DE102004001327A1 - Laser perforation of continuous strip, e.g. for cigarette or coffee filters, involves a circular multiplexer feeding light guides to on-line perforating unit - Google Patents

Laser perforation of continuous strip, e.g. for cigarette or coffee filters, involves a circular multiplexer feeding light guides to on-line perforating unit Download PDF

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Abstract

Continuous strip (1) is fed to a perforating unit (69) where double lines of accurately positioned holes are produced at rates up to 2,000,000 holes/sec by laser light guided sequentially through up to 200 hollow fiber light guides (13). Laser beams (3) are split by circular multiplexers (2), e.g. rotating beam splitters, and supply light to light guides fitted round the periphery : An independent claim is also included for the equipment needed for this process involving a beam splitter using a rotating mirror or multi-facetted polygon. Focussing (20) and positioning of the beams is mechanized according to the results measured by downstream monitoring sensors (68), checking hole size and porosity.

Description

Die Erfindung beschreibt und umfasst Verfahren und Vorrichtungen zur Laserperforation in bis zu 600 m/min bewegten und bis zu 2000 mm breiten Warenbahnen, wobei die erzeugten Laserlochreihen oder Lochreihengruppen im wesentlichen parallel zur Transportrichtung der Bahn angeordnet sind.The Invention describes and includes methods and apparatus for Laser perforation moved up to 600 m / min and up to 2000 mm wide webs, wherein the generated laser rows or rows of holes arranged substantially parallel to the transport direction of the web are.

Unter bewegtem Warenbahnen sind im Zusammenhang dieser Erfindung insbesondere Papier- oder anderweitig veredelte Bahnen zu verstehen, wie z. B. Zigaretten-, Mundstückbelag- und Kaffeefilterpapiere, Filterumhüllungspapiere so genannte Plug-Wraps, Sicherheitspapiere, holografisch bedruckte, foliengepresste, beschichtete oder metallisierte Papier- oder Verpackungs- oder auch bestimmte Kunststoffbahnen wie BOPP, LDPE, HDPE, Spinvliese usw. die zumindest im Bereich der Perforationen ein gewisses Maß an Gas- oder Wasserdurchlässigkeit aufweisen.Under moving webs are in the context of this invention in particular Paper or otherwise refined tracks to understand such. B. Cigarette, mouthpiece coating and coffee filter papers, filter wrap papers called plug wraps, Security papers, holographic printed, foil pressed, coated or metallized paper or packaging or even certain Plastic sheets such as BOPP, LDPE, HDPE, spin nonwovens, etc. at least in the area of the perforations a certain degree of gas or water permeability exhibit.

Diese Materialien werden für verschiedene Weiterverarbeitungsprozesse im Format von 400–2000 mm als Großrollen, oder auch Jumbo Rollen genannt, in Längen bis zu 25.000 Metern und Rollendurchmessern bis 1500 mm ab- und aufgerollt.These Materials are for various finishing processes in the format of 400-2000 mm as big rolls, or also called Jumbo rolls, in lengths up to 25,000 meters and Roll diameters up to 1500 mm unrolled and rolled up.

Daher sind in dieser Erfindung mit Breitbahnen Materialbreiten von mindestens 200 mm, was für Mundstückbelagpapiere auf mindestens 3 Bobbienen übertragbar ist, anzusehen.Therefore are in this invention with broad webs material widths of at least 200 mm, which is for tipping paper transferable to at least 3 bobs is to look at.

Im gleichen Zusammenhang wird die Laserperforation als Offline Perforation bezeichnet, und grenzt sich damit eindeutig zur Online Laserperforation an Zigarettenherstellungs- bzw. Filteransetzmaschinen oder auch Verpackungsmaschinen ab. Die mit dem menschlichen Auge normalerweise nicht sichtbaren, oder wenn gewünscht sichtbaren, Perforationen sind mit fokussierbaren Einzellaserstrahlen sehr präzise in der Lochgröße und Lochposition erzeugbar. Aufgrund der physikalischen Bedingungen und thermischen Eigenschaften und damit verbundenen Absorptionen der vorzugsweise verwendeten Warenbahnen kommen CO2-Leistungslaser im Wellenbereich von 10.4–10.8 μm zum Einsatz.in the Similarly, the laser perforation is called offline perforation and is clearly different from the online laser perforation to cigarette manufacturing or filter attachment machines or else From packaging machines. The ones with the human eye normally not visible, or if desired Visible, perforations are very strong with focusable single laser beams precise in the hole size and hole position produced. Due to the physical conditions and thermal Properties and associated absorptions of the preferred used webs come CO2 power lasers in the wave range from 10.4 to 10.8 μm.

Hierzu lassen sich die wesentlichen Fakten und Anforderungen der Offline Laserperforation für die eingangs genannten Warenbahnen wie folgt zusammen fassen:

  • • Materialflächengewichte: 16–100 g/m2
  • • Materialbahndicken: 30–80 μm
  • • Materialbedruckungen: unterschiedlichster Art und Positionen – meist außerhalb der Perforationsbereiche
  • • Bahnbreiten: 400–2000 mm
  • • Bahngeschwindigkeiten: bis zu 600 m/min
  • • statische Porositätsmessung: Luftdurchsatzmeßsysteme, z. B. Borgwaldt oder Sodimat
  • • physikalische Messeinheit der Gasdurchlässigkeit, hier als Porosität genannt für diese Meßsysteme: Coresta Units – ml/min/cm
  • • Porositätsbereiche: 80–4000 C. U.
  • • Porositätsvariationen: < 3% bei Porositätsbereichen von > 400 C. U.
  • • Lochgrößen: 60–300 μm, als Mikro- oder Makrolöcher
  • • Lochdichten: 5–40 Löcher pro cm in Bahnlaufrichtung
  • • Lochformen: optimal rund bis leicht oval, ohne Außengrad
  • • Porosität pro Perforationsloch: 8–80 C. U.
  • • Anzahl der Laserlochreihen pro Bobienenseite und Bobiene: 2–6 auf jeder Seite – somit 4–12 für jede einzelne Bobiene
  • • minimale Abstände zwischen zwei nebeneinander liegenden Lochreihen: 1.0 mm
  • • Lochreihen- oder Lochreihengruppenabstand untereinander: 10–40 mm
  • • Anzahl der Einzellochreihen über die Bahnbreite verteilt: 8–120 und mehr
  • • Positionierung jeder Laserlochreihe über die Bahnbreite: +/–0.1 mm
  • • Lochanzahl für alle Lochreihen zusammen: 100.000–2.000.000 Löcher pro Sekunde
  • • Kinetische Energie pro erzeugtes Laserloch – je nach Materialart: 2.0–4.0 mJ
  • • Zeitfenster des Laserstrahles pro Perforationsloch: 20–50 μs
  • • CO-2 Laser 10.6 μm Wellenlänge und optische Leistungen von 500–4000 Watt
  • • CW- oder Puls-Betrieb bis 10.000 Hz, einstellbares Impuls-Pausen-Verhältnis
  • • Schwankungen der optischen Laserleistung: 2–4% max.
  • • Lasermoden: TEM00 Grundmode oder höhere Moden
  • • Strahlqualitätsfaktor: M = 0.6–1.0 mrad
  • • Energiedichten bei Fokussierungen des Hauptstrahles in Größenordnungen von 100–200 μm: 1 – 10·10E8 Watt/cm2
  • • Durchmesser des zugeführten Laserstrahles: 8–12 mm
  • • sehr präzise und gleich bleibende Materialbahnführung im Fokusbereich mit Bahnschwankungen < 100 μm
  • • Rotation von Drehspiegeln oder anderen optischen Elementen: 10.004–50.000 U/min
For this, the essential facts and requirements of the offline laser perforation for the initially mentioned webs can be summarized as follows:
  • • Stock weights: 16-100 g / m 2
  • • Material web thicknesses: 30-80 μm
  • • Material printings: various types and positions - usually outside of the perforation areas
  • • Web widths: 400-2000 mm
  • • Web speeds: up to 600 m / min
  • • static porosity measurement: air flow measuring systems, eg. B. Borgwaldt or Sodimat
  • • physical measuring unit of the gas permeability, here called porosity for these measuring systems: Coresta units - ml / min / cm
  • • Porosity ranges: 80-4000 CU
  • Porosity variations: <3% for porosity ranges of> 400 CU
  • • Hole sizes: 60-300 μm, as micro or macro holes
  • • Hole densities: 5-40 holes per cm in web direction
  • • Hole shapes: optimally round to slightly oval, without outer grade
  • • Porosity per hole: 8-80 CU
  • • Number of rows of laser holes per baton side and bobies: 2-6 on each side - thus 4-12 for each individual bobies
  • • minimum distances between two adjacent rows of holes: 1.0 mm
  • • Pitch or row spacing between each other: 10-40 mm
  • • Number of single-hole rows distributed across the web width: 8-120 and more
  • • Positioning of each laser hole row over the web width: +/- 0.1 mm
  • • Number of holes for all rows of holes together: 100,000-2,000,000 holes per second
  • • Kinetic energy per generated laser hole - depending on the material type: 2.0-4.0 mJ
  • • Time window of the laser beam per perforation hole: 20-50 μs
  • • CO-2 laser 10.6 μm wavelength and optical powers of 500-4000 watts
  • • CW or pulse operation up to 10,000 Hz, adjustable pulse-pause ratio
  • • Optical power fluctuations: 2-4% max.
  • • Laser modes: TEM00 basic mode or higher modes
  • • Beam quality factor: M = 0.6-1.0 mrad
  • • Energy densities for focusing of the main beam in the order of 100-200 μm: 1 - 10 · 10E8 Watt / cm 2
  • • Diameter of the supplied laser beam: 8-12 mm
  • • very precise and constant material web guidance in the focus area with web fluctuations <100 μm
  • • Rotation of rotating mirrors or other optical elements: 10,004-50,000 rpm

Unter diesem physikalisch-technischen Hintergrund und den hohen Produktanforderungen ist die nachstehende Erfindung der Offline Laserperforation zu sehen und sind deren vorteilhaften Lösungen erarbeitet.Under this physical-technical background and the high product requirements The following invention of the offline laser perforation can be seen and are their advantageous solutions Developed.

Der Stand der Technik für das Auslenken, Umlenken, Weiterführen und Pulsen von CO2 Laserstrahlen ist in einer Vielzahl von internationalen und nationalen Patenten beschrieben, so dass an dieser Stelle die Schutzrechte mit dem Stand der Technik angegeben werden, die unmittel- oder mittelbar mit dem Perforieren der Warenbahnen aus den o. g. Anwendungsbereichen im Zusammenhang stehen.The state of the art for deflecting, Redirecting, passing on and pulsing CO2 laser beams is described in a large number of international and national patents, so that at this point the industrial property rights are given, which are directly or indirectly related to the perforation of the webs from the above-mentioned fields of application stand.

In den Patenten DE 29.18.283 C2 , DE 195.11.393 A1 , FR 21.30.698 und US 41.18.619 sind grundlegende Verfahrensweisen und Vorrichtungen angegeben und ausführlich beschrieben, mit denen Laserstrahlen durch Drehspiegel, Polygone oder diffraktive-optische-Elemente auch DOE's genannt, in einem Winkel meist unter 90 Grad ausgelenkt und/oder verdoppelt auf durchlaufende Papierbahnen zur Perforation benutzt werden. Diese Verfahrens- und Vorrichtungstechniken sind in den Jahren danach für viele Offline Laserperforationsmaschinen, als mehrfach Bobienenperforationsanlagen mit bis zu vier gleichzeitig bearbeiteten Bobienen, Bobienenlängen bis 4000 Metern, bis zu 32 Einzelstrahlkanälen, Bahnbreiten bis zu 400 mm, Bahngeschwindigkeiten bis 600 m/min und Lochsequenzen bis zu 500.000 L/Sek. erfolgreich konvertiert worden.In the patents DE 29.18.283 C2 . DE 195.11.393 A1 . FR 21.30.698 and US 41.18.619 Basic methods and devices are specified and described in detail, with which laser beams by rotating mirrors, polygons or diffractive optical elements also called DOE's, deflected at an angle mostly below 90 degrees and / or doubled on continuous paper webs are used for perforation. These methods and device techniques are in the years thereafter for many offline laser perforating machines, as multiple Bobienenperforationsanlagen with up to four simultaneously processed Bobienen, Bobienenlängen up to 4000 meters, up to 32 Einzelstrahlkanälen, web widths up to 400 mm, web speeds up to 600 m / min and hole sequences up to 500,000 L / sec. successfully converted.

