DE2659076B2 - Vorrichtung zum Perforieren von Bahnmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Perforieren von Bahnmaterial, insbesondere von Zigarettenpapier, mit einer an eine intermittierend arbeitende Hochspannungsquelle gelegten Rotationselektrodeneinrichtung und einer sich mit geringem Abstand quer zu deren Drehrichtung erstreckenden Gegenelektrodeneinrichtung.

Mit einer Vorrichtung dieser Art kann man beispielsweise unter Ausnutzung pulsierender elektrischer Entladungen Zigarettenpapier perforieren, um eine Oxidation von Schadstoffen im Glühbereich der fertigen Zigarette zu fördern. Um die beim Ziehen an der Zigarette durch das Zigarettenpapier in das Innere der Zigaretten gelangende Luft genau dosieren zu können, müssen zur Erzielung gleichmäßiger Löcher gleichmäßige Entladungen erreicht werden. Daher sollen sich die Entladungselektroden während des Betriebes einer solchen Perforierungsvorrichtung möglichst wenig verändern. Solche Elektrodenveränderungen entstehen beispielsweise dann, wenn bei sich fest gegenüberstehenden Elektroden die Entladungen eine Wärmeerosion und Korrosion der Elektroden zur Folge haben.

Aus der US-PS 25 53 203 ist eine Perforiervorrichtung bekannt, bei der stiftartige Elektroden und Gegenelektroden quer zur Vorschubricfitung der zu perforierenden Papierbahn bewegt werden. Es stehen sich bei den aufeinanderfolgenden Entladungen jedoch immer dieselben Elektrodenstifte gegenüber, so daß deren Wärmeerosion gleich hoch wie bei feststehenden Elektroden ist.

Aus der US-PS 31 67 641 ist eine Vorrichtung zum Perforieren von Bahnmaterial bekannt, bei der die Entladungselektrode und die Gegenelektrode durch

ίο gegenläufig rotierende Elektrodenscheiben gebildet sind, zwischen denen das Bahnmaterial hindurchgeführt wird. Beide Elektrodenscheiben werden von der gleichen Antriebseinrichtung angetrieben. Zwar ist hierbei der Vorteil erreicht daß aufeinanderfolgende Entladungen an verschiedenen Stellen der Scheibenelektroden auftreten. Trotzdem kommt es zu ungleichmäßiger Größe der Perforierungslöcher des Bahnmaterials, weil sich die exakten Entladungspunkte zwischen den beiden sich gegenüberstehenden Elektrodenschei ben nicht genau festlegen lassen. Durch den gemeinsa men Antrieb beider Elektrodenscheiben treten außerdem in periodischen Abständen die Entladungen immer wieder zwischen etwa den gleichen Punkten von Entladungselektrode und Gegenelektrode auf. Somit kommt es auch bei dieser Elektrodenanordnung zu ungleichmäßiger Abnutzung und damit zu ungleichmäßigem Entladungsverhalten.

Aus der FR-PS 12 90 846 ist eine Perforiervorrichtung der eingangs angegebenen Art bekannt, bei der die Entladungen zwischen Rotationselektroden, die schraubenartig auf einer Trommel angeordnet sind, und quer zu deren Drehrichtung sich erstreckenden Gegenelektroden stattfinden. Hierbei wird zwar erreicht, daß die Entladungen an recht gut definierten Stellen stattfinden.

Allerdings ist die Wärmebelastung der feststehenden Gegenelektroden recht hoch, da an den einzelnen Entladungen immer die gleichen Punkte der Gegenelektrode beteiligt sind. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorausgesetzte Vorrichtung üum Perforieren von Bahnmaterial derart zu verbessern, daß bei möglichst genauer Festlegung des jeweiligen Überschiagspunktes zwischen den Entladungselektroden eine Qualitätsminderung der Elektroden durch Wärmeeinwirkung bei den

Entladungen möglichst weitgehend eingeschränkt ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben und in den Unteransprüchen vorteilhaft weitergebildet.

