DE3310930C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Perforationen in stabförmigen Gegenständen, insbesondere Zigaretten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Perforationen in stabförmigen Gegenständen, insbesondere Zigaretten, bei denen der zu perforierende Gegen­ stand durch eine Perforierstation hindurchbewegt und dabei dem Einfluß von fokussierter Laserstrahlung unterworfen wird, die durch Reflektoren erzeugt wird, die auf einem zum zu perforie­ renden Gegenstand koaxial ausgerichteten, ringförmigen Stütz­ körper der Perforierstation angeordnet sind, indem die Reflek­ toren von einem von einem Laser-Generator kommenden und von ei­ nem Umlenkreflektor abgelenkten Strahlenbündel beaufschlagt werden.

Hierdurch kann man sogenannte "belüftete" Zigaretten her­ stellen, das sind Zigaretten, die im Bereich ihres Filters mit einer Vielzahl von Perforationen versehen sind, die es dem Rau­ cher gestatten, zusammen mit dem Tabakrauch einen gewissen An­ teil von Außenluft zu inhalieren, was den doppelten Vorteil des Verdünnens des inhalierten Tabakrauches wie auch der Redu­ zierung der Rauchtemperatur und daher auch des Gehalts an Schadstoffen bringt.

Ein Verfahren sowie eine zu dessen Durchführung dienende Vorrichtung der eingangs erwähnten Art sind durch die US-PS 42 24 498 bekannt. Dabei werden die zu perforierenden Gegen­ stände, insbesondere also auch Zigaretten, auf einem trommel­ förmigen, umlaufenden Förderer nacheinander durch die Perfo­ rierstation hindurchbewegt, die mit einem zum jeweils zu perfo­ rierenden Gegenstand koaxial ausgerichteten, kreisringförmigen Stützkörper und einer Vielzahl darauf innenseitig vorhandener Reflektoren sowie dem Laser-Generator und einem das von letzte­ rem ausgehende Strahlenbündel umlenkenden, mittig zu den Re­ flektoren angeordneten Umlenkreflektor ausgerüstet ist. Letzte­ rer ist dabei zentral fest stehend im kreisringförmigen Stütz­ körper angeordnet und als konusförmiger Umlenkspiegel ausgebil­ det, der das ihm zugeleitete, von einem Hochleistungs-Laserge­ nerator emittierte Strahlenbündel gleichzeitig auf die im kreisförmigen Stützkörper innenseitig angeordneten Reflektoren gleichzeitig umlenkt und damit entsprechend aufspaltet. Die Re­ flektoren sind hier als Konkavspiegel ausgebildet, die die auf sie aufgespaltet einfallenden Parallelstrahlenbündel zu fokus­ sieren erlauben. Hierdurch werden die einzelnen Perforationen im über die Fördertrommel vorstehenden Filter der die Perfo­ rierstation gerade passierenden Zigarette erzeugt. Der wesent­ liche Nachteil dieser vorbekannten Perforationsmethode besteht darin, daß sie wegen der erforderlichen Verwendung eines Hoch­ leistungslasers außerordentlich kosten- und auch raumaufwendig ist. Dabei ist zu bedenken, daß eine in ihrem Filter zu perfo­ rierende Zigarette üblicherweise mit 22 bis 36 Perforationslö­ chern versehen wird. Daher muß im vorbekannten Falle die vom Hochleistungslaser erzeugte Strahlung zugleich in entsprechend viele Einzelstrahlenbündel aufgespalten und diese müssen unter­ einander auch identisch und exakt auf die die Perforierstation durchwandernde Zigarette ausgerichtet werden. Auch sind dabei die durch Aufspaltung erzeugten Einzelstrahlbündel nur recht schwierig zu kontrollieren. Hauptsächlich sind es aber die ho­ hen Anschaffungs- und Betriebskosten für den dabei notwendigen Hochleistungs-Lasergenerator, der das bekannte Perforationsver­ fahren vergleichsweise unwirtschaftlich macht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren sowie eine Vorrichtung zum Erzeugen von Perforationen in stabförmigen Gegenständen, insbesondere Zigaretten, zu schaf­ fen, bei dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden und mit denen man eine zuverlässigere Perforation der Filterziga­ retten bei zugleich wesentlich verringertem Kostenaufwand er­ zeugen kann.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem vorbekannten Verfah­ ren der eingangs bezeichneten Gattung verfahrensmäßig nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Reflektoren einzeln nachein­ ander in bestimmter Reihenfolge beaufschlagt werden, wobei die Reflektoren auf dem Stützkörper in einer so geformten Herz- Kurve angeordnet sind, daß die Entfernung zwischen Fokussions­ punkt und zugehörigem Perforationspunkt auf dem Gegenstand kon­ stant und gleich der Brennweite des Strahlenbündels ist. Hier­ durch wird also der zu perforierende Gegenstand, insbesondere also das Filtern einer Zigarette, auf ihrem Weg durch die Per­ forierstation von entsprechend aufeinanderfolgenden einzelnen Laserstrahlenbündeln beaufschlagt. Da man dazu mit einer we­ sentlich leistungsärmeren und auch räumlich kleineren Laser­ quelle auskommt, ist diese Perforationsmethode wesentlich ko­ sten- und raumsparender.

