollwertspeicher 79 abgelegt. Die folgenden Entfernungsmeß­ werte der Abstandsmeßeinrichtung 71 gelangen über die Auswertanordnung 78 zur Recheneinheit 81, wo sie mit dem zuvor gewonnenen Sollwert verglichen werden. Bei Abweichungen der gemessenen Entfernungswerte von dem gespeicherten Sollwert wird ein Korrek­ tursignal erzeugt, mit dem die Antriebe der Fokussieroptiken beaufschlagt werden, um den Abstand der Fokussieroptiken von der Zigarettenoberfläche wieder mit dem ursprünglichen Abstands­ wert in Übereinstimmung zu bringen. Auf diese Weise wird die Grundeinstellung des Abstandes auch während des Betriebes und bei Veränderungen der Lage der Zigaretten konstant gehalten.

Claims (18)

1. Verfahren zum Perforieren von stabförmigen Artikeln der tabakverarbeitenden Industrie, bei dem die Artikel queraxial in eine Perforationszone gefördert werden und eine gepulste energie­ reiche Strahlung mittels einer Fokussieroptik auf einen zu per­ forierenden Abschnitt der Hülle der Artikel ausgerichtet und fokussiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einer Anfangseinstellung des Abstandes der Fokussieroptik zu den Arti­ keln nacheinander verschiedene Abstände eingestellt und die Artikel aus diesen Abständen perforiert werden, daß eine charak­ teristische Eigenschaft der aus verschiedenen Abständen perfo­ rierten Artikel gemessen und in Abhängigkeit von den Abstandswer­ ten eine Folge der gemessenen Werte dieser Eigenschaft gebildet wird, daß aus der Folge der Werte der charakteristischen Eigen­ schaft ein Extremwert ermittelt wird, daß der zu dem Extremwert der Eigenschaft gehörende Abstandswert festgestellt und daß die Fokussieroptik als Grundeinstellung auf diesen Abstandswert eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Folge der abstandsabhängig erfaßten Werte der charakteristi­ schen Eigenschaft als Extremwert ein Minimum ermittelt wird und daß die Fokussieroptik in der Grundeinstellung auf den diesem Minimum entsprechenden Abstandswert eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wertepaare aus Abstandswerten und Werten der charakteri­ stischen Eigenschaft in einem Diagramm grafisch dargestellt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der als Grundeinstellung eingestellte Abstand der Fokussieroptik zu den Artikeln konstant geregelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der als Grundeinstellung eingestellte Abstandswert der Fokussier­ optik als Vorgabewert (Sollwert) gespeichert wird, daß der tat­ sächliche Abstand zwischen der Fokussieroptik und den Artikeln in der Perforationszone während des Betriebes laufend überwacht und mit dem gespeicherten Vorgabewert verglichen wird und daß der Abstand der Fokussieroptik von den Artikeln bei Abweichun­ gen vom Vorgabewert korrigiert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Artikel mehrfacher Gebrauchslänge nacheinan­ der queraxial durch die Perforationszone gefördert und mit ge­ pulsten Energiestrahlen aus mehreren Fokussieroptiken in vorge­ gebenen Bereichen perforiert werden, daß die Werte der charakte­ ristischen Eigenschaft aller perforierten Gebrauchslängen sepa­ rat bestimmt und den betreffenden Abstandswerten der Fokussier­ optiken zugeordnet werden und daß die Grundeinstellung des Ab­ stands jeder Fokussieroptik separat ausgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Artikel zum Perforieren ihrer Hülle in der Perforationszone stationär um ihre Achse gerollt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Messung des Wertes der charakteristischen Eigenschaft und die Einstellungen des Abstands der Fokussier­ optik online bei laufender Maschine erfolgen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als charakteristische Eigenschaft der perfo­ rierten Artikel ihr Ventilationsgrad gemessen wird.