Dadurch, daß die Entladung jeweils am Kreuzungsso punkt zwischen einer rotierenden Elektrode und einer quer zu deren Drehrichtung bewegbaren Gegenelektrode stattfindet, ist nicht nur zu jedem Entladungszeitpunkt eine recht genaue Definition des Entladungspunktes gegeben, insbesondere dann, wenn man bei vorteilhafter Weiterbildung die Elektroden messerartig ausbildet, sondern es stehen sich zur Entladung auch immer andere Punkte von Rotationselektrode und Gegenelektrode gegenüber, so daß eine gleichmäßige, insgesamt relativ geringe Belastung der Elektroden auftritt, ohne daß bestimmte Punkte unter einer überdurchschnittlich hohen Abbrennung leiden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausfuhrungsbeispiel noch näher erläutert. Es zeigt

F i g. I eine perspektivische Ansicht der Gesamtvorrichtung gemäß der Erfindung, wobei aus Gründen der Klarheit einige Teile weggelassen und andere auseinandergezogen dargestellt sind;

F i g. 2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Perforieranordnung mit der Bürstenanordnung, die im Abstand von den scheibenförmigen Elektroden dargestellt ist, um die Einzelheiten der Vorrichtung klar werden zu lassen;

F i g. 3 eine Draufsicht zur Darstellung des Verhältnisses der Doppelanordnung scheibenförmiger Elektroden zueinander and zu der geerdeten bandförmigen Elektrode;

Fig.4 eine Stirnansicht der Perforieranordnung im Schnitt längs der Linie 4-4 in F i g. 3;

F i g. 5 eine Draufsicht auf die geerdete bandförmige Elektrode und die isolierte Platte, über die die Bahn während des Perforierens bewegt wird;

Fig.6 ein Schaltschema für einen Satz elektrisch geladener Scheiben, die an die Hochspannungsimpulsquelle angeschlossen sind.

In Fig. 1. die die Gesamtvorrichtung darstellt, wird eine Papierbahn von einer Vorratsrolle 12 über Leeriaufroiien 13,14 und 15 durch die insgesamt mit 16 2u bezeichnete Perforieranordnung und dam. über Leerlaufrollen 17, 18, 19 und 20 gezogen und schließlich auf die Aufnahmerolle 21 aufgewickelt. Die Kraft, mit der die Bahn 11 von der Vorratsstelle zur Aufwickelstelle gezogen wird, wird von einer hier nicht gezeigten herkömmlichen Antriebseinrichtung geliefert, die mit der Welle 22 der Aufnahmerolle 21 verbunden ist.

Bei der vergrößerten Ansicht der Perforieranordnung 16 gemäß F i g. 2 wird die Bahn, die geiocht werden soll, durch den Spalt hindurch bewegt, der von zwei jo geladenen, sich drehenden Scheibenanordnungen, die insgesamt mit 23 und 24 bezeichnet sind, und von den beiden Abschnitten einer geerdeten Elektrode 25 in Form eines endlosen Bandes gebildet ist. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist jede Scheibenan- js Ordnung 23 und 24 eine Reihe einzeln geladener Scheiben 26 auf, die in Sechsergruppen auf Wellen 27 und 28 angeordnet sind, welche an beiden Enden von LagerblöCfcen 29 gehalten sind, die an Ständern bzw. Stützen 31 verschiebbar angebracht sind. Auf den Wellen 27 und 28 sind Riemenscheiben 32 bzw. 33 drehbar angebracht und durch einen Riemen 34 miteinander verbunden. Beide Scheibenanordnungen werden von einem gemeinsamen Antriebsmotor 35 über Riemenscheiben i6 und 37 mit Hufe eines Antriebsriemens38 angetrieben.Typische Antriebsgeschwindigkeiten können im Bereich von 25 bis 50 U/min liegen, und die Scheibenumdrehung kann entweder in Richtung der Bahnbewegung oder entgegengesetzt zur Bahnbewegungsrichtung erfolgen, obwohl die zuerst genannte Bewegungsrichtung bevorzugt wird. Die geerdete Elektrode 25 ist ein endloses Stahlband, welches so angeordnet ist, daß es um Leitscheiben 39 und 41 läuft. die beide auf Platten 42 an den entgegengesetzten Enden der Basis bzw. Grundplatte oder Basis 43 der Perforieranordnung drehbar angebracht und von einem Motor 44 über eine nicht gezeigte herkömmliche, an ein Ende einer Spindel oder Welle 45 angeschlossene Antriebsvorrichtung angetrieben werden. Das endlose Band wird mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis I U/min (oder alternativ I —5 U/min) in der einen oder anderen Richtung angetrieben. Die Spannungseinstellung der geerdeten, bandförmigen Elektrode 25 erfolgt über eine gerändelte Schraube 46, die an ihren anderen Ende am nicht gezeigten Lagerblock angebracht ist, in welchem die Spindel 7 der Leitscheibe 39 sich dreht, wobei der Lagerblock und die Spindel in Führungsquerschlitzen in der Platte 42 beweglich angebracht sind. Die Pßrforieranordnung ist auf einem Stützrahmen 48 angebracht Unter de- Basis 43 vorgesehene Führungsstangen 49a stehen mit entsprechenden Elementen am Stützrahmen 48 zur seitlichen Bewegung der Perforieranordnung in Eingriff, um die Lagebestimmung der Elektrodenanordnung im Verhältnis zur Bahn zu erleichtern. Die seitliche Einstellung erfolgt mit Hilfe einer Stellvorrichtung 50.