Die einzeln nacheinander erfolgende Beaufschlagung der Re­ flektoren wird vorteilhaft durch rotierendes Umlenken des vom Laser-Generator erzeugten Strahlenbündels bewirkt, dessen Fo­ kussierung entweder durch die Reflektoren oder aber bereits durch ein den Reflektoren vorgeschaltetes Fokussionsmittel, z. B. eine Sammellinse, erfolgt.

Zur vorrichtungsmäßigen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Reflektoren auf dem Stützkörper herzkurven­ förmig angeordnet und ist der Umlenkreflektor umlaufend so an­ zutreiben, daß dadurch das auf ihn vom Laser-Generator ein­ fallende Strahlenbündel nacheinander zu den am Stützkörper vor­ handenen Reflektoren umgelenkt wird.

Die Erfindung wird anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schaubildliche und etwas schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der Perforier-Vorrich­ tung,

Fig. 2 eine schaubildliche und etwas schematische Ansicht einer gegenüber Fig. 1 variierten Ausführungsform und

Fig. 3 ein die Arbeitsweise der Fig. 1 veranschaulichendes Funktionsdiagramm.

In Fig. 1 ist eine Fördertrommel 1 dargestellt, die auf ei­ nem nicht gezeigten Maschinengestell umlaufend antreibbar gela­ gert ist und die an ihrem Umfang mehrere Aufnahmerinnen 2 be­ sitzt. Letztere sind mit nicht dargestellten Sauganschlüssen versehen und nehmen jeweils eine Zigarette auf, deren Filter 4 aus der Aufnahmerinne 2 herausragt, also über die Stirnwand der Fördertrommel 1 vorsteht.

Während der Umlaufbewegung der Trommel 1 wird jede Ziga­ rette 3 an der Perforierstation 5 vorbeibewegt, wobei im Filter 4 eine Mehrzahl von nicht dargestellten Perforationen erzeugt wird, deren Durchmesser in der Größenordnung von mehreren Hun­ dertstel-Millimetern liegen.

Die vorerwähnten Perforationen werden mit Hilfe der Perfo­ riervorrichtung 6 erzeugt, die einen Laserstrahlen-Generator 7 besitzt, der ein Laserstrahlenbündel 8 auf einen Reflektor 9 wirft, der das Strahlenbündel 8 auf einen weiteren Reflektor 10 wirft, der auf einem drehbeweglichen Körper 11 angeordnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Körper 11 von ei­ nem Rohr gebildet, das um seine Längsachse drehbeweglich in ei­ nem nicht dargestellten Stützkörper gelagert ist und das nach einem bestimmten Geschwindigkeits-Gesetz durch die Antriebsein­ richtung 12 über den Getriebezug 13 umlaufend anzutreiben ist. Der Reflektor 10 hat eine geneigte Reflexionsoberfläche 14, die einem Schlitz 15 im Rohr 11 gegenüberliegt und so angeord­ net ist, daß sie während der Drehbewegung des Rohres 11 tangen­ tial zu einer konischen, nicht dargestellten Oberfläche bleibt, deren Achse mit der des Rohres 11 und des Strahlenbündels 8 in dessen zwischen den Reflektoren 9 und 10 gelegenem Abschnitt übereinstimmt.

