DE2703244B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Porosität von Blattmaterial beim elektrischen Perforieren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Porosität von Blattmaterial beim elektrischen Perforieren mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruches 4.

Beim elektrischen Perforieren von dielektrischem Blattmaterial ist es bekannt, das Blattmaterial zwischen feststehenden Elektroden hindurchzuführen, an die mittels eines Impulsgenerators periodisch elektrische Impulse angelegt werden, so daß durch das Blattmaterial mehrfach elektrische Entladungen hindurchgehen, wodurch das Blattmaterial perforiert wird. Zu den Variablen, mit denen die auf diese Weise erzeugte Porosität des Blattmaterials gesteuert werdji kann,

to gehört die Laufgeschwindigkeit des Blattmaterials, die Impulsbreite, die Größe der beim Perforieren erzeugten Löcher, die Abnutzung der Elektroden, die Lage der Elektroden zueinander und dementsprechend die Länge der Funkenstrecke, die Zündspannung sowie der Zündstrom und die Dicke und Art des zu perforierenden Blattmaterials. Bisher hat man bei elektrischen Perforieren diese Parameter weitgehend ignoriert, so daß eine präzise Steuerung der Porosität des Blattmaterial kaum, wenn überhaupt, möglich war.

Aus den US-PS 25 28 157 und 25 28 158 ist es bekannt, die Porosität des Blattmaterials zu messen und danach die Impulsfrequenz und dementsprechend die Frequenz der durch das Blattmaterial hindurchgehenden Entladungen zu steuern. Dabei bleiben aber Veränderungen des von einer Vorratsrolle ablaufenden und auf eine Aufnahmerolle gezogenen Blattmaterials unberücksichtigt, so daß die Porosität nur dann genau gesteuert werden kann, wenn mit absolut konstanter Laufgeschwindigkeit des Blattmaterials gearbeitet werden kann.

Aus den US-PS 26 78 373 und 33 85 951 ist es beim Perforieren von laufendem Blattmaterial bekannt, die Laufgeschwindigkeit des Blattmaterials zu messen und danach die Entladungsfrequenz zu steuern. Gemäß US-PS 26 78 373 erfolgt die Messung der Laufgeschwindigkeit mittels eines Tachometers, das ein der Laufgeschwindigkeit entsprechendes elektrisches Ausgangssignal erzeugt, mit dessen Hilfe eine Relaissteuereinrichtung betätigt wird, die die Aufladegeschwindig- keit von zur Impulserzeugung dienenden Kondensatoren bestimmt Eine derartige Schaltung spricht jedoch nicht kontinuierlich auf Änderungen der Laufgeschwindigkeit an, sondern hat für kleine Bereiche der Laufgeschwindigkeit gleiche Werte. Bei der aus der US-PS 33 85 951 bekannten Vorrichtung ist ebenfalls zum Messen der Laufgeschwindigkeit des Blattmaterials ein Tachometer vorgesehen, dessen Ausgangssignal in einem Oszillator verarbeitet wird, der seinerseits ein Ausgangssigna' entsprechender Frequenz abgibt

°o Dabei ist ein variables Potentiometer vorgesehen, das von Hand eingestellt werden muß. Wenn eine Bedienungsperson eingreift, um dieses Potentiometer von Hand zu verstellen, erfolgt keine Kompensation anderer Steuerparameter wie der Lochgröße, der Impulsbreite, der Abnutzung der Elektroden, der Änderung des Elektrodenabstandes, der Energiezufuhr und Änderungen der Eigenschaften des Blattmaterials.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Steuern der Porosität von Blattmaterial beim elektri sehen Perforieren derart zu verbessern, daß die verschiedensten Variablen bei Änderungen im Betrieb selbsttätig kompensiert werden, wenn eine gewünschte vorbestimmte Porosität eingestellt worden ist Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung mit den Merkmalen gemäß dem Kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 3.

Weiterhin wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 4 gelöst, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung Gegenstand der Ansprüche 5 bis 7 sind.

Durch die Erfindung ist es möglich, laufendes Blattmaterial nach einem vorbestimmten Wert unabhängig von Änderungen verschiedenster Variabler gleichförmig nach einem vorgegebenen Wert zu perforieren, weil Änderungen einzelner Variabler automatisch ausgeglichen werden. ι ο

Gemäß der Erfindung werden also mehrere Variable beim »Steuern der Porosität von elektrisch zu perforierenden Blattmaterialien berücksichtigt, um die die elektrischen Entladungen bewirkenden Impulse sehr genau und feinfühlig zu steuern. Da die Laufgeschwindigkeit des Blattmaterials nicht mit der gemessenen Porosität zu einem Steuersignal summiert wird, werden die Impulse auch ganz unterbrochen, wenn die Laufgeschwindigkeit des zu perforierenden Blattmaterials Null wird, so daß keine zu starke Konzentration der Entladungen auftreten kann und dementsprechend keine Verbrennungen des Blattmaterials zu befürchten sind. Dies ist beispielsweise für den Fall von Interesse, daß das bahnförmige Blattmaterial reißen sollte oder sich sonstige Fehler beim Vorlauf des Blattmaterials ergeben.