Aus den Patenten zur Online Perforation an Zigarettenherstellungs- oder Filteransetzmaschinen, z. B. der US 5.404.889 , US 5.746.229 , JP 100.34.365 A , US 6.229.115 , US 6.064.032 , US 200.100.38.068 , US 200.301.31.856 und US 200.201.580.50 sind technologisch sehr hochwertige Lösungen zur Laserstrahlum- und Auslenkung mit oszillierenden Spiegeln und speziellen, optischen Teilungselementen vertieft beschrieben. Diese beziehen sich ausschließlich auf maximal zwei Bobienen- bzw. zwei Bobienenstreifen, wobei die Laserperforation häufig durch die Mundstückbelagpapiere hindurch in den Filter eintritt, um die Nikotin- und Schadstoffanteile der unmittelbar danach hergestellten Zigaretten gesteuert abzusenken.From the patents on online perforation to cigarette manufacturing or filter tying machines, e.g. B. the US 5,404,889 . US 5,746,229 . JP 100.34.365 A . US 6,229,115 . US 6,064,032 . US 200,100,38,068 . US 200,301,31,856 and US 200,201,580.50 Technologically very high-quality solutions for laser beam deflection and deflection with oscillating mirrors and special optical graduation elements are described in detail. These relate exclusively to a maximum of two Bobienen- or two Bobienenstreifen, the laser perforation often enters through the tipping papers through the filter to lower the nicotine and pollutant levels of cigarettes produced immediately afterwards.

In weiteren Patenten der PCT WO-99/58006 und EP 0.624.424 B1 sind ebenfalls ON-LINE Laserperforationsverfahren und Vorrichtungen beschrieben, welche spezielle optische Elemente, z. B. akusto-optische Wandler, Prismenstrahlumlenkungen bei spezieller Papierbahnführung benutzen, um maximal zwei Bobienenstreifen direkt vor der Herstellung der Zigaretten zu perforieren.In further patents of PCT WO-99/58006 and EP 0,624,424 B1 Also described are ON-LINE laser perforation methods and devices which incorporate special optical elements, e.g. As acousto-optical transducers, Prismenstrahlumlenkungen with special paper web guide use to perforate a maximum of two Bobienenstreifen just before the production of cigarettes.

Ein sehr interessantes Verfahren und Vorrichtung zur OFF-LINE Laserperforation von breiten Mundstückbelagpapierenbahnen ist in der PCT WO-98/39135 und EP 0.909.606 angegeben. Hier werden mit fest um 90 Grad zur Bahnlaufrichtung ausgerichteten, mechanisch sehr aufwendigen Laserstrahlführungen bis zu 40 Einzelstrahlkanäle über die Bahnbreite generiert und mit automatisierten Bobienenwechseleinrichtungen ganze Produktionsrollen, und dies auch mit Online Porositätseinrichtungen direkt nach der Perforation angeordnet, durchgefahren und so perforationstechnisch veredelt.A very interesting method and apparatus for OFF-LINE laser perforation of wide tipping paper webs is described in PCT WO-98/39135 and US Pat EP 0909606 specified. Up to 40 individual beam channels are generated over the web width with mechanically very elaborate laser beam guides fixed at 90 degrees to the direction of web travel, and entire production rolls are arranged with automated bobbin changing devices, also with online porosity devices directly after the perforation, and thus perforation-technologically improved.

Für derartige, hoch automatisierte Breitbahnperforationsanlagen sind vergleichbare Online Porositätsmesseinrichtungen u. a. auch in der DE 102.51.610.3 beschrieben.For such highly automated Breitbahnperforationsanlagen comparable online Porositätsmesseinrichtungen including in the DE 102.51.610.3 described.

Zur weiteren Ergänzung und im direkten Zusammenhang dieser Erfindung seien auch aktuelle Publikationen wie: standardisierte und flexible Strahlführungssysteme für die Lasermaterialbearbeitung, Dieter Frank, GMS Frank Optic Products 2002; flexible Hohlwellenleiter für neue Laseranwendungen, Prof. Dr. Klaus Behler 2002; flexible hollow-Core-Waveguides for CO2-Lasers, potential and limitation as beam guiding system for material processing, Prof. Dr. Behler 2003; Silica Waveguides from Polymicro Products; high-power laser fibres, CeramOptec GmbH 2003; Lincoln Laser high-speed scanner Laser products; ein neues Slablaser-Konzept ermöglicht verbesserte Strahleigenschaften, Keming Du, EdgeWave GmbH 2003; Trumpf Laser der Weg des Laserstrahles vom Lasergerät zum Werkstück 2003; Rofin Baasel Lasertech GmbH press-release Perfolite and high-end-Perfolas, 2001–2003; Micro Laser Technology GmbH, Produkte der MLP-10 und MLP-50, angeführt.to further supplement and in the direct context of this invention are also current publications like: standardized and flexible beam guidance systems for laser material processing, Dieter Frank, GMS Frank Optic Products 2002; flexible hollow waveguide for new ones Laser applications, Prof. Dr. med. Klaus Behler 2002; flexible hollow-core waveguides for CO2 laser, potential and limitation as beam guiding system for material processing, Prof. dr. Behler 2003; Silica Waveguides from Polymicro Products; high-power laser fibers, CeramOptec GmbH 2003; Lincoln laser high-speed scanner Laser products; a new slab laser concept allows improved beam properties, Keming Du, EdgeWave GmbH 2003; Trumpf Laser the path of the laser beam from the laser device to the workpiece 2003; Rofin Baasel Lasertech GmbH press release Perfolite and high-end Perfolas, 2001-2003; Micro Laser Technology GmbH, products of the MLP-10 and MLP-50, cited.

Wie aus den angeführten Schriftenwerken zu ersehen ist, werden mit den bisherigen Verfahren und Vorrichtungen in der Regel zwei Bobienenstreifen Online perforiert sowie bei den Offline Laserperforationen bis maximal 4 Bobienen und 32 Einzelstrahlkanälen bei 90 Grad zur Bahnlaufrichtung mechanisch sehr aufwendigen, optischen Strahlführungen und Fokussierungen, um so die Positionierung jeder einzelnen Laserperforationslinie auf die durchlaufende Materialbahn zu erzielen.As from the cited Fonts can be seen are with the previous methods and devices usually perforate two bob strips online as well as with the offline laser perforations up to a maximum of 4 bobbins and 32 single beam channels at 90 degrees to the web running mechanically very complex, optical beamlines and focusing, so as to position each individual laser line of perforation to achieve the continuous material web.

Das Breitbahnperforationsverfahren aus der PCT WO-98/39135 und EP 0.909.606 erlaubt die Perforation von bis zu 20 gleichzeitig hergestellten Bobienen, wobei leicht einzusehen ist, das die Anzahl der mechanisch sehr aufwendig geführten Strahleinzelkanäle auf 40 limitiert ist.The Breitbahnperforationsverfahren from PCT WO-98/39135 and EP 0909606 allows the perforation of up to 20 simultaneously produced Bobienen, where it is easy to see that the number of mechanically very complex guided individual beam channels is limited to 40.

Zum Stand der Technik und angeführten Patentschriften zeigt eine erste Betrachtung hinsichtlich der limitierten, optischen Strahlkanäle und daraus resultierenden Laserperforationslinien pro Bobienenseite folgendes Bild;
Bei 32 Einzelstrahlkanäle und 4 gleichzeitig perforierten Bobienen sind 4 Laserlochlinien pro Bobienenseite möglich.
With respect to the prior art and the cited patents, a first consideration regarding the limited optical beam channels and the resulting laser perforation lines per bobbin side shows the following image;
With 32 single-jet channels and 4 simultaneously perforated bobbins, 4 laser-hole lines per bob-side are possible.

Für das angeführte Breitbahnperforationsverfahren mit bis zu 20 gleichzeitig verarbeiteten Bobienen und 40 optischen Einzelstrahlen ist nur eine Laserlochlinie pro Bobienenseite erzeugbar.For the mentioned Breitbahnperforationsverfahren with up to 20 simultaneously processed Bobienen and 40 optical single rays is only one Laser hole line per Bobienenseite generated.

Ein weiterer, wesentlicher Aspekt ist in der Limitierung der Lochsequenzen bei 100.000 bis ca. 400.000 Löcher pro Sekunde, der zugeführten, optischen Strahlleistung eines Laserstrahles von derzeit ca. 2000 Watt bei Offline und ca. 300 Watt bei Online Laserperforationssystemen mit hoch rotierenden Polygon- oder Drehspiegeln zu sehen, da ansonsten die Einzelenergien für jedes erzeugte Laserloch in der Materialbahn nicht mehr ausreichen. Dies lässt sich nach der angegebenen Auflistung leicht ermitteln.One Another essential aspect is the limitation of the hole sequences at 100,000 to about 400,000 holes per second, the fed, optical beam power of a laser beam of currently about 2000 Watt at Offline and approx. 300 Watt at Online Laser Perforation Systems with high rotating polygonal or rotating mirrors to see otherwise the individual energies for each generated laser hole in the web is no longer sufficient. This leaves Easily determine according to the given listing.

Dabei ist noch anzumerken, dass die Bahngeschwindigkeiten bei der Offline Laserperforation sich im Bereich bis 600 m/min und bei den Online Perforationen an den Zigarettenmaschinen bei ca. 160 m/min bewegen.there It should be noted that the web speeds in the offline Laser perforation in the range up to 600 m / min and at the online perforations move at the cigarette machines at about 160 m / min.

Des weiteren ist aus den Patentschriften, den praktischen Verfahrensweisen und von den im Markt befindlichen Laserperforationsanlagen bekannt, dass eine automatisierte und völlig selbsttätige Einstellung der Laserlinienpositionierung und Fokussierung auf die Materialbahn gänzlich unmöglich ist, weil zum einen die optischen Einzelstrahlkanäle nicht motorisch verstellbar und/oder keine geometrische Perforations- und optische Porositätserfassung nach der Perforationssektion, wie z. B. in der DE 102.51.610.3 beschrieben, vorhanden ist. Und dies bei Anlagen mit maximal 32 oder auch 40 Einzellaserlinien.Furthermore, it is known from the patents, the practical procedures and from the laser perforation systems on the market that an automated and completely automatic adjustment of the laser line positioning and focusing on the material web is completely impossible because, on the one hand, the individual optical beam channels are not motor-adjustable and / or none geometric perforation and optical porosity detection after the perforation section, such. B. in the DE 102.51.610.3 described, is present. And this for systems with a maximum of 32 or even 40 individual laser lines.

Daher ist leicht einzusehen, dass eine manuelle Einstellung der Geometrien aller Einzelstrahlkanäle außerordentlich mühevoll, zeitintensiv und im weiteren eine spätere Kontrolle während der laufenden Perforation fast gänzlich unmöglich ist, so dass Abweichungen in der Laserlinienposition wie auch in der Lochqualität einzelner Lochreihen und damit verbundener Porositätsabweichung, z. B. ausgelöst durch Verschmutzungen an den Laserköpfen, Einflüsse der Absaugluft und Verschmutzungen der Umlenkwalzen auf die Fokussierung, geringer Bahnkantenversatz und der gleichen mehr, erst zum Ende der produzierten Bobiene und zum Stillstand der Maschine erkennbar sind.Therefore is easy to see that a manual adjustment of the geometries all single jet channels extraordinarily laboriously, time-consuming and subsequently a later check during the running perforation almost entirely impossible is, so that deviations in the laser line position as well as in the hole quality individual rows of holes and associated porosity deviation, z. B. triggered by Dirt on the laser heads, influences the suction air and contamination of the guide rollers on the focusing, low web edge offset and the same more, only to the end the produced Bobiene and to the standstill of the machine recognizable are.

Auch sind in der Praxis die mit Änderungen der Lochqualitäten verbundene Porositätsabweichungen während der laufenden Perforation nicht direkt zu kompensieren, da fast ausschließlich alle Verfahren die optische Laserleistung als Strahlquelle sehr konstant halten, aber nach der Strahlaufteilung und Fokussierung keine Einwirkungsmöglichkeiten auf die Änderung der Intensität der Einzelstrahlkanäle bestehen.Also are in practice the ones with changes of Loch qualities associated porosity deviations while The current perforation can not be compensated directly, because almost exclusively all processes the optical laser power as a beam source very much Keep constant, but after beam splitting and focusing no impact possibilities the change the intensity the single beam channels consist.

Somit sind Lochqualitäts- und Perforationsprofilkontrollen und dem sich anschließenden Regelkreis zu Trendnachführungen für das Perforationssystem simultan nicht möglich, was bei dem hohem Automatisierungsgad der Produktionsanlagen äußert nachteilig ist. Dies gilt im besonderen Maße für ein automatisiertes und schnelles Rüsten und Einstellen der Perforationsköpfe über die Bahnbreite hinsichtlich der Positionierung und Anfangsporosität, wie dies u. a. zur motorischen Unter- und Obermesserpositionierung von Rollenschneidanlagen bekannt ist.Consequently are hole quality and Perforationsprofilkontrollen and the subsequent control loop to trend updates for the Perforation system simultaneously not possible, what with the high automation gad the production equipment is disadvantageous is. This applies in particular for an automated and fast setup and adjusting the perforation heads over the Web width in terms of positioning and initial porosity, as this u. a. for motorized lower and upper knife positioning of slitter winder systems is known.

Abschließend sei noch erwähnt, dass fast alle Offline Laserperforationsverfahren und im Markt erhältlich Anlagen Bobiene für Bobiene veredeln, was praktisch bedeutet, dass nach jedem Bobienenschnitt von 3000 oder 4000 Metern Länge die Maschine angehalten wird, die Bobienen ausgetauscht und dann die Maschine wieder in den Produktionsbetrieb versetzt wird.In conclusion, be yet mentioned that almost all offline laser perforation methods and systems available on the market Bobiene for Bobiene ennoble, which means in practice, that after each bobien cut of 3000 or 4000 meters in length the machine is stopped, the bobbies exchanged and then the machine is put back into production.