Der Umlenkreflektor 10 arbeitet so, daß er das einfallende Strahlenbündel 8 an die Perforierstation 5 ablenkt, die einen ringförmigen Stützkörper 16 für eine Mehrzahl von Reflektoren 17 besitzt, die nach einem vorbestimmten Gesetz längs der inne­ ren, herzkurvenförmigen Oberfläche des Stützkörpers 16 verteilt angeordnet sind. Der Stützkörper 16 ist in dem zwischen dem Re­ flektor 10 und den freien Enden der Zigarettenfilter 4 gelege­ nen Raum angeordnet und reicht ganz um die Achse des rotieren­ den Rohres 11 herum.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel er­ reicht das Strahlenbündel 8 die Reflektoren 17, ohne daß es vorher einer Fokussierung unterworfen wird. Das geschieht erst durch die Reflektoren 17, die zu diesem Zweck jeweils als kon­ kave Fokussionsspiegel, also als Sammelspiegel ausgebildet sind.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Variante wird das Strahlen­ bündel 8 schon vor den Reflektoren 19 durch eine Sammellinse 18 fokussiert, die zwischen den Reflektoren 9 und 10 angeordnet ist und mit ihrer Achse mit der des rotierenden Rohres 11 über­ einstimmt. Demzufolge sind hier die konkaven Reflektoren 17 der Fig. 1 durch als Planspiegel ausgebildete Reflektoren 19 er­ setzt, die auf dem Stützkörper 20 wiederum herzkurvenförmig an­ geordnet sind, dessen Form jedoch von der des Stützkörpers 16 aus weiter unten noch beschriebenen Gründen abweicht.

Die Arbeitsweise der Perforiereinrichtung 6 der Fig. 1 sei anhand des Diagramms der Fig. 3 beschrieben. Wie Fig. 1 zeigt, läuft die Fördertrommel 1 im Gegenuhrzeigersinne so um, daß sie die zu perforierenden Zigaretten 3 an der Perforierstation 5 mit einer bestimmten konstanten Geschwindigkeit vorbeibewegt. Wie Fig. 3 zeigt, wandert dabei jede Zigarette 3 beim Passieren der Perforierstation 5 auf einem "Perforier"-Bogen, der im Sinne der Vorwärtsbewegung der Zigaretten 3 an der Stelle 21 be­ ginnt und an der Stelle 22 endet, und zwar auf einer Kurve 23, die von den Längsachsen der Zigaretten 3 beschrieben wird. Die Länge des auf der Kurve 23 gelegenen Bogens 21-22 stimmt im vorliegenden Fall mit dem über den Umfang der Fördertrommel 1 gemessenen Abstand zwischen zwei benachbarten Aufnahmerinnen 2 überein. Während eine Zigarette 3 den Bogen 21-22 durchwan­ dert, emittiert der Generator 7 einen Reihenimpuls von Laser­ strahlenbündeln 8, von denen jedes durch den im Uhrzeigersinn rotierenden Reflektor 10 auf die in Reihe angeordneten Reflek­ toren 17 nacheinander geworfen wird, deren auf der Herz-Kurve 25 liegende Zentren in Fig. 3 durch die Punkte 24 markiert sind. Die nacheinander folgenden Strahlenbündel 8 werden von den ent­ sprechend beaufschlagten Reflektoren 17 nacheinander auf die auf dem "Perforier"-Bogen 21-22 gelegenen Stellen 26 gewor­ fen, wo sie jeweils im Filter 4 der betreffenden Zigarette eine Perforation erzeugen.

Die Herz-Kurve 25 ist so geformt, daß die Distanz "L" zwi­ schen jedem Reflektor 17 und jeder Stelle 26, die als mit dem entsprechenden Perforationspunkt auf dem Filter 4 zusammen­ fallend angenommen werden kann, im wesentlichen gleich der Brennweite des Strahlenbündels 8 ist, wobei im vorliegenden Fall jeder Reflektor 17 also als Fokussionselement dient.