Wie im einzelnen aus Fig.4 hervorgeht, ist eine Vielzahl von Bürsten 49 vorgesehen, die jede scheibenförmige Elektrode einzeln mit Strom versorgen. Die Bürsten sind in Sätzen entsprechend den Scheibenelektrodengruppen angeordnet und auf einer Stütze angebracht, die aus einem zweckmäßigen elektrischen Isoliermaterial hergestellt ist, und beispielsweise als handelsübliche dielektrische TafeS an der Unterseite einer Platte 51 befestigt ist, die ihrerseits mit Hilfe von Schrauben 52 an den Ständern 31 fest angebracht ist. Alle Bürsten sind im Verhältnis "„einander und zum Rahmen elektrisch isoliert, jede Bürste ist einzeln mit Hilfe eines getrennten Zufuhrdrahtes 53 mit der intermittierend arbeitenden Hochspannungsquelle elektrisch verbunden. Aus Fig.4 geht hervor, daß jede Bursts 49 einen Kontaktpunkt 54 hat, der mit einer Scheibenelektrode in Eingriff steht. Vorzugsweise sind die Kontaktpunkte 54 eine Silber-Graphit-Legierung, die auf eine Bürste aufgeschmolzen sind, die aus einer Kupfer-Beryll-Federmetallegierung hergestellt ist. Jede Bürste ist an einem Bürstenblock 55 fest angebracht, der aus harzverleimtem Schichtstoff besteht, um elektrisch isolierend zu wirken. Die Blöcke 55 sind ihrerseits an einer Stütze angebracht, die an der Platte 51 befestigt ist. Die Federspannung der Bürsten garantiert den Kontakt zwischen den Kontaktpunkten 54 und den Umfangsseiten der Scheiben 26. Die Zufuhrdrähte 53 sind mit den einzelnen Bürsten in Sätzen durch entsprechende Sätze von Stiftverbindungcelerr.snten 56 verbunden. So kann eine Einheit Bürsten, z. B. der in den Zeichnungen gezeigte Satz von sechs Bürster zweckmäßig entfernt und ausgetauscht werden.