Dieser Start-Stopp-Betrieb reduziert nicht nur die Gesamteffizienz der Anlage sondern erzeugt durch die Beschleunigungs- und Bremsphasen auch einen nicht unerheblichen Anteil von Ausschussmaterial in der Größenordnung von 4–8%.This Start-stop operation not only reduces the overall efficiency of the Plant but generated by the acceleration and braking phases also a not inconsiderable percentage of scrap material in the Magnitude from 4-8%.

Daher ist leicht einzusehen, dass bei sehr hohen Bahngeschwindigkeiten bis zu 600 m/min und hochgerüsteten Laser- und Perforationsleistungen die Stoppphasen zum Austausch der fertigen und zur Vorbereitung der neuen Bobienen bis zu 5 Minuten betragen kann, was dazu führt, das bei 3000 Meter langen Bobienen die Stillstandzeit zwischen 30–50% betragen kann.Therefore is easy to see that at very high web speeds up to 600 m / min and upgraded Laser and perforation services the stop phases for replacement the finished and to prepare the new Bobienen be up to 5 minutes can, what causes, that with 3000 meters long Bobienen the idle time between 30-50% amounts to can.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, alle aufgezeigten Nachteile der dem Stand der Technik entsprechenden Verfahren und Vorrichtungen auszugleichen und technische neue Lösungen anzugeben, mit der eine wesentlich höhere Anzahl von Laserstrahlkanälen, und dies bis zu 120 Einzelkanälen und Bahnbreiten bis zu 2000 mm, möglich sind, die Geometrien und auch die Fokussierung aller Laserlochlinien automatisiert und mittels optischer Online Porositätsmesseinrichtung einstellbar ist.Therefore the invention has the object, all the disadvantages indicated the prior art methods and devices and to provide technical new solutions with which a much higher Number of laser beam channels, and up to 120 individual channels and web widths up to 2000 mm, possible are the geometries and also the focusing of all laser lines automated and by means of optical online porosity measuring device is adjustable.

Und im weiteren ganze Produktionsrollen ohne Zwischenstopps mit z. B. 20 Bobienen in der Bahnbreite von 1000 mm und z. B. bei 18.000 Produktionsmetern so insgesamt 120 Bobienen perforations- und porositätsgesteuert, ohne jegliches Ausschussmaterial, mit hoher Effizienz veredelt werden können.And in the other whole production roles without stops with z. B. 20 bobbins in the web width of 1000 mm and z. At 18,000 production meters so a total of 120 bobbins perforation- and porosity-controlled, without any scrap material, can be finished with high efficiency.

Hierzu sind in der nachstehenden Erfindungsbeschreibung verschiedene Konzeptionslösungen angeführt und deren Verfahrens- und Vorrichtungsdetails erläutert.For this In the following description of the invention, various design solutions are cited and explains their process and device details.

Das erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtung zur Laserperforation von breiten Warenbahnen löst die vorangestellte Aufgabe durch die Hauptmerkmale der Patentansprüche 1–21.The inventive method and device for laser perforation of wide webs triggers the precedent Task by the main features of claims 1-21.

Danach bieten sich grundsätzlich drei Lösungsmöglichkeiten an, deren erste Konzeption darauf basiert, dass ein hoch rotierendes Spiegelelement einen gepulsten oder nicht gepulsten Laserhauptstrahl in einem 360 Grad Vollwinkel auf eine hohe Zahl von optischen Eintrittskanälen mit angekoppelten Fasern umlenkt, und innerhalb eines bestimmten Zeitfensters die Laserenergie den Einzelfasern zuführt, was im Prinzip einen optischen CO2 Hochleistungslasermultiplexer darstellt.After that are basically available three possible solutions whose first conception is based on that of a highly rotating Mirror element a pulsed or non-pulsed laser main beam in a full 360 degree angle on a high number of optical entrance channels with coupled fibers and within a certain time window the laser energy feeds the individual fibers, which in principle an optical CO2 high performance laser multiplexer represents.

Die Enden aller Fasern sind mit Fokussieroptiken als Mikroperforationsköpfe versehen und können durch deren Flexibilität und Freiheitsgrad auf ideale Weise und mit den im Markt befindlichen motorischen Positionierungssystemen, wie z. B. an Rollenschneidern verwandt, in die durchlaufende Materialbahn die Laserlochlinien an beliebigen Stellen und nach Maßgabe der Perforationsraster, erzeugen.The Ends of all fibers are provided with focusing optics as microperforation heads and can by their flexibility and degree of freedom in an ideal way and with those in the market motor positioning systems, such. B. on slitter used, in the continuous material web, the laser hole lines anywhere and according to the perforation grid, produce.

Somit werden bei dieser Erfindungsvariante die in der bisherigen Technik sehr aufwendig eingesetzten, optischen Umlenkungs- und mechanisch hochwertigen Führungselemente gänzlich vermieden.Consequently are in this variant of the invention in the previous art very complex used, optical deflection and mechanical high quality guide elements completely avoided.

In der zweiten Konzeption sind im Vollkreiswinkel von 360 Grad ebenfalls eine Vielzahl von Einzelstrahlkanälen angeordnet, in deren Zentrum sich ein hoch rotierendes Spiegelelement oder spezieller Strahlteiler befindet.In the second conception are in full circle angle of 360 degrees as well a plurality of individual beam channels arranged in the center itself a highly rotating mirror element or special beam splitter located.

Deren Aufgabe besteht darin, den einfallenden, nicht gepulsten Laserhauptstrahl, oder auch vier einzelne Laserhauptstrahlen, auf die optischen Einzelkanäle über ein Zeitfenster, bestimmt durch die Zeit, wenn der Laserstrahl das jeweilige Eintrittfenster überstreicht, einzukoppeln.their The task is to use the incident, non-pulsed laser main beam, or four individual laser main beams, on the individual optical channels via a Time window, determined by the time when the laser beam the respective Entrance window sweeps over, couple.

Der oder die vier simultanen Laserleistungsstrahlen folgen dann der optisch festen Strahlführung mittels Linearführungseinheiten und motorisch verstellbaren Umlenkspiegeln und den sich in senkrechter Ebene anschließenden Fokussiereinheiten und Mikropertorationsköpfen zur Materialbahn.Of the or the four simultaneous laser power beams then follow that optically fixed beam guidance by means of Linear guide units and motorized deflecting mirrors and in vertical Level subsequent Focusing units and micropertortation heads to the material web.

Die kreisförmige Laserstrahlauffächerung ist konstruktiv so gestaltet, dass deren Gesamtdurchmesser kleiner oder auch größer ist als die Bahnbreite und die Einrichtung ober- oder unterhalb der durchlaufenden Materialbahn zur Anordnung kommt. Mit der geometrischen Verstellung der Umlenkspiegel aller Einzelstrahlkanäle gegenüber dem Zentrum der Strahlzuführung, und der dabei entstehenden Schrägverstellung gegenüber der quer durchlaufenden Materialbahn, lassen sich die Laserperforationslinien an den gewünschten Positionen erzeugen. Da sich die Strahlführungen eines jeden Einzelkanals nur in der Länge ändern, bleiben die Fokussierungs- oder Strahldivergenzeigenschaften in erster Nährung unberührt, so dass der zuvor angegebene Strahlqualitätsfaktor erhalten bleibt.The circular Laserstrahlauffächerung is structurally designed so that their overall diameter is smaller or larger as the web width and the device above or below the continuous web comes to the arrangement. With the geometric adjustment of the deflection mirror all single jet channels across from the center of the beam feed, and the resulting skew adjustment across from the transversely passing material web, the laser perforation lines can be to the desired Create positions. Because the beamlines of each single channel only change in length, stay the focusing or beam divergence properties are not affected in the first instance, so that the previously stated beam quality factor is maintained.

Und dies unter Beachtung der sehr nah und oder weiter voneinander positionierten Laserlochlinien, von z. B. 1.0 mm und 40 mm, je nach Bobienenbreite und Rasterung. Durch eine leichte Schrägstellung der Gesamtanordnung gegenüber der Materialbahn werden Überlappungen im 90 und 180 Grad Bereich der Einzelkanäle vermieden.And this taking into account the very close and or more widely positioned Laser hole lines, from z. B. 1.0 mm and 40 mm, depending on Bobienenbreite and screening. By a slight inclination of the overall arrangement across from the web will overlap avoided in the 90 and 180 degree range of the individual channels.

Erfindungsgemäß ist erkannt und durch eine Vielzahl von Untersuchungen und praktischen Tests bestätigt worden, dass nur mit einer kreisförmigen Anordnung eine hohe Zahl von optischen Einzelkanälen von z. B. 80, 120 oder mehr, möglich sind, als dies bisher mit der Polygonstrahlauffächerungs- und Wellenbogentechnik bis maximal 32 Einzelkanälen mit Strahlauslenkungen eines Laserleistungsstrahles von kleiner 90 Grad praktiziert wird.According to the invention is recognized and been confirmed by a variety of investigations and practical tests, that only with a circular arrangement a high number of single optical channels of z. B. 80, 120 or more is possible are, as yet with the Polygonstrahlauffächerungs- and Wellenbogentechnik up to a maximum of 32 single channels with Beam deflections of a laser power beam of less than 90 degrees is practiced.

Somit lassen sich z. B. bei einer Bahnbreite für Mundstückbelagpapiere von z. B. 1000 mm und 20 Einzelbobbienen, jeweils 3 Perforationslochreihen pro Bobbienenseite, also 6 Lochreihen pro Bobiene, generieren. Anzufügen ist noch, dass die Bahnbreiten der Mundstückbelagpapiere bedingt durch die Standardbreiten der Tiefdruckmaschinen fast ausnahmslos 1000 mm betragen, was bei unterschiedlichen Bobbienenbreiten dann zur unterschiedlichen Anzahl der Schneidbobbienen führt.Consequently can be z. B. at a web width for tipping paper of z. B. 1000 mm and 20 single bobbins, each 3 rows of perforations per Bobbin side, so 6 rows of holes per Bobiene generate. Add is nor that the web widths of the tipping paper caused by the standard widths of gravure printing machines almost without exception 1000 mm, which at different bob beech widths then different number of Schneidbobbienen leads.

Des weiteren ist es technologisch und produktionstechnisch ein großer Vorteil, das mit den hoch rotierenden Spiegelelementen oder dem hier verwendeten, speziellem zweifach oder vierfach Strahlteiler die kreisförmig umlaufenden Laserstrahlen mit sehr hohen optischen Leistungen betrieben werden können, was die elementare Vorrausetzung für die notwendige Laserenergie pro Perforationsloch von 2.0–4 mJ in der Materialbahn, welche selbstredend eine hohe Minimalgeschwindigkeit haben sollte, sowie auch für die Lochfolgefrequenz der einzelnen und aller Kanäle von z. B. 2.000.000 Löcher pro Sekunde zusammen ist.Of Furthermore, it is technologically and production-wise a big advantage that with the highly rotating mirror elements or the one used here, special dual or quadruple beam splitter the circular orbiting Laser beams are operated with very high optical powers can, what the elementary prerequisite for the necessary laser energy Per perforation hole of 2.0-4 mJ in the web, which of course a high minimum speed should have, as well as for the Lochfolgefrequenz the individual and all channels of z. B. 2,000,000 holes per second together.

Mit dem Einsatz des neuen Zwei- oder Vierfach-Laserleistungs-Strahlteilers für hohe Rotationsgeschwindigkeiten ist es jetzt erstmals möglich, auch die relativ hohen Umlaufstrahlsequenzen und Lochfolgen der vielzahligen, optischen Einzelkanäle mit Strahlteilern zu realisieren.With the use of the new dual or quad laser power beam splitter for high Rotation speeds, it is now possible for the first time, including the relatively high circulation jet sequences and hole sequences of the many-numbered, single optical channels to realize with beam splitters.

Darüber hinaus sind Vierfach-Laserstrahlausgänge z. T. direkt verfügbar, wie z. B. bei PRC-CO-2-Laserquellen mit jeweils 500 Watt optischer Leistung, was die Zuführung auf die erfinderische Vorrichtung mit bis zu 120 oder auch mehr optischen Einzelkanälen wesentlich erleichtert und leistungstechnisch erfüllbar macht.In addition, quadruple laser beam outputs z. T. directly available, such as. B. at PRC-CO-2 laser sources, each with 500 watts of optical power, which makes the supply to the inventive device with up to 120 or even more individual optical channels significantly easier and performance achievable.

Die dritte Konzeptionslösung ist mit einem geneigten, hoch rotierenden Polygonrad mit z. B. 6 Facetten aufgebaut, einer vierfach und nicht gepulsten Laserstrahlzuführung und damit verbundener Strahlauffächerung von jeweils 4·2·45 Grad über die zugeordneten Kreisabschnitte von z. B. 4·30 Einzelkanäle bietet eine verfahrenstechnische und technologische erstklassige Lösung zur Realisierung der eingangs genanten Basisvoraussetzungen. Durch die Neigung der Polygonfläche lassen sich z. B. vier Laserstrahlen von oben schräg einfallend zuführen, ohne dass eine Lückung in horizontaler und gleicher Ebene der optischen Einzelkanäle notwendig ist.The third conceptual solution is with an inclined, highly rotating polygon wheel with z. B. 6 facets constructed, a fourfold and non-pulsed laser beam and associated jet fan-out of 4 x 2 x 45 degrees each over the associated one Circular sections of z. B. 4 · 30 individual channels offers a technological and technological first-class solution for the realization of the aforementioned basic requirements. By the Inclination of the polygon surface can be z. B. four laser beams obliquely incident from above to feed without that a gap in horizontal and equal level of the optical single channels necessary is.