Es versteht sich, daß die in Fig. 3 erscheinende Distanz "L" und auch die Kurve 25 den tatsächlichen Verhältnissen nicht exakt entsprechen, sondern nur die Projektionen der diesbezüg­ lichen Größen auf eine senkrecht zur Achse der Fördertrommel 1 verlaufende Ebene darstellen. Die Kurve 25 kann auch eine von Fig. 3 abweichende Form besitzen, da diese nur für den Fall gilt, daß die Fördertrommel 1 und der Umlenkreflektor 10 in entgegengesetztem Sinne rotieren. In jedem Falle wird die Kurve 25 aber so geformt, daß die Entfernung zwischen jedem Perfora­ tionspunkt und dem zugehörigen Fokussionselement, gemessen längs der Achse des Strahlenbündels 8, konstant und gleich der Brennweite ist.

Aufgrund des Vorbeschriebenen ist leicht zu verstehen, warum die Stützkörper 16 und 20 sich in ihrer Form voneinander unterscheiden. Während nämlich der Stützkörper 16 so geformt ist, daß der Abstand zwischen jedem fokussierenden Reflektor 17 und dem zugehörigen Perforationspunkt 26 während der jeweiligen Emission des Strahlenbündels 8 konstant bleibt, muß die Form beim Stützkörper 20 so sein, daß dabei die Summe zweier Distan­ zen konstant bleibt, deren eine der von dem Strahlenbündel 8 zwischen dem rotierenden Umlenkreflektor 10 und jedem Reflekto­ ren 19 zu durchlaufende Abstand ist, während die andere Distanz dem Abstand zwischen jedem Reflektor 19 und dem zugehörigen Perforationspunkt des Strahlenbündels 8 entspricht, und zwar jeweils auch im Augenblick der Emission des betreffenden Strah­ lenbündels 8.

Bei einer anderen nicht dargestellten Ausführungsvariante können die in Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen derart abgeändert werden, daß sie nicht nur einen, sondern zwei Ringreihen von Perforationen mit bestimmtem Abstand zueinander erzeugen können. Ein ähnliches Ergebnis kann dadurch erzielt werden, daß die Vorrichtungen nach Fig. 1 und 2 in dem Sinne ab­ geändert werden, daß man auf dem Stützkörper 16 oder 20 zwei Reihen von Reflektoren anbringt, die mit zugehörigen rotieren­ den Umlenkreflektoren 10 zusammenarbeiten, die die entsprechen­ den Strahlenbündel 8 von entsprechenden Generatoren 7 erhalten oder auch nur von einem einzigen Generator, dessen Strahlung durch in der einschlägigen Technik bekannte Mittel entsprechend aufgeteilt wird.

Die vorbeschriebenen, nicht dargestellten Varianten können mit Vorteil verwendet werden, wenn man etwa sogenannte "Doppel- Zigaretten" perforieren will, d. h. wenn man zwei noch nicht endgültig fertiggestellte, koaxial liegende Zigaretten hat, die an ihren Köpfen mittels eines Doppelfilters miteinander verbun­ den sind, das dann nachträglich getrennt wird, um daraus zwei individuelle Filterzigaretten zu erhalten.

Im vorbeschriebenen Falle und beispielsweise bei Anwendung der in Fig. 1 beschriebenen Arbeitsweise kann man dafür zwei Fördertrommeln 1 miteinander verbinden, die jeweils ein ent­ sprechendes Ende der vorerwähnten Doppelzigaretten tragen und einen Abstand voneinander besitzen, der zumindest gleich der Länge der beiden zunächst noch zusammenhängenden Filter 4 ist.

In diesem Zwischenraum wird ein ringförmiger Stützkörper ange­ ordnet, der ähnlich dem Stützkörper 16 beschaffen aber mit Re­ flektoren 17 versehen ist, die über zwei Ringflächen verteilt angeordnet sind und so betrieben werden, daß sie jeweils ein entsprechendes Strahlenbündel von einem entsprechenden rotie­ renden Reflektor 10 erhalten. Bei den vorbeschriebenen Ausfüh­ rungsvarianten kann mit einem einzigen Laser-Generator 7 gear­ beitet werden, dessen Strahlenbündel 8 zwischen den beiden Trommeln 1 eindringen, z. B. entlang einer zentralen Öffnung in der rohrförmigen Achse einer der beiden Trommeln 1 und nachdem das Strahlenbündel in zwei gleiche Strahlenbündel zerlegt wor­ den ist, z. B. mittels teilweise reflektierender Spiegel, errei­ chen die beiden Strahlenbündel dann die Reflektoren 10.