Die Erfindung ist beispielsweise für die Herstellung von Zigarettenpapier geeignet, das eine bestimmte Porosität aufweisen sollte, um das Einatmen von Teerund Nikotinstoffen beim Rauchen so gering wie möglich w halten zu können. Die Erfindung ist aber auch in Verbindung mit Zellophan, Polypropylen, Polyäthylen und anderen Faser- oder Papierstoffen wie Teebeutelpapier geeignet

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfühningsbeispieles einer Vorrichtung zum gesteuerten elektrischen Perforieren von Blattmaterial weiter erläutert

In der Zeichnung ist eine Einrichtung zum elektrischen Perforieren einer Bahn oder eines Treifens 10 eines beispielsweise bei der Herstellung von Zigaretten benutzten Faser- oder Papiermaterials, das von einer Vorratsrolle 12 zu einer Aufnahmerolle 14 gezogen wird, dargestellt An der Perforationsstation 17 ist ein Paar von Elektroden 18 und 20 angeordnet, die beispielsweise in Form eines ersten Sitzes von Scheiben und einer Endlosband-Masseelektrode ausgebildet sein können. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Elektrode 18 an einen Impulsgenerator 16 angekoppelt, der auf ein Steuersignal zum Steuern der Frequenz der elektrischen Entladung?vorgänge zwischen den Elektroden 18 und 20 anspricht, wodurch die Anzahl von Löchern pro Meßlängeneinheit des Bandes 10 gesteuert werden kann. Der Impulsgenerator 16 kann beispielsweise an die erste Elektrode 18 eine Folge von Erregungsimpulsen liefern, deren Spannung zwischen 23 und 25 kV veränderbar ist und deren Impulsbreite 5 bis 50 usec bei einer im wesentlichen von Null bis 1OkHz variablen Frequenz beträgt Gemäß der Darstellung haben die Elektroden 18 und 20 einen kleinen gegenseitigen Abstand, der etwa 0,5 mm (0,020 Zoll) ausmacht.

Eine Porositätsmeßstation 21 ist in bezug auf die durch den Pfeil dargestellte Bewegungsrichtung des Bandes 10 stromabwärts von der Perforationsstation 17 >·> angeordnet und entliält eine Kammer 22, in der ein Vakuum bzw. Unterdruck hergestellt wird, und zwar mittels einer Konstantvolumen-Vakuumpumpe 24, die an die Kammer 22 über eine Leitung 26a angekoppelt ist Bei einer Veränderung der Porosität des Bandes 10 verändert sich der Grad des in der Kammer 22 entstehenden Unterdrucks, und dementsprechend ergibt sich eine Änderung des über Leitungen 26a und 26b zu einem Druckdetektor 28 geleiteten Drucks. Dieser Druckdetektor 28 spricht auf Drackveränderungen an, um ein elektrisches Signal zu bilden, das einem Demodulator 32 zugeleitet wird, welcher beispielsweise in Form eines Sinuswetlenträgerdemodulators ausgebildet sein kann. In einem solchen Demodulator 32 befindet sich eine magnetische Schaltung, die auf die Druckdetektorausgangsgröße anspricht, welche einer Phasenverschiebung relativ zu einer von einem Taktoszillatcr abgeleiteten Hochfrequenz unterliegt. Es erfolgt ein Phasenvergleich mit dem Referenztaktsignal durch Mischen, urn eine Gleichstromausgangsgröße im Bereich von ± 10 V zu erhalten, die dem Ausgangsanschluß a zugeleitet wird. Gemäß der Darstellung kann der Demodulator 32 mittels eines Potentiometers 34 variabel vorgespannt werden, so daß, -wenn die Kammer 22 vollständig abgeblockt ist wodurch eüie Null-Porosität des Bandes 10 wiedergegeben wird, die am Anschluß a erhaltene Ausgangsgröße gleich Null ist