Weitere Verfahrens- und Vorrichtungsvorteile dieser Erfindung ergeben sich aus der relativ einfachen Laserstrahlführung mit konventionellen, optischen CO-2-Komponenten, der absoluten Baugleichheit aller Einzelkanäle, der kompakten Ausführung aller Umlenk- und Perforationsköpfe, deren mechanisch-motorischen Lineareinheiten sehr preiswert, z. B. in Taiwan oder auch bei Edmund Industrie Optik, zu erwerben sind.Further Process and device advantages of this invention will become apparent from the relatively simple laser beam guidance with conventional, optical CO-2 components, the absolute identity of all individual channels, the compact execution of all Deflection and perforation heads, their mechanical-motor linear units very inexpensive, z. B. in Taiwan or even at Edmund industrial optics, are to be acquired.

Des weiteren ist hervor zu heben, dass der technologische und mechanische Aufwand zur Strahlführung und Erzeugung von hoher Anzahl optischer Einzelkanäle mit dem erfinderischen, kreisförmigen Hochleistungslasermultiplexer deutlich geringer ist, als dies mit konventionellen festen Strahlführungen bei deutlich geringeren, optischen Einzelkanälen machbar wäre.Of Another is to emphasize that the technological and mechanical Effort for beam guidance and generating a high number of individual optical channels with the inventive, circular High-power laser multiplexer is significantly lower than this conventional fixed beamlines would be feasible with significantly smaller, single optical channels.

Damit sind die technologische Realisierung und der investive Aufwand für bis zu 120 oder mehr optischen Einzelkanälen und Breitbahnen bis zu 2000 mm praktisch erst machbar geworden.In order to are the technological realization and the investment effort for up to 120 or more single optical channels and wide webs up to 2000 mm practically only become feasible.

Abschließend sind noch die nicht zu unterschätzenden, produktiven Vorteile aller erfinderischen Konzeptionslösungen anzugeben, die darin begründet sind, dass nunmehr durch die eingangs genante geometrische Perforations- und optische Porositätserfassung, z. B. wie in der aktuellen DE 102.51.610.3 beschrieben, und durch deren funktionale Rückführung es möglich ist, alle vielzahligen Einzelstrahlen und Laserlochlinien quer zur Materialbahn automatisiert und exakt zu positionieren. Sowie deren Porositäten und Lochqualitäten einer jeden Lochreihe oder Lochreihengruppe zu erfassen und über die motorischen Fokussierungen der erfinderischen Vorrichtungen in bestimmten Bereichen, ohne dass sich deren Lochqualitäten verschlechtern, nachzustellen, um so auch diese wesentlichen Produktgrößen weitgehend konstant zu halten.Finally, the not to be underestimated, productive advantages of all inventive conceptual solutions are given, which are based on the fact that now by the genus geometric perforation and optical porosity detection, z. B. as in the current DE 102.51.610.3 described, and through the functional feedback, it is possible to automatically and accurately position all the many individual beams and laser hole lines across the web. As well as their porosities and hole qualities of each row of holes or row of holes to capture and on the motor focussing of the inventive devices in certain areas, without deteriorating their hole qualities, adjust, so as to keep these essential product sizes largely constant.

Nachstehend einige Berechnungen, welche beispielhaft für Mundstückbelagpapierbahnen ausgeführt sind, was eine Vergleichbarkeit mit den eingangs ausgestellten Anforderungen erlaubt. Wie aus den Ergebnissen zu ersehen ist, wird dies in vorteilhafter Weise erfüllt, was praktische Tests der ersten technologischen Industrieausführungen bestätigt haben.below some calculations, which are exemplified for tipping paper webs, what comparability with the requirements issued at the beginning allowed. As can be seen from the results, this becomes more advantageous Way fulfilled, what practical tests of the first technological industrial designs approved to have.

Gleichermaßen lassen sich weitere Berechnungsbeispiele mit anderen physikalischen Bedingungen für andere Materialbahnarten daraus ableiten.Leave in the same way further calculation examples with different physical conditions for others Derive material web types from it.

Für die Lochwiederholungsrate einer jeden Lochreihe und insgesamt für alle gilt:

  • • bei A = 20 Löcher pro cm perforierter Lochlinie und Bahngeschwindigkeiten von 120 m/min: (120 m/min/60 Sek./min)·100 cm·20 Löcher/cm = 4000 Löcher pro Sekunde pro cm – pro Einzellochreihe
  • • bei 120 Einzelkanälen: 120·4000 Löcher/Sekunde = 480.000 Löcher pro Sekunde
  • • bei B = 20 Löcher pro cm perforierter Lochlinie und Bahngeschwindigkeiten von 300 m/min: (300 m/min/60 Sek./min)·100 cm·20 Löcher/cm = 10.000 Löcher pro Sekunde pro cm – pro Einzellochreihe
  • • bei 120 Einzelkanälen: 120·10.000 Löcher/Sekunde = 1.200.000 Löcher pro Sekunde
For the hole repetition rate of each row of holes and in total for all:
  • • at A = 20 holes per cm perforated hole line and web speeds of 120 m / min: (120 m / min / 60 sec./min) .100 cm x 20 holes / cm = 4000 holes per second per cm per single hole row
  • • 120 individual channels: 120 x 4000 holes / second = 480,000 holes per second
  • At B = 20 holes per cm perforated hole line and web speeds of 300 m / min: (300 m / min / 60 sec./min) .100 cm x 20 holes / cm = 10,000 holes per second per cm per single hole row
  • • 120 individual channels: 120 · 10,000 holes / second = 1,200,000 holes per second

Zur Rotation des Strahlteiles oder geneigten Polygons gilt:
Für den Vierfachsstrahlteiler errechnet sich eine Rotation von:

  • • bei A = 4000 L/Sek/4 = 1000 U/Sek Für s Polygon mit 6 Facetten und vier Laserstrahlen:
  • • bei A = 4.000 L/Sek/6/4 = 166.66 U/Sek
  • • bei B = 10.000 L/Sek/6/4 = 416.66 U/Sek
For rotation of the beam part or inclined polygon, the following applies:
For the quadruple beam splitter, a rotation of:
  • • at A = 4000 L / s / 4 = 1000 U / s For s polygon with 6 facets and four laser beams:
  • • at A = 4,000 L / sec / 6/4 = 166.66 U / sec
  • • at B = 10,000 L / s / 6/4 = 416.66 U / s

Kalkulation der Zeitdauer und Laserenergie pro zugeführtem oder geteiltem Strahl:
Für den Vierfachsstrahlteiler errechnet sich theoretisch:

  • • bei A = 1000 U/Sek. und 120 Einzelkanälen: 1/1000 Sek./(120/4) = 33.2 μs abzüglich der Zeit für das Ein- und Austauchen des Laserstrahles in die volle optische Öffnungsweite des Eintrittkanals mit ca. 40% = ca. 20 μs
  • • bei A = 4000 Löcher/Sek. und 3.5 mJ/Loch = 4000·3.5 mJ·30 = 420 Watt Für geneigte Polygon mit 6 Facetten errechnet sich theoretisch:
  • • bei A = 1000 U/Sek. und 120 Einzelkanälen: 1/1000 Sek./(120/4/6) = 200 μs abzüglich der Zeit für das Ein- und Austauchen des Laserstrahles in die volle optische Öffnungsweite des Eintrittkanals mit ca. 40% = ca. 120 μs
  • • bei A = 4.000 Löcher/Sek. und 3.5 mJ/Loch = 4000·3.5 mJ·30 = 420 Watt pro Laserleistungsstrahl – bei 4 Strahlen = 1680 gesamte Laserleistung
  • • bei B = 10.000 Löcher/Sek. und 3.5 mJ/Loch = 10.000·3.5 mJ·30 = 1050 Watt pro Laserleistungsstrahl – bei 4 Strahlen = 4200 Watt gesamte Laserleistung
Calculation of time and laser energy per fed or split beam:
For the quad beam splitter theoretically calculated:
  • • at A = 1000 U / sec. and 120 individual channels: 1/1000 sec./(120/4) = 33.2 μs minus the time for the laser beam to enter and exit the full optical aperture of the inlet channel with approx. 40% = approx. 20 μs
  • • at A = 4000 holes / sec. and 3.5 mJ / hole = 4000 · 3.5 mJ · 30 = 420 watts For inclined polygon with 6 facets theoretically calculated:
  • • at A = 1000 U / sec. and 120 individual channels: 1/1000 sec./(120/4/6) = 200 μs minus the time for the laser beam to enter and exit the full optical aperture of the inlet channel with approx. 40% = approx. 120 μs
  • • at A = 4,000 holes / sec. and 3.5 mJ / hole = 4000 x 3.5 mJ x 30 = 420 watts per laser power beam - at 4 beams = 1680 total laser power
  • • at B = 10,000 holes / sec. and 3.5 mJ / hole = 10,000 x 3.5 mJ x 30 = 1050 watts per laser power beam - at 4 beams = 4200 watts total laser power

Wie aus den einfachen, theoretischen Berechnungsbeispielen zu ersehen ist, bewegen sich die wesentlichen physikalischen Größen in den eingangs aufgelisteten Größenordnungen, was sich in der Praxis weiter bestätigt hat.As from the simple, theoretical calculation examples is, the essential physical quantities move in the initially listed magnitudes, which has been further confirmed in practice.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten, weiterzubilden und anzugeben. Dazu ist einerseits auf die in den Patentansprüchen 1–20 beschriebenen Ausführungen, und andererseits auf die nachfolgenden Erläuterungen mehrer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen 1–15 zu verweisen.It are now different ways to advantageously design the teaching of the present invention to further educate and indicate. On the one hand on the one hand in the claims 1-20 described designs, and on the other hand to the following explanations of several embodiments to refer to the invention with reference to the drawings 1-15.

In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung und mittels der Zeichnungen werden auch im allgemein bevorzugten Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. Dies insbesondere für Materialbahnen wie Mundstückbelagpapiere wie aber auch Verpackungsbahnen jeglicher Art und Ausführung.In Connection with the explanation the preferred embodiments The invention and the drawings are also in general preferred embodiments and developments of the teaching explained. This especially for Material webs such as tipping papers as well as packaging webs of any kind and design.

Hierbei zeigen die Zeichnungen im einzelnen:in this connection show the drawings in detail:

1 schematische Draufsicht der 360 Grad-Vorrichtung mit Zuführung eines Laserhauptstrahles und rotierendem Spiegel für 80 optische Einzelkanäle und Faserauskopplung und der darunter befindlichen Materialbahn 1 schematic plan view of the 360 degree device with supply of a laser main beam and rotating mirror for 80 individual optical channels and fiber outcoupling and the underlying material web

2 schematische Seitenansicht der in 1 dargestellten, erfinderischen Vorrichtung mit Laserstrahlzuführung und Einzelfaserauskopplung 2 schematic side view of in 1 shown, inventive device with laser beam supply and single fiber decoupling

3 Seitenansicht der Faserauskopplung mit dem Perforationskopf über die Materialbahn 3 Side view of the fiber extraction with the perforation head over the material web

4 Draufsicht auf die Materialbahn mit den Laserlochreihen nach 1 4 Top view of the material web with the laser rows of holes behind 1

5 schematische Draufsicht der 360-Grad-Vorrichtung, Zuführung eines und umlaufenden Laserhauptstrahles und mit einem Strahlteiler für 80 optische Einzelkanäle, Linearführungen sowie der darunter befindlichen Materialbahn 5 schematic plan view of the 360-degree device, feeding a and orbiting laser main beam and with a beam splitter for 80 single optical channels, linear guides and the underlying material web

6 Seitenansicht der 5 mit einer Laserstrahlzuführung, des rotierenden Spiegels, Einzelstrahlumlenkung und der Strahlauskopplung auf die Materialbahn 6 Side view of the 5 with a laser beam supply, the rotating mirror, single beam deflection and the beam extraction on the material web

7 Seitenansicht der 5 mit einer Laserstrahlzuführung, und alternativ eines rotierenden Strahlteilers, der Einzelstrahlumlenkung und Strahlauskopplung auf die Materialbahn 7 Side view of the 5 with a laser beam supply, and alternatively a rotating beam splitter, the single beam deflection and beam extraction on the material web

8 schematische Draufsicht der 360-Grad-Vorrichtung, Zuführung von vier Laserhauptstrahlen und rotierenden Strahlteiler für 80 optische Einzelkanäle und Linearführungen sowie der darunter befindlichen Materialbahn 8th schematic plan view of the 360-degree device, supply of four main laser beams and rotating beam splitter for 80 individual optical channels and linear guides and the underlying material web

9 Seitenansicht der 8 mit vierfach Laserstrahlzuführung, und alternativ eines rotierenden geneigten Polygons, der Einzelstrahlumlenkung und Strahlauskopplung auf die Materialbahn 9 Side view of the 8th with quadruple laser beam supply, and alternatively a rotating inclined polygon, the single beam deflection and beam extraction on the material web

