DE3418188A1

DE3418188A1 - Vorrichtung zur erzeugung von mindestens zwei nebeneinanderliegenden perforations-reihen in cigaretten bzw. filterbelag oder filterumhuellungspapier

Info

Publication number: DE3418188A1
Application number: DE19843418188
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl.-Ing. Dr. 2000 Norderstedt Weinhold
Original assignee: BAT Cigarettenfabriken GmbH
Current assignee: British American Tobacco Germany GmbH
Priority date: 1984-05-16
Filing date: 1984-05-16
Publication date: 1985-11-21
Also published as: DE3418188C2; IT8520709A0; US5060668A; IT1184233B

Description

Patentanwalt Pirmaterstraße3a

— r. . D-8000 München 70

DipL-Phys. Dr. Lothar Marx „ Telefon 089/713813

7 Telex 5212312 marx d 3418188

Anwaltsakte 6541 J 6. Mai 1984

Vorrichtung zur Erzeugung von mindestens zwei nebeneinanderliegenden Perforations-Reihen in Cigaretten bzw. Filterbelag- oder Filterumhüllungspapier

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von mindestens zwei nebeneinanderliegenden Perforations-Reihen in Cigaretten bzw. Filterbelag- oder Filterumhüllungspapier der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

In Verbindung mit der Einführung von ventilierten Cigaretten sind eine Reihe von verschiedenen Verfahren für die Erzeugung der Perforations-Zonen entwickelt worden, die aus einer Reihe von Ventilations-Löchern bzw. Schlitzen bestehen.

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In der Praxis werden im wesentlichen zwei Verfahren eingesetzt, nämlich die elektrostatische Perforation oder

_ die Perforation mit einem gepulsten und fokussierten ο

Laserstrahl. Hierbei werden entweder die Hüllmaterialien, also Filterbelag- oder Filterumhülluhgspapier, oder aber die fertigen Cigaretten perforiert.

Die Perforation der Hüllmaterialien erfolgt entweder auf separaten Maschinen, die nicht in den * Verfahrensablauf einer Produktionsanlage integriert sind (off- line)^ oder im Verlauf der Produktion der Cigaretten selbst (on-line) .

Die Perforation von fertigen Doppel-Cigaretten wird während der Produktion, also on-line durchgeführt, wobei entweder die einzelnen Löcher nacheinander durch je einen Laserimpuls oder aber alle Löcher der Cigarette gleichzeitig durch je einen Laserimpuls erzeugt werden. Je Einzelcigarette entsteht so eine einzige Reihe von aufeinanderfolgenden Perforationen.Bei gepulstem Laser muß die Cigarette um ihre Längsachse um 360° gedreht werden. Dazu sind zum Teil sehr aufwendige Lösungen

bekannt.
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In den Hüllmaterialien, also Filterbelag- und Filterumhüllungs-Papier, können ein- oder mehrreihige Perforationszonen erzeugt werden. Außerdem ist es für fertige

Einzel-Cigaretten bekannt, zweireihige Perforationszonen 30

mir gepulstem Laser auszubilden.

In beiden Fällen wird der von einer Laser-Lichtquelle kommende Strahl mittels eines Strahlteilers, nämlich eines teilreflektierenden Spiegels, in zwei Teilstrahlen aufgeteilt, die dann je mittels eines fokussierenden Linsenelementes auf das Hiillmaterial bzw. die fertige Ci-

garette gerichtet werden. Pro Teilstrahl wird also ein fokussierendes Linsenelement benötigt.

Bei der Perforation von Hüllmaterialien können mehrere 5

Strahlteiler hintereinander geschaltet werden, so daß auch mehr als zwei Perforationsreiheh ausgebildet werden können. Bei der Perforation von fertigen Cigaretten in der Filteransetzmaschine ist dies nicht ohne weiteres möglich, da die Strahlteiler mit Linsenjrelativ viel Raum einnehmen und deshalb nicht in einer "üblichen Produktionsanlage untergebracht werden können.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung von mindestens zwei nebenein-

anderliegenden Perforationsreihen pro Cigarette bzw. Papierbahn der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten.

Insbesondere soll eine Vorrichtung vorgeschlagen werden,

mit der problemlos auf engem Raum mit einem einzigen optischen Element mindestens zwei Teilstrahlen gebildet und gleichzeitig fokussiert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den ünteransprüchen zusammengestellt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf der Ausnutzung der Tatsache, daß jedes Stück einer Sammellinse seinen eigenen Brennpunkt hat; diese Brennpunkte fallen zusammen, wenn die einzelnen Stücke in der üblichen Weise zu einer Sammellinse zusammengesetzt

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werden; sie fallen jedoch nicht zusammen, wenn die einzelnen Teile der Sammellinse auf andere Weise geformt oder zusammengesetzt werden, bspw. zueinander verschoben sind, so daß dann mindestens zwei Brennpunkte entstehen.