10. Vorrichtung zum Perforieren von stabförmigen Artikeln der tabakverarbeitenden Industrie mit Fördermitteln zum queraxialen Fördern aufeinanderfolgender zu perforierender Artikel in eine Perforationszone und wenigstens einem Strahlungskopf mit wenig­ stens einer Fokussieroptik zum Ausrichten und Fokussieren einer gepulsten energiereichen Strahlung auf einen zu perforierenden Bereich der Hülle der Artikel in der Perforationszone, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Fokussieroptik (56a, b) ein Antriebs­ mittel (67, 67a) zum Verändern ihres Abstands (A) zum zu perfo­ rierenden Artikel (36a) zugeordnet ist, daß das Antriebsmittel an eine Steueranordnung (72) angeschlossen ist und daß die Steu­ eranordnung Mittel (82, 83, 84, 88) zum Ermitteln eines optimalen Abstands (A) der Fokussieroptik von den Artikeln und zum Steuern des Antriebsmittels im Sinne der Einstellung des optimalen Ab­ standes als Grundeinstellung aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (87, 86, 67) zum schrittweisen Einstellen verschiedener Abstände (A) der Fokussieroptik (56a, b) vorgesehen sind, daß die Steueranordnung mit Meßmitteln (76) zum Erfassen einer cha­ rakteristischen Eigenschaft der aus dem jeweils eingestellten Abstand perforierten Artikel (36, 36a) verbunden ist, daß sie Mittel (74, 82, 84, 88) aufweist, welche aus der Folge der abstands­ abhängig erfaßten Meßwerte (V) der charakteristischen Eigenschaft der perforierten Artikel (36, 36a) einen Extremwert (92, 93, 94) ermitteln und daß die Steueranordnung Mittel (86) zum Einstel­ len des dem Extremwert der charakteristischen Eigenschaft zuge­ ordneten Abstandes als Grundeinstellung der Fokussieroptik (56a, b) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steueranordnung (72) als Mittel zum Ermitteln eines Extremwerts der charakteristischen Eigenschaft eine Selektoran­ ordnung (88) enthält, welche aus der Folge der Meßwerte (V) der charakteristischen Eigenschaft ein Minimum ermittelt und den zugehörigen Abstandswert (A) dem Antriebsmittel (67, 67a) als Sollwert des Abstands der Fokussieroptik (56a, b) von den Arti­ keln (36a) in der Perforationszone (38) vorgibt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnung (72) eine die Daten der Wertepaare für eine grafische Darstellung aufbereitende Aus­ wertanordnung (84) aufweist und daß an die Auswertanordnung ein Display (74) zur Anzeige der grafischen Darstellung angeschlos­ sen ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördermittel (23) zum queraxialen För­ dern von Artikeln (36, 36a) mehrfacher Gebrauchslänge in die Perforationszone (38) ausgelegt sind, daß auf wenigstens einen zu perforierenden Bereich (54a, b) jeder Gebrauchslänge des Ar­ tikels in der Perforationszone wenigstens eine Fokussieroptik (56a, b) ausgerichtet ist, daß jeder Fokussieroptik Antriebsmit­ tel (67, 67a) zum separaten Einstellen ihres Abstandes zu den Artikeln in der Perforationszone zugeordnet sind, daß eine Schneid­ einrichtung (24) zum Zertrennen der Artikel mehrfacher Gebrauchs­ länge in mehrere Artikel einfacher Gebrauchslänge und Meßmittel (73) zum separaten Erfassen einer charakteristischen Eigenschaft der perforierten Artikel einfacher Gebrauchslänge vorgesehen sind und daß die Steueranordnung die Antriebsmittel der Fokus­ sieroptiken zur Einstellung der jeweils optimalen Abstände unab­ hängig voneinander betätigend ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßmittel (73) zum Erfassen einer cha­ rakteristischen Eigenschaft der perforierten Artikel (36) eine stromab der Perforationszone (38) im Förderweg der Artikel ange­ ordnete, ihren Ventilationsgrad (V) bestimmende Prüfeinrichtung (29) vorgesehen ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der Perforationszone (38) eine Rollein­ richtung (23, 46) zum Rollen der Artikel (36a) um ihre Achse während des Perforationsvorgangs vorgesehen ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelanordnung (77) zum Konstanthalten des als Grundeinstellung eingestellten Abstandes (A) der Fo­ kussieroptik (56a,b) zum zu perforierenden Artikel (36a) in der Perforationszone (38) vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Abstand zwischen der Fokussieroptik (56a, b) und der Oberfläche (96, 96a, b) der zu perforierenden Artikel (36a) in der Perforationszone (38) erfassendes und entsprechende Abstands­ signale abgebendes Abstandsmeßmittel (71) vorgesehen ist, daß die Regelanordnung (77) einen den als Grundeinstellung einge­ stellten Abstandswert als Abstandssollwert enthaltenden Soll­ wertspeicher (79) aufweist, daß der Sollwertspeicher (79) und das Abstandsmeßmittel (71) mit einem Komparatormittel (81) zum Erzeugen von Korrektursignalen beim Auftreten von Abweichungen des Abstandssignals vom Abstandssollwert verbunden sind und daß das Antriebsmittel (67, 67a) die Fokussieroptik (56a, b) in Abhän­ gigkeit von den Korrektursignalen im Sinne der Konstanthaltung der Grundeinstellung des Abstandes (A) verstellt.