10 Draufsicht auf die Materialbahn mit den Laserlochreihen nach 8 10 Top view of the material web with the laser rows of holes behind 8th

11 Draufsicht auf die Materialbahn mit den Laserlochreihen nach 8 und Lochreihendetails 11 Top view of the material web with the laser rows of holes behind 8th and hole row details

12 Draufsicht auf die Materialbahn mit den Laserlochreihen nach 8 und weiteren Lochreihendetails 12 Top view of the material web with the laser rows of holes behind 8th and further hole row details

13 Gesamtansicht der Breitbahn-Laserperforationsmaschine 13 Overall view of the broad-web laser perforation machine

14 Seitenansicht der Breitbahn-Laserperforationsmaschine 14 Side view of the wide web laser perforation machine

15 Gesamtansicht der Faser gekoppelten Perforationssektion 15 General view of the fiber-coupled perforation section

1 zeigt die schematische Draufsicht der 360 Grad-Vorrichtung als optischer CO2 Hochleistungslasermultiplexer 2 mit dem Zuführungsrohr 3 für den Laserhauptstrahl und rotierendem Spiegel 4, welcher vom High-Speed Motor 9, wie er von verschiedenen Herstellern angeboten wird, betrieben ist. Der umlaufende Laserstrahl 5 mit Richtungsangabe 6 überstreicht zu jedem 360 Vollwinkelumlauf die 80 hier dargestellten Einzelkanäle mit deren optischen Einlassöffnung und vorgesetzter Zylinderlinse 10. Die Linsen 7 und 8, deren Angabe gleichzeitig den ersten und letzten optischen Kanal definieren, fokussieren den jeweils eintretenden Laserstrahl auf die Faserankopplung 12. Die Auskopplung erfolgen über die Fasern 13, die vorzugsweise als CO2-Hohlwellenleiter ausgebildet sind, und im internationalen Markt erhältlich sind. Unterhalb der Vorrichtung 2 ist die durchlaufende Materialbahn 1, mit der Vorschubsrichtung 14, eingezeichnet. 1 shows the schematic plan view of the 360 degree device as optical CO2 high power laser multiplexer 2 with the feed pipe 3 for the laser main beam and rotating mirror 4 , which from the high-speed engine 9 , as it is offered by different manufacturers, is operated. The revolving laser beam 5 with direction 6 For every 360 full-angle revolutions, the 80 individual channels shown here overlap their optical inlet opening and topped cylindrical lens 10 , The lenses 7 and 8th , whose specifications simultaneously define the first and last optical channel, focus the respectively entering laser beam on the fiber coupling 12 , The decoupling takes place via the fibers 13 , which are preferably designed as CO2 hollow waveguide, and are available in the international market. Below the device 2 is the continuous material web 1 , with the feed direction 14 , drawn.

Der Durchmesser und die räumliche Anordnung des optischen CO2 Multiplexers 2 ist völlig unabhängig von der Materialbahnbreite und nur bestimmt durch die geometrischen Dimensionen und optischen Elementanordnungen. In diesem Beispiel erfolgs die Anordnung direkt über die Materialbahn 1, in der 13 z. B. direkt am Laserquellenausgang.The diameter and the spatial arrangement of the optical CO2 multiplexer 2 is completely independent of the material web width and only determined by the geometric dimensions and optical element arrangements. In this example, the arrangement succeeds directly over the web 1 , in the 13 z. B. directly on the laser source output.

In Weiterführung dieser Ansicht zeigt 2 die Seitenansicht mit dem Strahlzuführungsrohr 3 und dem Laserstrahl 15. Über den festen Umlenkspiegel 16 gelangt der Hauptstrahl auf die Fokussierlinse 17, welche aufgrund der hohen Energiedichte meist wassergekühlt ist, mit der ein Strahldurchmesser von bis ca. 200 μm Durchmesser auf den hoch rotierenden Spiegel 4 projektiert, um 90 Grad umgelenkt und im Vollkreiswinkel mit Rotationsrichtung 6 auf die Zylinderlinsen 10 zur jeweiligen Fasereinkopplung 11 und 12 gelangt. Der hoch rotierende Spiegel 4 kann als Planspiegel oder als Parabolspiegel ausgebildet sein, und beinhaltet in seiner Halterung eine mechanisch präzise Ausnehmung zum Ausgleich der hohen Fliehkräfte.In continuation of this view shows 2 the side view with the beam feed tube 3 and the laser beam 15 , About the fixed deflection mirror 16 the main beam reaches the focusing lens 17 , which is usually water-cooled due to the high energy density, with a beam diameter of up to about 200 microns diameter on the high-rotating mirror 4 configured, deflected by 90 degrees and in full circle angle with direction of rotation 6 on the cylindrical lenses 10 to the respective fiber input 11 and 12 arrives. The high rotating mirror 4 can be designed as a plane mirror or as a parabolic mirror, and includes in its holder a mechanically precise recess to compensate for the high centrifugal forces.

Weitere optische Details bedürfen an dieser Stelle keiner weiteren Erläuterung, da sie in den eingangs genannten Patentschriften ausführlich erklärt sind.Further require optical details At this point, no further explanation, as in the beginning mentioned patent specifications in detail are explained.

Jede mit dem Laserstrahl 15 beaufschlagte und vorzugsweise CO-2 Hohlfaser 13, mit z. B. 50 oder 200 μm Innenkerndurchmesser, ist der Weise nach 3 ausgeführt. Danach befindet sich an deren Ende das Kollimatorsystem 19 und mit der motorisch verstellbaren Innenoptik 20 als Mikroperforationskopf, so dass eine sehr feine Fokussierung für Lochgrößen von 50–200 μm Durchmesser auf der in Richtung 14 durchlaufenden Materialbahn 1 stattfinden kann. Diese Einzeleinheiten 20 sind auch als Mikroperforationsköpfe zu bezeichnen, und werden, wie eingangs detailliert beschrieben, über die Bahnbreite in zwei Reihen verteilt, motorisch und automatisiert positioniert und erzeugen so die jeweiligen Laserlochreihen.Each with the laser beam 15 acted upon and preferably CO-2 hollow fiber 13 , with z. B. 50 or 200 microns inner core diameter, the way is 3 executed. After that is at the end of the collimator system 19 and with the motor-adjustable interior optics 20 As a microperforation head, allowing a very fine focusing for hole sizes of 50-200 μm in diameter on the towards 14 continuous material web 1 can take place. These individual units 20 are also referred to as microperforation heads, and are, as described in detail above, distributed over the web width in two rows, motorized and automated positioned and thus produce the respective laser hole rows.

Unter 4 mit Draufsicht auf die Materialbahn 1 und deren Vorschubsrichtung 14 veranschaulicht dargestellt. Zur exakten Materialbahnführung dienen die beiden Umlenkwalzen 22. Des weiteren ist anzugeben, dass die Perforationsköpfe 19, deren mechanischen Halterungen und motorischen Querverstellungen der Einfachheit hier nicht weiter dargestellt sind, da die Perforationsentstehung auf der Materialbahn 1 veranschaulicht ist. Diese können in der Y-Ebene zweireihig aufgeteilt oder auch in der Y-Ebene zweireihig versetzt angeordnet sein. Als Beispiel der in dieser Verfahrensweise und Reihenfolge erzeugten Lochreihen sind mit 23, 24, 25, 26, 27 und 28 gekennzeichnet. Die anderen, nicht weiter bezeichneten Perforationsköpfe für die Lochreihen 2428 sind mit dem unter 19 gleichwertig.Under 4 with top view of the material web 1 and their feed direction 14 illustrated illustrated. For exact web guidance serve the two guide rollers 22 , It should also be noted that the perforation heads 19 , whose mechanical mounts and motorized transverse adjustments of simplicity are not shown here, since the Perforationsentstehung on the web 1 is illustrated. These can be split in two rows in the Y plane or arranged in two rows in the Y plane. As an example of the rows of holes produced in this procedure and sequence are with 23 . 24 . 25 . 26 . 27 and 28 characterized. The other, not further designated Perforationsköpfe for the rows of holes 24 - 28 are with the under 19 equivalent.

In 5 ist die zweite, beispielhafte Konzeptionslösung manifestiert. Wieder bildet die Vollkreisanordnung 2 die Ausgangsbasis mit der darunter durchlaufenden Materialbahn 1 und deren Vorschubsrichtung 14. Mit dem vom High-Speed Motor 9 angetriebenen Drehspiegel 4 wird der Laserstrahl umgelenkt und belichtet bei jedem Umlauf alle hier dargestellten 80 Einzelkanäle. Zum Unterschied zur ersten Konzeptionslösung sind hier motorisch verstellbare Linearführungseinheiten 30 für jeden optischen Einzelkanal verwandt, mit denen durch eine Positionsverschiebung 32 und Schrägstellung 33 gegenüber der X- und Y-Achse auftritt und somit die Positionen jeder einzelnen Laserlochreihe, und dies völlig unabhängig voneinander, in bestimmten Abstandsbereichen möglich sind. Ein jeder Perforationskopf 31 ist direkt in senkrechter Richtung zur Materialbahn 1 angeordnet, was in 6 veranschaulicht ist.In 5 is the second, exemplary conceptual solution manifested. Again forms the full circle arrangement 2 the starting point with the material web passing underneath 1 and their feed direction 14 , With the high-speed engine 9 powered rotating mirror 4 The laser beam is deflected and exposed with each revolution all shown here 80 Individual channels. In contrast to the first conception solution here are motor-adjustable linear guide units 30 used for each single optical channel, with which by a position shift 32 and skew 33 occurs with respect to the X and Y axis and thus the positions of each individual laser hole row, and this completely independently, are possible in certain distance ranges. One each perforation head 31 is directly in the direction perpendicular to the material web 1 arranged what is in 6 is illustrated.

Der erste optische Kanal ist wie schon zuvor, mit 7 und der umlaufend letzte optische Kanal mit 8 gekennzeichnet. Die erzeugten Laserlochlinien unterliegen der gleichen Bezeichnung mit 2328, wobei der notwendige räumliche Versatz der einzelnen Perforationsköpfe zu eng benachbarten Laserlochreihen sich deutlich hervorhebt.The first optical channel is as before, with 7 and the circumferential last optical channel with 8th characterized. The generated laser hole lines are subject to the same name 23 - 28 , wherein the necessary spatial offset of the individual perforation heads to closely adjacent rows of laser holes is clearly highlighted.

Grundsätzlich ist die Vollkreisanordnung des Hochleistungslasermultiplexers und den Einzel- oder auch Mehrfachstrahlumlenkungen, welche in den Zeichnungsbeispielen nicht weiter angegeben sind, konstruktiv so gewählt, dass sowohl deren Gesamtdurchmesser kleiner aber auch größer sein kann, als die Materialbahnbreite. Und ober- oder unterhalb der Materialbahn angeordnet sein kann, um auf diese Weise optimale Positionsverschiebungen und Geometrien für die Laserlochreihen zu erhalten.Basically the full circle arrangement of the high power laser multiplexer and the Single or also Multiple beam redirections, which in the drawing examples not are further specified, constructively chosen so that both their overall diameter be smaller but also bigger can, as the web width. And above or below the material web can be arranged in this way optimal positional shifts and geometries for to get the laser rows of holes.

Im weiteren sind die Ausführungsmöglichkeiten des Hochleistungslaserstrahlmultiplexers auch so zu verstehen, dass es sich durch mehrfache Einzelstrahlumlenkungen, ausgehend vom Strahlablenkungszentrum und bis außerhalb der Bahnbreite, die Einzelstrahlen optisch auf die Bahnbreite wieder zurückgeführt sind, was letztlich eine direkte Parallelverschiebung in X-Richtung gegenüber der in Y-Richtung durchlaufenden Materialbahn erlaubt.in the further are the execution options also to understand that high-power laser beam multiplexer it is by multiple individual beam deflections, starting from the beam deflection center and outside the web width, the individual beams optically to the web width again are traced back which ultimately leads to a direct parallel shift in the X-direction compared to the allowed in the Y direction continuous material web.

Dies hat den großen Vorteil, dass keine langen Verschiebewege, wie dies bei der Schrägverstellung und Winkelveränderung in der X-Achse der Fall ist, ergeben, und so eine direkte Vergleichbarkeit in der Positionierung der Perforationslochreihen auf beliebigen Stellen der Materialbahn bei extrem kurzen Verschiebewegen gegeben ist, wie dies bei den bisherigen Offline Laserperforationsanlagen für schmale Bahnbreiten mit bis zu vier Bobienen praktiziert wird.This has the great advantage that no long displacement paths, as is the case with the oblique adjustment and angle change in the X-axis, and thus provides a direct comparability in the positioning of the perforation rows of holes at arbitrary locations of the material web with extremely short displacement paths , as practiced in the recent offline laser perforation systems for narrow web widths with up to four bobbins becomes.

Darüber hinaus soll noch erwähnt werden, dass die gesamte Kreiseinheit 2 der Strahlverteilung eine extrem hohe mechanische Stabilität hat und in der Präzision ausgeführt ist, wie dies von konventionellen CO2 Leistungsstrahlführungen bekannt ist.In addition, it should be mentioned that the entire circle unit 2 The beam distribution has an extremely high mechanical stability and precision, as is known from conventional CO2 power beam guides.