Das am Anschluß a erhaltene Ausgangssignal des Demodulators 32 wird einer Summierschaltung mit Widerständen R1 und R 2 zugeführt, wobei der Verbindungspunkt dieser Wiederstände mit dem Eingang eines Operationsverstärkers 38 verbunden ist Gemäß der Darstellung ist der andere Anschluß des Widerstandes R 2 mit dem variablen Abgriff eines Referenzpotentiometers 36 verbunden, das von der Bedienungsperson entsprechend dem erwünschten Porositätsgrad für das Band 10 eingestellt wird. Die Summierschaltung addiert das Signal Vf, das am Referenzpotentiometer 36 abgegriffen wird und den Referenzwert der erwünschten Porosität wiedergibt, und das Signal Vp, das der tatsächlich erzielten Porosität entspricht, um ein Fehlersignal / abzuleiten, das dem Operationsverstärker 38 zugeführt wird. Ein relativ hochohmiger Widerstand RZ liegt parallel zum Operationsverstärker 38 zwischen seinem Eingang sowie seinem Ausgang, um eine relativ hohe Verstärkung des Operationsverstärkers sicherzustellen und die Amplitude des an seinem Ausgang erzielten Fehlersignals auf einen relativ hohen Wert V_y einzustellen. Ferner liegt eine Reihenschaltung aus einem variablen Potentiometer 40 und einem Kondensator Cl parallel zwischen dem Eingang sowie dem Ausgang des Operationsverstärkers- 38, um eine Stabilität der Meßschaltung durch verzögertes Ansprechen des Operationsverstärkers 38 auf das eingangsseiti£e Fehlersignal / sicherzustellen. Ferner soll hierdurch die Verzögerung kompensiert wel'den, die sich aufgrund der Zeit ergibt, welche für einen Teil des Bandes 10 verstreicht wenn er sich von der PerforatioKistation 17 zu der Porosität-Meßstation 21 bewegt. Somit wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers verzögert, um dieser Verzögerung in dem Meßvorgang Rechnung zu tragen. Normalerweise wird die Zeitverzögerung für die kleinste Geschwindigkeit des Bandes 10 berechnet, wobei zu beachten ist, daß eine gewisse Veränderung auftritt.

Die andere Prozeßvariahlc, die Geschwindigkeit des Bandes 10, wird vor einem Tachometer 44 gemessen, das an die Vorratsrolle 12 angekoppelt ist, wie es in der Zeichnung durch die gestrichelte Linie dargestellt isi. Das elektrische Ausgangssienal des Tachometers 44

stellt eine sinusförmige Welle dar und wird einer Signalaufbereitungsschaltung 46 zugeleitet, beispielsweise einem monostabilen Multivibrator, dessen Ausgangssignal eine Impulsfolge ist. Das aufbereitete Ausgangssignal der Schaltung 46 wird seinerseits einem -, FrequenZ'/Spannung-Umsetzer 48 zugeleitet, der im wesentlichen ein Gleichstrom-Ausgangssignal bildet, dessen Amplitude für die Frequenz des Tachometerausgangssignals bezeichnend ist. Beispielsweise verändert sich die Ausgangsgröße des Umsetzers 48 von Null bis m IO V, womit ein Bandgeschwindigkeitsbereich von Null bis 304,8 m/min (1000 ft/min) angezeigt wird. Die Ausgangsgröße Vv des Frequenz/Spannung-Umsetzers wird einem optischen Geschwindigkeitsanzeigeglied 50 zugeführt, ferner einem Eingang der Multiplikation?- r, Schaltung 42, an dessen anderen Eingang das Signal V, gelangt.

Die Ausgangsgröße der Multiplikationsschaltung 42

cuiapriCnt ucm Pföuüki dcF ZiVci EirigängSäiguäic V* und V₁, d. h. Bandgeschwindigkeit und Fehler der Bandporosität. Dieses Produktsignal wird über einen Spannungsverstärker 52, der beispielsweise als Operationsverstärker ausgebildet ist, einem Spannung/Frequenz-Umsetzer 56 zugeleitet, der seinerseits eine Impulsfolge bildet, deren Frequenz proportional zur 2s Amplitude des von dem Spannungsverstärker 52 abgegebenen Ausgangssignals ist. Das Ausgangssignal des Spannungsverstärkers k->nn durch ein variables Potentiometer 54 eingestellt werden, um den gesamten Arbeitsbereich des Spannung/Frequenz-Umsetzers 56 jo auszunutzen. Das Ausgangssignal des letzteren gelangt zu einer Signalaufbereitungsschaliung 58, die beispielsweise als monostabiler Multivibrator ausgebildet ist und die Impulse in Rechteckwellen umformt. Das Ausgangssignal der Signalaufbereitungsschaltung 58 wird an den π Impulsgenerator 16 angelegt. Somit dient die Signalaufbereitungsschaltung 58 zu einer sehr präzisen Formung von Impulsen oder Rechteckwellen, so daß die Impulse beispielsweise eine Impulsbreite von 10μ$εΰ und eine Anstiegszeit von 200 Nanosekunden bis zu einem Spannungspegel von 10 V haben. Der Impulsgenerator 16 liefert in Abhängigkeit hiervon eine Folge von Hochspannungsimpulsen an das Paar von Elektroden 18 und 20, so daß zwischen diesen Elektroden eine Serie von Entladungsvorgängen entsteht, wodurch das Band 4i 10 perforiert bzw. durchlöchert wird.