Einzelheiten hinsichtlich der drehbaren Scheibenelektrodenanordnung 23 und 24 sowie der Bandelektrode 25 gehen aus den Fig. 3, 4 und 5 hervor. In jeder Scheibenanordnung sind die Scheiben 26 durch isolierende Abstandselemente 57 im Abstand voneinander gehalten. Auf jeder der Wellen 27 und 28 ist eine mit der Welle einstückig ausgebildete, feste Endplatte 58 vorgesehen. Ein Ende einer hier nicht gezeigten keramischen Hülse, deren Länge den Scheiben und Abstandselementen entspricht, gleitet auf jede Welle 27 und 28 bis zur Anlage an der Stirn- oder Endplatte 58, wo sie verklebt oder auf andere Weise in ihrer Lage Defestigt ist, um für eine elektrische Isolierung zwischen den Scheiben vnd den Wellen zu sorgen. Die Abstandselemente 57 und die Scheiben 26 sind abwechselnd in beliebiger Stellung auf der keramischen Hülse angeordnet, wobei zwischen einzelnen Sätzen von Scheiben so ,vie am Ende der Anordnung zusätzliche Abs'.andselemente vorgesehen sind. Um die Anordnung aus Scheiben und Abstandselementen sicher auf den Wellen zu halten, ist in bekannter Weise ein Kragen bzw. Ring 59 und eine Sicherungsmutter 61 verwendet. Die Scheibenelektroden sind vorzugsweise aus Wolframblecti oder schwedischem Messsrstahl hergestellt und dann verchromt; es eignen sich aber auch andere stark elektrisch leitfähige Metalle, wie rostfreier Stahl. Alle Scheiben haben die gleiche Größe und weissn vorzugsweise messerartige Ränder auf. Die

isolierenden Abstandselemente 57 können aus einem polymeren Kunstharz oder aus dem Harz-Glasfasermattenmaterial hergestellt sein, welches üblicherweise in der Elektronik zum Aufbau von Schaltungsplättchen verwendet wird. Die Scheiben sind also gegenüber einander durch die Abstandselemente und gegenüber der Welle durch die keramische Hülle isoliert.

Die räumliche Gestaltung der Elektroden in Form von Scheibenanordnungen und der geerdeten Bandelektrode geht gleichfalls aus F i g. 3, 4 und 5 hervor. Jede Scheibenanordnung ist über der Oberseite einer Erdungsplatte 62 hängend angebracht, wobei die Achse der Wellen 27 und 28 parallel zur Achse der bewegten Bandelektrode verläuft. Die scheibenförmigen Elektroden sind so ausgerichtet, daß die Wellenachse (bzw. die gedachte Linie zwischen den Scheibenmittelpunkten) unmittelbar oberhalb und mit Führungsschlitzen 63 für die Bandelektrode in der Erdungsplatte 62 ausgerichtet liegt. Darüber hinaus ist die Scheibenanordnung 23 im Verhältnis zur Scheibenanordnung 24 so angeordnet, daß die Ränder einzelner Scheiben der einen Anordnung am Mittelpunkt zwischen den Rändern der Scheiben der anderen Anordnung liegen. Auf diese Weise liegen verschiedene Bereiche der Bahn zum Lochen zwischen der Bandelektrode und der Scheibenanordnung 23 frei als zwischen der Bandelektrode und der Scheibenanordnung 24. Die Vorrichtung ist jedoch in jedem Fall funktionsfähig, gleichgültig ob die Scheiben der Anordnungen versetzt oder miteinander ausgerichtet angeordnet sind. Im zuletzt genannten Fall besteht jedoch die Tendenz, daß die Lochungen in der Bahn überlappen oder einen unregelmäßigen Abstand voneinander haben.

Der Spalt 64 zwischen den Rändern der scheibenförmigen Elektroden und der Kante der bewegten bandförmigen Elektrode ist mit Mikrometerschrauben bzw. Feinstellschrauben 65 verstellbar, die über Stangen 66 mit den Lagerblöcken 29 verbunden sind, wodurch die eine oder andere Scheibenanordnung nach Wunsch angehoben oder abgesenkt werden kann. Vorzugsweise ist der Spalt 64 auf einen Bereich von 0,254 bis 0.762 mm (0,010 bis 0,030") eingestellt, und zwar je nach dem der Scheibe von der Hochspannungsquelle zugeführten Strom sowie der gewünschten Lochgröße in der zu perforierenden Bahn. Am meisten bevorzugt wird die Einstellung des Spaltes auf ca. 0,508 mm (0,020").