Es versteht sich, daß der ringförmige Stützkörper für die Erzeugung von Perforationen in "Doppel"-Zigaretten bzw. für die doppelte Ringanordnung von Reflektoren unterteilt werden muß, und zwar durch zwei im wesentlichen diametral verlaufende Schnitte in zwei Halbringe, von denen einer zwischen den Trom­ meln 1 und der andere radial außerhalb davon angeordnet wird, damit die Doppel-Zigaretten durch die Perforierstation 5 hin­ durchwandern können.

Claims (7)

1. Verfahren zum Erzeugen von Perforationen in stabförmigen Gegenständen, insbesondere Zigaretten, bei dem der zu per­ forierende Gegenstand durch eine Perforierstation hin­ durchbewegt und dabei dem Einfluß von fokussierter Laser­ strahlung unterworfen wird, die durch Reflektoren erzeugt wird, die auf einem zum zu perforierenden Gegenstand ko­ axial ausgerichteten, ringförmigen Stützkörper der Perfo­ rierstation angeordnet sind, indem die Reflektoren von ei­ nem von einem Laser-Generator kommenden und von einem Um­ lenkreflektor abgelenkten Strahlenbündel beaufschlagt wer­ den, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren (17, 19) einzeln nacheinander in bestimmter Reihenfolge be­ aufschlagt werden, wobei die Reflektoren (17, 19) auf dem Stützkörper (16, 20) in einer so geformten Herz-Kurve (25) angeordnet sind, daß die Entfernung zwischen Fokussions­ punkt und zugehörigem Perforationspunkt auf dem Gegenstand (3) konstant und gleich der Brennweite des Strahlenbündels (8) ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzeln nacheinander erfolgende Beaufschlagung der Re­ flektoren (17, 19) durch rotierendes Umlenken des vom La­ ser-Generator (7) erzeugten Strahlenbündels (8) bewirkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierung des Strahlenbündels (8) durch die Reflek­ toren (17) erfolgt (Fig. 1).

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierung des Strahlenbündels (8) durch ein den Re­ flektoren (19) vorgeschaltetes Fokussionsmittel, z. B. eine Sammellinse (18) erfolgt (Fig. 2).

5. Vorrichtung zum Erzeugen von Perforationen in stabförmigen Gegenständen, insbesondere Zigaretten, nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, mit einem trommelförmigen, umlaufenden Förderer, der die zu perforierenden Gegenstände nacheinan­ der durch die Perforierstation hindurchbewegt, wobei letz­ tere mit einem zum zu perforierenden Gegenstand koaxial ausgerichteten ringförmigen Stützkörper und einer Vielzahl darauf innenseitig vorhandener Reflektoren, sowie dem La­ ser-Generator und einem das von letzterem ausgehende Strahlenbündel umlenkenden, mittig zu den Reflektoren an­ geordneten Umlenkreflektor ausgerüstet ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Reflektoren (17, 19) auf dem Stütz­ körper (16, 20) herzkurvenförmig angeordnet und der Umlenk­ reflektor (10) umlaufend so anzutreiben ist, daß dadurch das auf ihn vom Laser-Generator (7) einfallende Strahlen­ bündel (8) nacheinander zu den am Stützkörper (16, 20) vor­ handenen Reflektoren (17, 19) umgelenkt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der auf dem Stützkörper (16) vorhandenen Reflek­ toren aus einem konkaven Fokussionsspiegel (17) besteht (Fig. 1).

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der auf dem Stützkörper (20) vorhandenen Reflek­ toren aus einem Planspiegel (19) besteht und letzteren bzw. dem rotierenden Umlenkreflektor (10) Fokussionsmit­ tel, z. B. in Gestalt der Sammellinse (18), vorgeschaltet sind (Fig. 2).