Ferner enthält der Impulsgenerator 16 ein manuell einstellbares variables Potentiometer 19, mit dem die Bedienungsperson die Impulsbreite des Generatorausgangssignals einstellt. Obwohl nicht dargestellt, ist eine ähnliche Steuerung vorgesehen, um die Amplitude der von dem Impulsgenerator 16 erzeugten Bearbeitungs-Impulse voreinzustellen. Bei einer Betriebsart stellt die Bedienungsperson die Amplitude und die Impulsbreite der Bearbeitungsimpulsfolge des Generators 16 ein, wodurch das dargestellte Steuersystem die Frequenz des Ausgangssignals verändern kann, um genau die Porosität für eine Anzahl von Prozeßvariablen zu steuern. Beispielsweise stellt die Bedienungsperson den Impulsgenerator 16 so ein, daß dieser eine Impulsfolge mit einer Amplitude von 5 kV und einer Impulsbreite von 30usec bei einer Bandgeschwindigkeit von 3043 m/min (1000 ft/min) erzeugt, wobei die Frequenz des Ausgangssignals in Abhängigkeit von den Prozeßvariablen in einem Bereich von ±20% um 1OkHz schwankt je nach Anwendungsfali kann die Größe der Bandperforierung durch Verändern der Impulsbreite der Bearbeitungs-Impulse verändert werden (Potentiometer 19).

Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung könnte der Impulsgenerator 16 sich dafür eignen, für eingestellte, vorbestimmte Werte der Impulsamplitude und des Verhältnisses zwischen der Bandgeschwindigkeit von beispielsweise 15,24 m/min (50 ft/min) sowie der Impulsfrequenz von beispielsweise 1000 Hz die Impulsbreite der Bearbeitungs-Impulse zu verändern. Eine solche Ausführungsform kann bevorzugt sein, wenn es erwünscht ist, die Dichte der Perforierungen relativ konstant zu halten, und zwar durch weitgehendes Beibehalten des Verhältnisses zwischen der Bandgeschwindigkeit und der Frequenz der Bearbeitungs-Impulse (wobei diese Größen beispielsweise die zuletzt genannten Werte annehmen), während sich die Größe der Perforierungen verändern kann. Eine solche Ausführungsform führt zu einem Produkt, dessen Aussehen oder Struktur gleichmäßiger ist.

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signals ergibt bedeutende Vorteile. Die Bandgeschwindigkeit wird in Zoll/Sekunde bzw. cm/Sekunde, die Bandporosität beispielsweise in Löchern/Zoll oder Löchern/cm gemessen. Das Produkt beider Größen hat dann die Einheit Löcher/Sekunde, und dies ist genau der zu steuernde Parameter, nämlich die Anzahl der Entladungen, die auf das sich in einer Zeiteinheit bewegende Band ausgeübt werden.

Feiiscr arbeitet das in der Zeichnung dargestellte Steuerungssystem über einen weiten, durchgehenden Bereich der Bandgeschwindigkeit von Null an bis zum höchsten Wert, um hierdurch eine kontinuierliche, gleichförmige Steuerung de." Geschwindigkeit der Entladungsvorgänge und so der Porosität des Bandes 10 zu erreichen. Wenn somit die Vorrichtung zum Führen des Bandes 10 aus irgendeinem einer Anzahl von Gründen gestoppt wird, beispielsweise wegen einer Reparatur der Vorrichtung oder wegen eines Einsetzens einer neuen Rolle mit dem Material-Band 10, setzt das Steuerungssystem seine Funktion bezüglich einer genauen Steuerung der Anzahl der zwischen den Elektroden 18 und 20 erzeugten Impulse fort. Wenn das Ausgangssignal des Tachometers 44 zu Null wird, ergibt sich eine Null-Ausgangsgröße der Multiplikationsschaltung 42, wodurch der Impulsgenerator 16 so gesteuert wird, daß keine Erregungsimpulse mehr erzeugt werden. In der Praxis ist die Ausgangsgröße Des Tachometers 44 möglicherweise nicht genau, wenn sich die Geschwindigkeit des Bandes 10 dem Wert Null nähen, und in diesem kleinen Ausmaß kann sich die Ausgangsgröße des Impulsgenerators 16 von einem präzis gesteuerten Wert unterscheiden. Andf erseits kann im normalen Betrieb, wenn der gemessene und vom Druckdetektor 28 abgeleitete Porositätswert weitgehend dem am Referenzpotentiometer 36 eingestellten Wert entspricht, in ähnlicher Weise ein sehr kleines Fehlersignal entstehen. Dementsprechend ist die sich von der Multiplikationsschaltung 42 und dem Spannungsverstärker 52- schließlich ergebende Ausgangsgröße gerade ausreichend, um den Betriebsvorgang aufrechtzuerhalten, mit dem Ergebnis, daß bezüglich der Ausgangsgröße des Impulsgenerators 16 eine kleine oder aber keine Korrektur auftritt