Die endlose Bandelektrode 25 läuft um die zwei Leitscheiben 39 und 41, die an den beiden Enden der mit Schlitz versehenen Erdungsplatte 62 angeordnet sind. Einander gegenüberliegende Abschnitte der bandförmigen Elektrode 25 laufen in den beiden Schlitzen 63 in der Erdungsplatte 62. In regelmäßigen Abständen sind in der Vorder- und Hinterkante der Erdungsplatte 62 mehrere Bürsten 67 aus einer Silber-Graphit-Legierung vorgesehen, die von einer Seite in den Schlitz 63 hineinragen und mit dem bewegten Band in Berührung treten, um eine positive Erdung des Bandes mit der Erdungsplatte 62 und angemessene Stromlademöglichkeiten zu gewährleisten. Beide Abschnitte der Bandelektrode sind so weit in den Schlitzen 63 aufgenommen, daß die zu perforierende Bahn nicht mit den Abschnitten in Berührung kommt, wenn sie über die Schlitze hinwegbewegt wird. Die Oberseite der Erdungsplatte 62 ist mit einem dünnen keramischen Überzug 68 versehen, der die elektrische Isolierung für die Plattenoberfläche liefert und gewährleistet, daß die elektrische Entladung der scheibenförmigen Elektroden nur an der freiliegenden Kante der bewegten Bandelektrode erfolgt. Der keramische Überzug schafft außerdem eine glatte, ebene Oberfläche zur Berührung mit der Bahn, wenn diese beim Lochen zwischen den scheibenförmigen und der bandförmigen Elektrode hindurchbewegt wird.

Fig.6 ist eine schematische Darstellung der Schaltung zum Anschluß eines Satzes von sechs Scheibenelektroden an die Hochspannungsimpulsquelle und zum Erden der endlosen Bandelektrode. Die Schaltung

i" umfaßt parallele Widerstände 69 in Reihe mit den einzelnen Scheibenelektroden zum Koppeln der Spannungsquelle an jede Scheibe, wodurch die notwendige Strombegrenzung und Widerstandsanpassung bewirkt wird, die gewährleistet, daß alle Elektroden gleichzeitig über den Spalt 64 hinweg zünden. Anstelle der Widerstände können auch andere Stromimpedanzmittel, beispielsweise Kondensatoren oder Spulen verwendet werden. Irgendeine Art elektrischer Impedanz ist wünschenswert, denn sonst erreicht die Elektrode, die den dichtesten Spalt oder den geringsten Widerstand gegenüber der geerdeten Elektrode hat, Entladungspotential und leitet mit maximalem Strom, wenn der Hochspannungsimpuls über die parallelen Elektroden hinweg ansteigt, so daß ein geringerer als der angemessene Spannungsabfall über die anderen Elektrodenspalte hinweg verursacht und deren Entladung verhindert wird. Bei in Reihe angeordneter Widerstands- oder induktiver Impedanz im Schaltkreis erhält jede der scheibenförmigen Elektroden die gleiche

ω Spannung und den gleichen Zündstrom, wodurch es möglich ist. daß alle Elektroden im wesentlichen gleichzeitig entladen und leiten bzw. einen Überschlag bilden. Eine typische Hochspannungsquelle, wie ein starker Leistungsimpulsgenerator liefert eine Amplitude von 2,5 bis 25 kV, eine Impulsbreite von 5 bis 300 Mikrosekunden bei einer Frequenz von 0 bis 1OkHz. einen Strom von 50 bis 150 mA pro Scheibenelektrode und ein daraus resultierendes Tastverhältnis von bis zu 30%. Wenn ein Leistungsimpulsgenerator als Hoch-Spannungsquelle eingesetzt ist, schaltet der Generator rasch einen Hochspannungsstrom in einer Impulsleitfolge, wodurch ein rascher aufeinander folgender Überschlag zwischen der Entladungs- und der geerdeten Elektrode zum Perforieren der Bahn erzeugt wird.