Im Anschluss and 5 ist deren Seitenansicht mit deren Details unter 6 veranschaulicht. In der schon mehrfach beschriebenen Weise führt der von oben zugeführte und hier nicht vor fokussierte Laserstrahl 15 die Umlaufbewegung durch den Drehspiegel 4 und High-Speed Motor 9 in Richtung 6 aus. Die Zylinderlinse 29 und die motorisch verstellbare Lineareinheit 30 mit dem Umlenkspiegel 16 führt den umlaufenden Laserstrahl 34 vertikal nach unten 35 auf die motorische Fokussieroptik 20 zu, mit der im Fokus 21 die Laserlochlinie auf die Materialbahn 1, mit Vorschubsrichtung 14, entsteht.Following and 5 is their side view with their details below 6 illustrated. In the manner already described several times leads from the top supplied and not focused here before laser beam 15 the orbital movement through the rotating mirror 4 and high-speed engine 9 in the direction 6 out. The cylindrical lens 29 and the motor-adjustable linear unit 30 with the deflection mirror 16 guides the rotating laser beam 34 vertically down 35 on the motorized focusing optics 20 to, with the in focus 21 the laser hole line on the material web 1 , with feed direction 14 , arises.

Als weitere Variante der zweiten Konzeptionslösung ist in 7 ein spezieller Strahlteiler 36 mit Strahlzuführung 15 von oben, anstelle des Drehspiegels, eingesetzt. Auch hier erfolgt der Antrieb über den High-Speed Motor 9. Dieser neue, hoch rotierende CO2-Strahlteiler 36 hat die Grundform eines Kubus mit dem Strahleintritt 38 von unten oder oben und einem zweifach oder vierfach Strahlaustritt 39 an den Seitenkanten, mit fast identischen Leistungs- und Strahlqualitätsmerkmalen. Die Ausführungsvarianten sind an dieser Stelle nicht weiter angegeben, wobei auch anstelle der Vierfachstrahlteiler Vierfachparabolspiegel möglich sind.Another variant of the second conceptual solution is in 7 a special beam splitter 36 with beam feed 15 from above, instead of the rotating mirror used. Again, the drive via the high-speed motor 9 , This new, high-rotating CO2 beam splitter 36 has the basic shape of a cube with the beam entrance 38 from below or above and a double or quadruple beam exit 39 on the side edges, with almost identical performance and beam quality features. The variants are not further specified at this point, but also quadruple parabolic mirror are possible in place of the quadruple beam splitter.

Wie in 6 erläutert, folgen die zwei oder auch vier umlaufenden Einzelstrahlen 37 den optischen Strahlungsverlauf mit der Zylinderlinse 29, motorisch 30 verschiebbaren 32 Umlenkspiegel 16 in vertikaler Richtung 35 zu jedem einzelnen Perforationskopf 31 und der adaptierten, motorischen Fokussieroptik 20. Im Fokusbereich 21 entstehen die gewünschten Laserlochreihen in der Materialbahn 1 und deren Vorschubsrichtung 14.As in 6 explained, follow the two or four circumferential single rays 37 the optical radiation pattern with the cylindrical lens 29 , motor 30 shiftable 32 deflecting 16 in the vertical direction 35 to every single perforation head 31 and the adapted motorized focusing optics 20 , In the focus area 21 arise the desired laser hole rows in the web 1 and their feed direction 14 ,

Zum besseren Verständnis der rotierenden Vierfach Strahlaufteilung nach 7 ist 8 als Draufsicht auf die gesamte Einheit 2 angegeben.For a better understanding of the rotating quadruple beam splitting after 7 is 8th as a top view of the entire unit 2 specified.

Der Strahlteiler 36 erzeugt die vier Teilstrahlen 37, 40, 41 und 42 zeitlich simultan, so dass sich die optischen Strahlengänge mit den Zylinderlinsen 29 zu jedem 360 Grad Umlauf in Richtung 6 und zeitlich um den Faktor 4 schneller gegenüber dem Drehspiegel belichten lassen. Dies hat die schon zuvor beschriebenen Vorteile hinsichtlich der gewünschten hohen Lochfolgefrequenz für jeden optischen Einzelkanal, beginnend mit 7 und endend bei 8; und die daraus resultierenden Laserlochlinien 2328. Die Materialbahn 1 wird auch hierbei in Richtung 14 transportiert. Zur Positionierung der Lineareinheiten 30 und dem Durchmesser der Gesamteinheit 2 wird auf die Ausführungen der 5 verwiesen.The beam splitter 36 generates the four partial beams 37 . 40 . 41 and 42 simultaneously, so that the optical beam paths with the cylindrical lenses 29 to every 360 degrees of circulation in the direction 6 and time by the factor 4 allow faster exposure to the rotating mirror. This has the advantages already described with regard to the desired high hole repetition frequency for each single optical channel, starting with 7 and ending at 8th ; and the resulting laser hole lines 23 - 28 , The material web 1 is also in this direction 14 transported. For positioning the linear units 30 and the diameter of the entire unit 2 will be on the remarks of the 5 directed.

Eine andere Variante zum rotierenden Drehspiegels ist in 9 als Seitenansicht zur Strahlrotation mit einem geneigten Polygonrad 43 zu sehen, welches ebenfalls vom High-Speed Motor 9 angetrieben wird.Another variant of the rotary rotating mirror is in 9 as a side view of the beam rotation with an inclined polygon wheel 43 which is also from the high-speed engine 9 is driven.

Das Polygonrad 43 hat vorzugsweise 6 Facetten mit der z. B. bei vier gleichzeitig einfallenden Laserstrahlen auch vier Strahlauslenkungen über einen Auffächerungsbereich von 4·90 Grad zum Vollwinkel und zur Versorgung aller optischen Einzelkanäle entstehen. Der schräg von oben, z. B. in einem Winkel von 30 Grad, einfallende Hauptstrahl 44 wird vorzugsweise mit einer gekühlten Linse 17 auf einen sehr kleinen Durchmesser 46 z. B. im Bereich von 50–200 μm auf das Polygonrad 43 fokussiert, und trifft im definierten Winkelbereich mit jedem Leistungsstrahl 45 die optischen Einzelkanäle mit deren Zylinderlinsen 29 am optischen Einlass. Die Strahlweiterführung innerhalb eines jeden optischen Einzelkanals erfolgt in der mehrfach beschriebenen Weise über Umlenkspiegel 16, motorischer Verstellung 30, Bewegungsrichtung 32 und 35 gelangt auf die motorische Fokussieroptik 20 und dem Perforationskopf 31. Der Strahleinfall 44 von oben oder unten in die Gesamteinheit 2 hat den gleichen schon zuvor genannten Vorteil, dass keine räumliche Aussparrungen im Vollwinkel der Einheit 2 notwendig sind.The polygon wheel 43 preferably 6 Facets with the z. B. with four simultaneously incident laser beams also four beam deflections over a fan-out range of 4 · 90 degrees to the full angle and to supply all the individual optical channels arise. The obliquely from above, z. B. at an angle of 30 degrees, incident principal ray 44 is preferably with a cooled lens 17 on a very small diameter 46 z. B. in the range of 50-200 microns on the polygon 43 focused, and hits in the defined angular range with each power beam 45 the individual optical channels with their cylindrical lenses 29 at the optical inlet. The beam transmission within each individual optical channel takes place in the manner described several times via deflection mirrors 16 , motorized adjustment 30 , Direction of movement 32 and 35 reaches the motorized focusing optics 20 and the perforation head 31 , The ray incidence 44 from above or below into the overall unit 2 has the same advantage as previously mentioned, that no spatial Aussparrungen in full angle of the unit 2 necessary.

Über den Aufflächerungsbereich von z. B. 4·90 Grad oder anderen Konstellationen zum Vollwinkel von 360 Grad zur Versorgung aller optischen Einzelkanäle sind dann optische Laserleistungen von 4·500 Watt oder auch 4·1000 Watt einsetzbar, was mit den heutigen CO2 Laserquellen problemlos realisierbar ist. Mit dieser Lösung lassen sich selbst extrem hohe Perforationsleistungen und damit verbundene Porositäten bis zu 1000 C. U. pro Lochreihengruppe, Vorschubgeschwindigkeiten der Materialbahnen bis 300 m/min Lochfrequenzen bis 2.000.000 Löcher pro Sekunde generieren.On the Aufflächerungsbereich from Z. B. 4 · 90 Degrees or other constellations to the full angle of 360 degrees Supply of all individual optical channels are then optical laser powers from 4 × 500 Watt or 4 · 1000 Watt can be used, which is no problem with today's CO2 laser sources is feasible. With this solution Even extremely high perforation performance and thus can be achieved connected porosities up to 1000 C.U per hole row group, feed rates the material webs up to 300 m / min hole frequencies up to 2,000,000 holes per Generate second.

Sich daran anschließend erklärt 10 eine andere Aufteilung der einzelnen Laserlochreihen über die Bahnbreite, wie dies schon in 4 erstmalig ausgeführt ist. Die Materialbahn 1 ist über zwei Umlenkwalzen 22 sehr präzise in Richtung 14 geführt und beinhaltet die beispielhaft vom Perforationskopf 19 generierte Laserlochreihe 23. Die von anderen in der Y-Achse jeweils versetzten Perforationsköpfe erzeugen die Laserlochreihen 24, 47, 48, 49 und 50. Dieses Ausführungsbeispiel ist z. B. auch auf Verpackungsbahnen gut übertragbar.Explained afterwards 10 another division of the individual laser rows of holes over the web width, as already in 4 first executed. The material web 1 is over two guide rollers 22 very precise in the direction 14 guided and includes the example of the perforation head 19 generated laser hole series 23 , The perforation heads staggered by others in the Y axis create the laser rows of holes 24 . 47 . 48 . 49 and 50 , This embodiment is z. B. well on packaging webs transferable.

Eine vergrößere Darstellung der Laserlochreihenanordnung auf der Materialbahn 1, wie beispielhaft für Mundstückbelagpapiere, ist in 11 angegeben. Deutlich sind hier die schon zuvor angeführten Laserlochreihen 2328 sowie im weiteren 5154 im Ausschnitt und über die Bahnbreite verteilt zu erkennen. Mit 55, 56 und 57 sind die vorgesehenen Bobbienenabschnitte gekennzeichnet. Für sich selbstredend sind die in Vorschubsrichtung 14 der Materialbahn 1 ausgeprägten Laserlochreihen und bei diesem Beispiel gewählten Zweiergruppe pro Bobienenseite.An enlarged view of the laser hole row arrangement on the material web 1 , as in playful for tipping papers, is in 11 specified. Clearly here are the previously mentioned laser hole series 23 - 28 as well as further 51 - 54 to recognize in the cut and distributed over the web width. With 55 . 56 and 57 the designated Bobbie sections are marked. Of course, these are in the feed direction 14 the material web 1 pronounced rows of laser holes and in this example selected groups of two per buffy side.

In der weiteren Vergrößerung der 12 findet sich diese Anordnung wieder, wobei zusätzlich noch Goldstreifen 61 und die späteren Schnittkanten 62 einer jeden Einzelbobbiene, im Ausschnitt mit 55 und 56 benannt, sich widerspiegeln. Zur Veranschaulichung der Lochdurchmesser im Bereich von 50–200 μm sind diese symbolhaft mit 59 und deren Abstände der Einzellöcher einer jeden Lochreihe in Vorschubrichtung 14 angegeben.In the further enlargement of the 12 This arrangement is found again, with additional gold strips 61 and the later cut edges 62 every single bobbie, in clipping with 55 and 56 named, reflected. To illustrate the hole diameter in the range of 50-200 microns they are symbolic with 59 and their distances of the individual holes of each row of holes in the feed direction 14 specified.

Mit den drei abschließenden Zeichnungen der 1315 soll ein Gesamtüberblick und praktische Ausführungsbeispiele zur erfinderischen Breitbahnlaserperforationsanlage und deren neuen Komponenten vermittelt werden.With the three final drawings of the 13 - 15 should be an overall view and practical embodiments of the inventive Breitbahnlaserperforationsanlage and their new components are taught.

Danach zeigt 13 die Gesamtansicht der Breitbahnlaserperforationsanlage mit der Abrollung 63, mittig eingefügten Perforationssektion 69, der sich anschließenden optischen Online Porositätsmesseinrichtung 68 und der Aufrollung 64. Die Materialbahn 1 rollt sich wie angegeben, in Richtung 14 ab. Die gemeinsame Laserquelle 66 führt in diesem Beispiel zwei Hauptlaserstrahlen 3 zu den beiden Einheiten der optischen Multiplexer 2, welche auch hier beispielhaft und aus Strahlführungsgründen nicht über die Materialbahn 1 sondern direkt nach der Laserquelle 66 positioniert sind. Alle Einzelfasern 13 sind auf einfach zu installierende Weise zu den motorisch positionierbaren Fokussieroptiken 20 geführt.After that shows 13 the overall view of the wide web laser perforation system with the unwinding 63 , centrally inserted perforation section 69 , the subsequent optical online porosity measuring device 68 and the reeling 64 , The material web 1 rolls as indicated, in direction 14 from. The common laser source 66 leads in this example two main laser beams 3 to the two units of the optical multiplexer 2 , which also here for example and for beam guiding reasons not on the material web 1 but directly after the laser source 66 are positioned. All individual fibers 13 are easy to install way to the motorized focusing optics 20 guided.