Bei- einem anderen Betriebszustand des Systems kann das Band 10 brechen- bzw. reißen, wodurch der gemessene Druck eine unendliche Porosität angibt Hierdurch besieht die Tendenz, daS das FehtersigsaJ za einem relativ großen Wert getrieben wird. Im normalen Betrieb ist der mit dem Referenzpotentiometer · 36

hergestellte Einstell- oder Referenzpunkt etwas größer als das entsprechende von dem Demodulator 32 abgeleitete Signal. Wenn jedoch die Ausgangsgröße des Demodulators 32 bis zu einem Punkt anzusteigen neigt, der größer als der durch das Rrferenzpotentiometer 36 eingestellte Punkt ist, entsteht ein negatives Fehlersignal /. Dadurch wird auch ein negatives Signal zum ersten Eingang der Multiplikatiofmdialtung geleitet, die dem Spannungsverstärker 52 ein negatives Produkt-Signal zuführt. Das von dem Spannungsverstärker 52 verstärkte negative Signal treibt den Spannung-Frequenz-Umsetzer 56 gegen Null, mit dem Ergebnis, daß der Impulsgenerator 16 das Anlegen von Erregungsimpulsen an die Elektroden 18 und 20 beendet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Steuern der Porosität von Blattmateria! beim elektrischen Perforieren, wobei das Blattmaterial an einem Satz Elektroden vorbeibewegt wird, an die periodisch elektrische Impulse zum Erzeugen elektrischer, das Blattmaterial durchsetzender Entladungen angelegt werden, und wobei die Porosität gemessen wird und die Impulse entsprechend gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß auch in an sich bekannter Weise die Laufgeschwindigkeit des Blattmaterials gemessen wird, daß ein Fehlersignal entsprechend der Differenz zwischen der erwünschten und der gemessenen Porosität gebildet wird und daß die impulse in Abhängigkeit vom Produkt des Fehlersignals und der gemessenen Laufgeschwindigkeit des Blattmaterials gesteuert werden.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, (b.G die Frequenz der Impulse in Abhängigkeit vom gekannten Produkt gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Impulse in Abhängigkeit vom genannten Produkt gesteuert wird.

4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche I bis 3, mit einem Satz von Elektroden, einer daran vorbeiführenden Führung für das Blattmaterial, einem Impulsgenerator zum Erzeugen periodisch an die Elektroden anzulegender elektrischer Impulse für das Blattmaterial durchsetzende periodische Entladungen und mit einer Einrichtung zum Messen der erzielten Porosität des Blatt imperials, Jadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Einrichtung (44) zum Erzeugen eines der Laufgeschwindigkeit des Blattmaterials (10) entsprechenden Signals, eine Einrichtung (36) zum Einstellen einer Referenzausgangsgröße (VJ) entsprechend der erwünschten Porosität des Blattmaterials (10), eine Einrichtung zum Bilden eines Fehlersignals (I) entsprechend der Differenz zwischen der Referenzausgangsgroße (V/) und der gemessenen Porosität (V₉) und eine Multiplikationseinrichtung (42), die ein Steuersignal entsprechend dem Produkt aus dem Signal der Laufgeschwindigkeit und dem Fehlersignal bildet, aufweist und daß der Impulsgenerator (16) mittels des von der Multiplikationseinrichtung (42) erzeugten Steuersignals steuerbar ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (16) mit einem verstellbaren Potentiometer (19) zum Voreinstellen der Impulsbreite der periodischen Impulse versehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Impulsgenerator (16) die Spannungsamplitude der periodischen Impulse einstellbar ist