•ts Gemäß einer Alternativlösung kann die Überschlagssteuerung und -quelle auch von Wechselstromgeneratoren. Gleichstrommodulatoren oder mechanischen Schaltern entnommen werden.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung

so ist der Entladungspunkt zwischen den sich drehenden scheibenförmigen Elektroden und der bewegten endlosen Bandelektrode tatsächlich die messerartige Kante der einander gegenüberliegenden Elektroden. Da die beiden einander gegenüberliegenden Elektroden rechtwinklig zueinander bewegt werden und nur ihre Kanten sich kreuzen, ist der durch jeden Impuls der Hochspannungsquelle erzeugte Überschlag exakt und eng eingegrenzt Dies ermöglicht die Herstellung sehr gleichmäßiger, kleiner, in gleichen Abständen liegender Lochungen in einer Bahn, beispielsweise Papier, welches zwischen den Elektroden hindurchgezogen wird. Da sowohl die Entladungs- als auch die geerdete Elektrode bewegt wird, werden ständig neue Entladungsoberflächen geboten, wodurch die thermische Erosion der einen oder anderen Elektrodenoberfläche auf ein Minimum eingeschränkt wird. Es sind hier zwei rotierende Scheibenanordnungen dargestellt, aber es braucht nur eine verwendet zu werden. Der Vorteil der

Verwendung von zwei Scheibenanordnungen besieht darin, daß beide Abschnitte der bewegten bandförmigen geerdeten Elektrode ausgenutzt werden können und gleichzeitig eine größere Anzahl von Löchern im Papier hergestellt werden kann, wenn die Scheiben der einen Anordnung gegenüber denen der anderen versetzt sind. F.i i.ann eine beliebige Anzahl von Scheiben verwendet werden, gleichgültig ob eine oder zwei Anordnungen vorgesehen sind, und die Scheiben können über die gesamte I änge der Anordnung gleichmäßig im Abstund voneinander oder in Siit/en angeordnet sein, wie es in den Zeichnungen dargestellt ist. Das hangt von dem l.oehungsgrad und von dem gewünschten Muster ab. Außerdem sind die Scheibenanordnungen und die dazugehörigen Vorrichtungen zur Bearbeitung unter-

schiedlicher Breiten und Dicken an zu lochendem ßahnmaterial ohne weiteres verstellbar. Anstelle der Elektrode in Form eines endlosen Bandes kann auch ein feiner Draht verwendet werden, der rechtwinklig zur Umdrehungsrichtung der Scheiben straff gespannt ist und als geerdete Elektrode dient. Er kann entweder als geschlossene Schleife verwendet werden oder von einer Seite der Scheibenelektrodenanordnung zur anderen von einer Spule abgezogen werden.

in Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß die Erfindung ein einmaliges Verfahren und eine Vorrichtung /um Perforieren von Bahnen aus Papier, f'olie und dergleichen schafft, wie sie bisher mehr: zur Verfugung standen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Perforieren von Bahnmaierial, insbesondere von Zigarettenpapier, mit einer an eine intermittierend arbeitende Hochspannungsquelle gelegten Rotationselektrodeneinrichtung und einer sich mit geringem Abstand quer zu deren Drehrichtung erstreckenden Gegenelektrodeneinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrodeneinrichtung (25) in deren Erstreckungsrichiung beweglich ausgebildet ist

2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrodeneinrichtung (25) als mit ihrer einen Kante der Rotationselektrodeneinrichtung (23, 24) zugewandtes schmales Band ausgebildet ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Gegenelektrodeneinrichtung (25) als Draht ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 öder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Band oder der Draht endlos ausgebildet ist

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden Oberflächen mit messerartigen Kanten aufweisen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationselektrodeneinrichtung (23, 24) eine Vielzahl dünner Elektrodenscheiben (26) gleichen Durchmessers aufweist,'ru mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (.?6) in mindestens zwei im Abstand voneinander angeordneten Gruppen (23, 24) vorgesehen sind, deren Scheibenachsen parallel zueinander ausgerichtet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (26) verschiedener Gruppen (23,24) gegeneinander versetzt sind.