Der räumliche Abstand zwischen beiden optischen Multiplexereinheiten 2 und der Perforationssektion kann bis zu 5 Metern betragen, wie dies z. B. von industriellen CO2 Leistungslaseranlagen zum Schweißen, Fügen, Trennen, Veredeln und anderer Materialbearbeitungen bekannt ist, was die weiteren Vorteile, insbesondere auch die der hohen Flexibilität und Integration der Laserstrahlfasern auf beiden Querbalken der Perforationssektion, der erfinderischen Ausführungen nochmals unterstreicht.The spatial distance between both optical multiplexer units 2 and the perforation section can be up to 5 meters, as z. B. of industrial CO2 power laser systems for welding, joining, cutting, finishing and other material processing is known, which again underlines the other advantages, especially the high flexibility and integration of the laser beam fibers on both crossbars of the perforation section of the inventive versions.

14 vermittelt einen Eindruck der gesamten Breitbahnlaserperforationsmaschine in der Seitenansicht. Deutlich sind hierbei die beiden Umlenkwalzen 22 und die automatisiert positionierbaren Fokussieroptiken 20 zu erkennen. 14 gives an impression of the entire Breitbahnlaserperforationsmaschine in the side view. Clearly here are the two guide rollers 22 and the automatically positionable focusing optics 20 to recognize.

Einen weiteren Ausschnitt zeigt die abschließende 15 die gesamte Perforationssektion 69 mit der Richtung 14 zum Materialbahneinlauf 1. In dieser Ansicht sind die beiden Querbalken mit Aufnahme der einzelnen Perforationsköpfe 31, deren Faserzuführung 13 und die beiden motorischen Positioniersysteme vergrößert dargestellt. Alle weiteren Details bedürfen keiner weiteren Erläuterung.Another section shows the final 15 the entire perforation section 69 with the direction 14 to material web inlet 1 , In this view are the two crossbeams with recording of the individual perforation heads 31 , their fiber feed 13 and the two motorized positioning shown enlarged. All further details need no further explanation.

Grundsätzlich ist noch anzufügen, dass bei allen drei hier beispielhaft beschriebenen Lösungsvarianten die zugeführten Laserleistungsstrahlen im Dauerbetrieb, also nicht gepulst, aber auch zeitlich und in Abhängigkeit von den Rotationen der Strahlumlenkungs- oder Strahlteilungskomponenten und Strahlpositionen vor den Einlassöffnungen der Einzelkanäle getriggert, gepulst werden können.Basically still to add that in all three variants of solutions described here by way of example the supplied Laser power beams in continuous operation, so not pulsed, but also in time and in dependence from the rotations of the beam redirecting or beam splitting components and beam positions triggered in front of the inlet ports of the individual channels, can be pulsed.

Zum Abschluss sei hervorgehoben, daß die erfinderische Lehre durch die vielen Ausführungsbeispiele lediglich erläutert, jedoch keinesfalls eingeschränkt ist. Vielmehr lässt die erfindungsgemäße Lehre auch weitere Verfahrensschritte und Vorrichtungsvarianten zur Laserperforation von breiten Warenbahnen zu, die andere bzw. weitere konstruktive Merkmale aufweisen.To the Conclusion is emphasized that the inventive Teaching through the many embodiments merely explained but not restricted is. Rather lets the teaching of the invention also further process steps and device variants for laser perforation from wide webs, the other or more constructive features exhibit.

Claims (21)

Verfahren zur Laserperforation von breiten Warenbahnen (1), wie z. B. für Zigaretten, Mundstückbelag- oder Kaffeefilterpapiere, Filterumhüllungspapiere so genannte Plug-Wraps, Sicherheitspapiere, holografisch bedruckte, foliengepresste, beschichtete oder metallisierte Papier- oder Verpackungs- oder auch bestimmte Kunststoffbahnen wie BOPP, LDPE, HDPE oder Spinvliese mit sichtbaren oder unsichtbaren Laserstrahlen, deren Lochreihen (23) im wesentlichen parallel zur Transportrichtung (14) der Bahn (1) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine zwischen 90 bis 360 Grad ausgebildete Umlaufbewegung eines oder mehrer Hochleistungslaserstrahlen (5) alle im Außenkreis des optischen Hochleistungslasermultiplexers umlaufend befindlichen, optischen Einzelkanäle (7, 8) mit der zugeführten, vollen Laserstrahlleistung über ein bestimmtes und für alle Einzelkanäle gleiches Zeitfenster versorgt und damit eine hohe Anzahl von optischen Einzelkanälen (7, 8) mit gleicher optischer Leistung und ohne Verluste der Strahlqualität verfügbar sind.Method for laser perforation of wide webs ( 1 ), such. For cigarettes, tipping or coffee filter papers, filter wrapping papers, so-called plug-wraps, security papers, holographically printed, film-pressed, coated or metallised paper or packaging or also certain plastic webs such as BOPP, LDPE, HDPE or spin nonwovens with visible or invisible laser beams, their rows of holes ( 23 ) substantially parallel to the transport direction ( 14 ) the train ( 1 ) are formed, characterized in that by a trained between 90 to 360 degrees orbital motion of one or more high-power laser beams ( 5 ) all in the outer circle of the optical high-power laser multiplexer circumferentially located optical single channels ( 7 . 8th ) supplied with the supplied, full laser beam power over a specific and the same time window for all individual channels and thus a large number of individual optical channels ( 7 . 8th ) are available with the same optical power and without beam quality losses. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein leistungsstarker Laserstrahl (3) im Wellenlängenbereich von 10.4–10.8 μm zentrisch von oben oder unten in ein schnell rotierendes, kubisches Strahlteilerelement (36) eintritt, und an zwei oder vier Seitenflächen zeitlich simultan und in annähernd gleicher Leistungsteilung, die Teilstrahlen (37, 40, 41, 42, 43) ohne nennenswerte Verluste der Divergenz oder Strahlqualität, austreten.A method according to claim 1, characterized in that a powerful laser beam ( 3 ) in the wavelength range of 10.4-10.8 microns centric from the top or bottom in a fast rotating, cubic beam splitter element ( 36 ) occurs, and at two or four side surfaces temporally simultaneously and in approximately the same power division, the partial beams ( 37 . 40 . 41 . 42 . 43 ) without significant losses of divergence or beam quality. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlich simultan aus dem Strahlteiler (36) austretenden Teilstrahlen durch Rotation im 360 Grad Vollwinkel die umlaufend befindlichen optischen Einzelkanäle (7, 8) in der Anzahl von 2–200 sequenziell versorgen.A method according to claim 1 and 2, characterized in that the temporally simultaneously from the beam splitter ( 36 ) exiting partial beams by rotation in 360 degrees full angle the circumferential optical single channels ( 7 . 8th ) in the number of 2 to 200 sequentially. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der speziellen Strahlteiler (36) auch Drehspiegel (4), Einfach- oder auch Vierfachparabolspiegel die Strahlumlenk- und Rotationsbewegung im Vollkreis von 360 Grad ausführen.A method according to claim 1, characterized in that instead of the special beam splitter ( 36 ) also rotating mirror ( 4 ), Single or quadruple parabolic mirror perform the Strahlumlenk- and rotational movement in the full circle of 360 degrees. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zur Strahlumlenk- und Rotationsbewegung geneigte Polygone (43) einsetzbar sind, deren Neigungsgrad und Facettenanordnung so gewählt ist, dass bis zu vier gleichzeitige Laserstrahlzuführungen (37, 40, 41, 42) möglich sind, und diese ausgelenkt jeweils vier Kreisabschnitte von 90 Grad mit den umlaufend befindlichen, optischen Einzelkanälen (7, 8) bedienen.Method according to claim 1, characterized in that polygons inclined to the beam deflection and rotational movement ( 43 ), whose degree of inclination and facet arrangement is selected such that up to four simultaneous laser beam feeds ( 37 . 40 . 41 . 42 ) are possible, and this deflected in each case four circular sections of 90 degrees with the circumferential, individual optical channels ( 7 . 8th ) serve. Verfahren nach Anspruch 1 oder mehrer der Ansprüche 2–5 dadurch gekennzeichnet, dass mit der Vollkreisanordnung (2) und direkten Positionierung ober- oder unterhalb der Materialbahn (1) mit den vielzahligen, sternförmig aufgebauten und motorisch betriebenen Lineareinheiten (30) und angebauten Umlenkspiegeln (16) bei deren Zu- und Wegbewegung zum Zentrum eine Schrägverstellung (33) parallel zur Transportrichtung (14) entsteht, mit der sich die Laserlochreihen (2328) in bestimmten Bereichen über die Bahnbreite positionieren lassen.Method according to claim 1 or more of claims 2-5, characterized in that with the full circle arrangement ( 2 ) and direct positioning above or below the material web ( 1 ) with the many star-shaped and motor-driven linear units ( 30 ) and attached deflecting mirrors ( 16 ) in their movement towards and away from the center an oblique adjustment ( 33 ) parallel to the transport direction ( 14 ) arises, with which the laser rows of holes ( 23 - 28 ) can be positioned over the web width in certain areas. Verfahren nach Anspruch 1 oder mehrer der Ansprüche 2–6 dadurch gekennzeichnet, dass durch eine zweireihige Aufteilung und Zuordnung der Einzelkanäle (7,8) sowohl bei den sternförmigen Lineareinheiten (30) wie auch bei der Faserverwendung (13) eng benachbarte Laserlochreihenpositionierungen (2328) möglich sind.Method according to claim 1 or more of claims 2-6, characterized in that by a double-row division and assignment of the individual channels ( 7 . 8th ) both in the star-shaped linear units ( 30 ) as well as in the fiber use ( 13 ) closely adjacent laser hole row positioning ( 23 - 28 ) possible are. Verfahren nach Anspruch 1 oder mehrer der Ansprüche 2–7 dadurch gekennzeichnet, dass alle optischen Einzelkanäle (7, 8) eine motorische Fokussierung (20) zur Materialbahn verwenden, um so die Lochgrößen (59) und Porositäten optimal und automatisiert einzustellen.Method according to claim 1 or more of claims 2-7, characterized in that all individual optical channels ( 7 . 8th ) a motor focusing ( 20 ) to the web so as to increase the hole sizes ( 59 ) and adjust porosities optimally and automatically. Verfahren nach Anspruch 1 oder mehrer der Ansprüche 2–8 dadurch gekennzeichnet, dass Hohlfasern (13) anstelle von festen Strahlführungen den Laserleistungsstrahl am optischen Multiplexer (2) aufnehmen, diesen flexibel der Perforationssektion (69) zuführen, dort motorisch positionierbar ist und im weiteren jeder Einzelkanal (7,8) am Ende der Hohlfaser eine motorische Kollimator- (19) und Fukussiereinheit (20) zur Materialbahn (1) besitzt.Method according to claim 1 or more of claims 2-8, characterized in that hollow fibers ( 13 ) instead of fixed beam guides the laser power beam at the optical multiplexer ( 2 ), this flexible the perforation section ( 69 ), where it can be positioned motor-driven and in the following each individual channel ( 7 . 8th ) at the end of the hollow fiber a motor collimator ( 19 ) and Fukussiereinheit ( 20 ) to the material web ( 1 ) owns. Verfahren nach Anspruch 1 oder mehrer der Ansprüche 2–9 dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlfokussierung vor dem hoch rotierenden Drehspiegel (4), Parabolspiegel oder geneigten Polygonrad (43) Durchmesserbereiche von 50–500 μm vorgesehen ist.A method according to claim 1 or more of claims 2-9, characterized in that a beam focusing in front of the high-rotation rotating mirror ( 4 ), Parabolic mirror or inclined polygon wheel ( 43 ) Diameter ranges of 50-500 microns is provided. Verfahren nach Anspruch 1 oder mehrer der Ansprüche 2–10 dadurch gekennzeichnet, dass durch mehrere, vom Strahlteiler simultan umlaufende Laserteilstrahlen (37, 40, 41, 42) oder direkt zugeführte Hauptstrahlen über das Polygon mit hoher optischer Leistung im Bereich von 500–2000 Watt und bis zu 200 optische Einzelkanäle (7, 8) bedienen können, Lochsequenzen bis 2.000.000 Löcher pro Sekunde erzeugen und gleichzeitig die geforderten Einzelenergien pro Perforationsloch (58) in Bereich von 1.5–4.0 mJ sicherstellen.Method according to claim 1 or more of claims 2-10, characterized in that a plurality of laser partial beams (BIR) circulating simultaneously from the beam splitter ( 37 . 40 . 41 . 42 ) or directly applied main beams through the polygon with high optical power in the range of 500-2000 watts and up to 200 optical single channels ( 7 . 8th ), create hole sequences up to 2,000,000 holes per second and at the same time the required individual energies per perforation hole ( 58 ) in the range of 1.5-4.0 mJ. Verfahren nach Anspruch 1 oder mehrer der Ansprüche 2–11 dadurch gekennzeichnet, dass die Lochsequenzen eines jeden optischen Einzelkanals (7, 8) durch die Rotationsdrehzahl des Strahlumlenk- oder Strahlteilungselements sowie von der Anzahl der Leistungsteilstrahlen (37, 40, 41, 42) bestimmt sind.Method according to claim 1 or more of claims 2-11, characterized in that the hole sequences of each individual optical channel ( 7 . 8th ) by the rotational speed of the Strahlumlenk- or beam splitter element and the number of power sub-beams ( 37 . 40 . 41 . 42 ) are determined. Verfahren nach Anspruch 1 oder mehrer der Ansprüche 2–12 dadurch gekennzeichnet, dass die zugeführten Laserleistungsstrahlen im Dauerbetrieb, also nicht gepulst, aber auch zeitlich und in Abhängigkeit von den Rotationen der Strahlumlenkungs- oder Strahlteilungskomponenten und Strahlpositionen vor den Einlassöffnungen der Einzelkanäle getriggert, gepulst werden können.A method according to claim 1 or more of claims 2-12 herein characterized in that the supplied Laser power beams in continuous operation, so not pulsed, but also in time and in dependence from the rotations of the beam redirecting or beam splitting components and beam positions triggered in front of the inlet ports of the individual channels, can be pulsed. Verfahren nach Anspruch 1 oder mehrer der Ansprüche 2–13 dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Multisensoreinheit (68) sich in Transportrichtung (14) direkt hinter der Perforationssektion (69) befindet und deren Messwerte für die Lochreihenpositionen, Lochqualitäten und Porositäten einer jeden Lochreihengruppe auf das Laserperforationssystem und deren Einzelkanäle (7,8) zurück geführt sind, um so auftretenden Änderungen automatisiert zu kompensieren.Method according to claim 1 or more of claims 2-13, characterized in that an optical multi-sensor unit ( 68 ) in the transport direction ( 14 ) directly behind the perforation section ( 69 ) and their measured values for the hole row positions, hole qualities and porosities of each hole row group on the laser perforation system and their individual channels ( 7 . 8th ) to automatically compensate for such changes occurring. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder mehrer der Ansprüche 2–14 die mit einem oder mehrer Laser und einem rotierenden, optischen Ablenkelement, einen oder mehrere vom Laser emittierten Laserstrahlen periodisch ablenkt und so auf eine Mehrzahl von Einzelstrahlkanälen zur Erzeugung von Perforationslöchern auf die Oberfläche des flachen Bahnmateriales leitet, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Strahlkanal ein Strahleintrittselement zugeordnet ist, wobei die Strahleintrittselemente in einer Vollkreisanordnung um das optische Ablenkelement herum positioniert sind.Apparatus for carrying out the method according to claim 1 or more of the claims 2-14 the with one or more lasers and a rotating optical deflector, one or more laser beams emitted by the laser periodically deflects and so on a plurality of individual beam channels for Generation of perforation holes on the surface of the flat sheet material, characterized in that each beam channel is assigned a beam entry element, wherein the beam entry elements in a full circle around the optical Deflection element are positioned around. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder mehrer der Ansprüche 2–15 dadurch gekennzeichnet, dass sich im Zentrum einer kreisförmigen, optischen Hochleistungslasermultiplexereinheit (2) ein hoch rotierendes Strahlumlenkungs- oder Strahlteilungselement befindet, was im Vollwinkel von 360 Grad oder in Kreisabschnitten von 4·90 Grad oder anderen Aufteilungen zeitlich simultan die im Außenkreis befindlichen optischen Einzelkanäle (7, 8) bedient.Device for carrying out the method according to claim 1 or more of claims 2-15, characterized in that in the center of a circular optical high-power laser multiplexer unit ( 2 ) is a high-rotating Strahlumlenkungs- or beam splitter element, which in the full angle of 360 degrees or in circular sections of 4 · 90 degrees or other divisions simultaneously temporally located in the outer circle single optical channels ( 7 . 8th ) served. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder mehrer der Ansprüche 2–15 dadurch gekennzeichnet, dass für die Strahlumlenkung und Rotation Drehspiegel, Einfach oder Mehrfachparabolspiegel (4) oder geneigte Polygone (45) mit 4–40 Facetten verwandt werden.Device for carrying out the method according to claim 1 or more of claims 2-15, characterized in that for the beam deflection and rotation rotating mirror, single or multiple parabolic mirror ( 4 ) or inclined polygons ( 45 ) are used with 4-40 facets. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder mehrer der Ansprüche 2–15 dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung der Einzelleistungsstrahlen von schräg oben oder unten erfolgen, so dass sich keine Lückung zwischen der Außenkreisanordnung der optischen Einzelkanäle (7, 8) ergibt.Device for carrying out the method according to claim 1 or more of claims 2-15, characterized in that the supply of the individual power beams take place obliquely from above or below, so that there is no gap between the outer circle arrangement of the individual optical channels ( 7 . 8th ). Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder mehrer der Ansprüche der 2–15 dadurch gekennzeichnet, dass mit motorisch betriebenen Lineareinheiten (30) der vom Zentrum aus rotierenden Laserstrahl (37) mit einem oder mehrer Umlenkspiegeln (4) oder Strahlteiler (36) bzw. Polygonrad (45) und deren Leistungsstrahlen (37, 40, 41, 42) der durchlaufenden Materialbahn (1) zuführt wird, und durch deren Zu- und Wegbewegung (32) vom Zentrum ein Schrägversatz (33) entsteht, der eine beliebige Laserlochreihenpositionierung über die Bahnbreite ermöglicht.Apparatus for carrying out the method according to claim 1 or more of claims 2-15, characterized in that with motor-operated linear units ( 30 ) the laser beam rotating from the center ( 37 ) with one or more deflecting mirrors ( 4 ) or beam splitter ( 36 ) or polygon wheel ( 45 ) and their power beams ( 37 . 40 . 41 . 42 ) of the continuous material web ( 1 ), and by their movement ( 32 ) from the center an oblique offset ( 33 ) is created, which allows any laser hole row positioning over the web width. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder mehrer der Ansprüche 2–15 dadurch gekennzeichnet, dass am Ende eines jeden optischen Einzelkanals (7, 8) eine Kollimator- (19) und motorische Fokussieroptik (20) aufgesetzt ist, mit der die Lochgrößen (59) von z. B. 50–200 μm Durchmesser und die Porosität bei laufender Materialbahn (1) optimiert sind.Device for carrying out the method according to claim 1 or more of claims 2-15, characterized in that at the end of each individual optical channel ( 7 . 8th ) a collimator ( 19 ) and motorized focusing optics ( 20 ), with which the hole sizes ( 59 ) from Z. B. 50-200 microns in diameter and the porosity in running web ( 1 ) are optimized. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder mehrer der Ansprüche 2–15 dadurch gekennzeichnet, dass die kreisförmige optische Hochleistungslasermultiplexereinheit (2) mit den Lineareinheiten (30) im Durchmesser kleiner oder größer als die Materialbahnbreite ist und keine Lückung zur Strahlzuführung im Außenkreis aufweist.Apparatus for carrying out the method according to claim 1 or more of claims 2-15, characterized in that the circular optical high-power laser multiplexer unit ( 2 ) with the linear units ( 30 ) is smaller or larger in diameter than the web width and has no gap to the beam feed in the outer circle.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014169313A1 (en) 2013-04-19 2014-10-23 Tannpapier Gmbh Plasma perforation
DE102015001150A1 (en) 2015-01-30 2015-07-02 Daimler Ag Method for producing a component and component
AT515408A4 (en) * 2014-04-03 2015-09-15 Tannpapier Gmbh Diffusion-optimized tipping paper

