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
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Abstract
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
- • 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
Aus
den Patenten zur Online Perforation an Zigarettenherstellungs- oder
Filteransetzmaschinen, z. B. der
In
weiteren Patenten der PCT WO-99/58006 und
Ein
sehr interessantes Verfahren und Vorrichtung zur OFF-LINE Laserperforation
von breiten Mundstückbelagpapierenbahnen
ist in der PCT WO-98/39135 und
Für derartige,
hoch automatisierte Breitbahnperforationsanlagen sind vergleichbare
Online Porositätsmesseinrichtungen
u. a. auch in der
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
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
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
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
- • 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 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
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:
Der
Durchmesser und die räumliche
Anordnung des optischen CO2 Multiplexers
In
Weiterführung
dieser Ansicht zeigt
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
Unter
In
Der
erste optische Kanal ist wie schon zuvor, mit
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
Im
Anschluss and
Als
weitere Variante der zweiten Konzeptionslösung ist in
Wie
in
Zum
besseren Verständnis
der rotierenden Vierfach Strahlaufteilung nach
Der
Strahlteiler
Eine
andere Variante zum rotierenden Drehspiegels ist in
Das
Polygonrad
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
Eine
vergrößere Darstellung
der Laserlochreihenanordnung auf der Materialbahn
In
der weiteren Vergrößerung der
Mit
den drei abschließenden
Zeichnungen der
Danach
zeigt
Der
räumliche
Abstand zwischen beiden optischen Multiplexereinheiten
Einen
weiteren Ausschnitt zeigt die abschließende
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.
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---|---|
DE (1) | DE102004001327B4 (en) |
Cited By (3)
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)
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 |
-
2004
- 2004-01-08 DE DE102004001327A patent/DE102004001327B4/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (18)
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)
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 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102004001327B4 (en) | 2006-06-14 |
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