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4118619A (en) * 1977-08-02 1978-10-03 R. J. Reynolds Tobacco Company Rotary beam chopper and scanning system
DE2918283C2 (en) * 1979-05-07 1983-04-21 Carl Baasel, Lasertechnik KG, 8000 München Device for substrate treatment with a rotating mirror or the like.
DE3742553A1 (en) * 1986-12-22 1988-06-30 Gen Electric LIGHT, ESPECIALLY LASER BEAM DIRECTING DEVICE AND METHOD, AND LASER WORKPLACE SYSTEM
US5404889A (en) * 1991-09-25 1995-04-11 G.D Societa' Per Azioni Device for perforating cigarette wrapping material by means of at least one laser beam
DE19511393A1 (en) * 1995-03-28 1996-10-02 Baasel Carl Lasertech Device for treating substrates, in particular for perforating paper
EP0624424B1 (en) * 1991-11-21 1997-02-12 Japan Tobacco Inc. Apparatus for boring perforations in a web sheet
JPH1034365A (en) * 1996-07-26 1998-02-10 Seiko Epson Corp Laser micro-perforation method and device therefor
US5746229A (en) * 1995-08-24 1998-05-05 G.D Societa' Per Azioni Perforating unit for producing ventilated cigarettes
WO1998039135A1 (en) * 1997-03-05 1998-09-11 Japan Tobacco Inc. Hole making device for web material
WO1999058006A1 (en) * 1998-05-14 1999-11-18 Molins Plc Cigarette manufacture
US6064032A (en) * 1997-05-30 2000-05-16 Hauni Maschinenbau Ag Apparatus in a filter tipping machine for manipulating a web
US20010038368A1 (en) * 2000-05-08 2001-11-08 Fujitsu Limited, Kawasaki, Japan Display data conversion apparatus and led head using the apparatus
US20020158050A1 (en) * 2001-04-30 2002-10-31 Helmut Voss Device for perforating rod-shaped articles, particularly in the tobacco-processing industry
US20030131865A1 (en) * 2002-01-17 2003-07-17 Richmond David J. Rotatable hair brush
DE10251610A1 (en) * 2002-11-06 2004-05-27 Werner Grosse Simultaneous optical porosity measurement and detection of perforations in continuous material webs, especially paper webs, using powerful illumination sources which are moved transversely over the web

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4118619A (en) * 1977-08-02 1978-10-03 R. J. Reynolds Tobacco Company Rotary beam chopper and scanning system
DE2828754A1 (en) * 1977-08-02 1979-02-15 Reynolds Tobacco Co R ROTATING, OPTICAL CHOPPING DEVICE AND USE THEREOF
DE2918283C2 (en) * 1979-05-07 1983-04-21 Carl Baasel, Lasertechnik KG, 8000 München Device for substrate treatment with a rotating mirror or the like.
DE3742553A1 (en) * 1986-12-22 1988-06-30 Gen Electric LIGHT, ESPECIALLY LASER BEAM DIRECTING DEVICE AND METHOD, AND LASER WORKPLACE SYSTEM
US5404889A (en) * 1991-09-25 1995-04-11 G.D Societa' Per Azioni Device for perforating cigarette wrapping material by means of at least one laser beam
EP0624424B1 (en) * 1991-11-21 1997-02-12 Japan Tobacco Inc. Apparatus for boring perforations in a web sheet
DE19511393A1 (en) * 1995-03-28 1996-10-02 Baasel Carl Lasertech Device for treating substrates, in particular for perforating paper
US5746229A (en) * 1995-08-24 1998-05-05 G.D Societa' Per Azioni Perforating unit for producing ventilated cigarettes
JPH1034365A (en) * 1996-07-26 1998-02-10 Seiko Epson Corp Laser micro-perforation method and device therefor
WO1998039135A1 (en) * 1997-03-05 1998-09-11 Japan Tobacco Inc. Hole making device for web material
EP0909606A1 (en) * 1997-03-05 1999-04-21 Japan Tobacco Inc. Hole making device for web material
US6064032A (en) * 1997-05-30 2000-05-16 Hauni Maschinenbau Ag Apparatus in a filter tipping machine for manipulating a web
US6229115B1 (en) * 1997-05-30 2001-05-08 Hauni Maschinenbau Ag Method of and apparatus in a filter tipping machine for manipulating in a web
WO1999058006A1 (en) * 1998-05-14 1999-11-18 Molins Plc Cigarette manufacture
US20010038368A1 (en) * 2000-05-08 2001-11-08 Fujitsu Limited, Kawasaki, Japan Display data conversion apparatus and led head using the apparatus
US20020158050A1 (en) * 2001-04-30 2002-10-31 Helmut Voss Device for perforating rod-shaped articles, particularly in the tobacco-processing industry
US20030131865A1 (en) * 2002-01-17 2003-07-17 Richmond David J. Rotatable hair brush
DE10251610A1 (en) * 2002-11-06 2004-05-27 Werner Grosse Simultaneous optical porosity measurement and detection of perforations in continuous material webs, especially paper webs, using powerful illumination sources which are moved transversely over the web

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014169313A1 (en) 2013-04-19 2014-10-23 Tannpapier Gmbh Plasma perforation
US9622509B2 (en) 2013-04-19 2017-04-18 Tannpapier Gmbh Plasma perforation
AT515408A4 (en) * 2014-04-03 2015-09-15 Tannpapier Gmbh Diffusion-optimized tipping paper
AT515408B1 (en) * 2014-04-03 2015-09-15 Tannpapier Gmbh Diffusion-optimized tipping paper
US11653694B2 (en) 2014-04-03 2023-05-23 Tannpapier Gmbh Method for manufacturing mouthpiece lining paper
DE102015001150A1 (en) 2015-01-30 2015-07-02 Daimler Ag Method for producing a component and component

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