Damit lassen sich optische Elemente realisieren, die mindestens zwei Brennpunkte haben.

Dieses optische Element, das aus mindestens zwei Berei-10

chen einer Sammellinse besteht, erfüllt also sowohl Strahlteilungs- als auch Fokussier-Funktion und nimmt nur wenig ' Raum ein, so daß es auch noch nachträglich in vorhandene Produktionsanlagen eingebaut werden kann. Dadurch können auch vorhandene Anlagen noch umgerüstet werden, ohne daß sonst etwas geändert werden muß.

Wegen des geringen Raumbedarfes wird es bspw. auch möglich, unter Benutzung der in Laserperforationsanlagen

vorgesehenen, teilreflektierenden Spiegel zwei Teilstrah-20

len zu erzeugen, die dann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung in vier Teilstrahlen zerlegt werden. Dadurch lassen sich bspw. zwei nebeneinanderliegende Perforationsreihen in jedem Filterteil einer Doppelcigarette

erzeugen.
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Die Lichtintensität jedes Teilstrahls im Brennpunkt entspricht dem Anteil des Laserstrahls, der auf das zu diesem Brennpunkt gehörende Linsenstück auftrifft.

Die Brennflecke in den beiden Brennpunkten eines solchen optischen Elementes sind nicht kreisförmig; auf die Erzeugung von einwandfreien Perforationslöchern hat dies jedoch keinen nachteiligen Einfluß.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schema-

tischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungs-

_ gemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von vier
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nebeneinanderliegenden Perforationsreihen
unter Benutzung eines vorhandenen, herkömmlichen Laser-Perforationssystems,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Sammellinse,
Fig. 3 eine Seitenansicht der Sammellinse nach

Fig. 2,

fig. 4 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsführungsform eines optischen Elementes
mit zwei Brennpunkten,

Fig. 5 eine Seitenansicht des optischen Elementes
15

nach Fig. 4,

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines optischen Elementes, und
Fig. 7 eine Seitenansicht des optischen Elementes

nach Fig. 6.
20

Die aus Fig. 1 ersichtliche, allgemein durch das Bezugszeichen 10 angedeutete Vorrichtung zur Erzeugung von vier nebeneinanderliegenden Perforationsreihen in Cigaretten bzw. Filterbelag- oder Filterumhüllungspapier weist eine handelsübliche Laser-Lichtquelle 11 auf, die einen parallelen Laserstrahl 12 erzeugt.. Dieser Laserstrahl 12 wird an einem teilreflektierenden Spiegel 16 in einen ersten, reflektierten Teilstrahl 18 und in einem zweiten,

durchgelassenen Teilstrahl 16 aufgeteilt. Der durchgelas-30

sene Teilstrahl 16 fällt auf einen zweiten, total reflektierenden Spiegel 20, der einen zweiten, reflektierten Teilstrahl 22 liefert, welcher parallel zum Teilstrahl 18 verläuft.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die beiden

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Spiegel 14, 20 in einem Winkel von 45° zur Richtung des Laser-Lichtstrahls 12 angeordnet, so daß sich eine Umlenkung der beiden Teilstrahlen 18, 22 in Bezug auf den Laser-Lichtstrahl 12 von 90° ergibt, wie es bei Cigarettenmaschinen aus räumlichen Gründen erforderlich ist.

Die bisher beschriebene Konfiguration mit der Laserlichtquelle 11 und den beiden Spiegeln 14, 20 ist in Verbindung mit handelsüblichen Sammellinsen zur Fokussierung der beiden Teilstrahlen 18, 22 auf dem "Markt erhältlich und kann zwei parallel zueinander verlaufende Perforationsreihen aus einzelnen Perforationslöchern erzeugen, wenn die Laserlichtquelle 11 pulsierend betrieben wird.

Bei der Vorrichtung 10 nach Fig.l werden jedoch die beiden fokussierenden Sammellinsen durch neue, noch zu erläuternde optische Elemente 24, 26 ersetzt, die die beiden Teilstrahlen 18, 22 in jeweils zwei weitere

Teilstrahlen mit zwei Brennpunkten 25a, 25b bzw. 26a, 26b 20

zerlegen, so daß durch den einfachen Ersatz der handelsüblichen Sammellinsen durch die neuen optischen Elemente 24, 26 insgesamt vier Perforationsreihen erzeugt werden können.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 5 soll zunächst eine erste Ausführungsform des optischen Elementes 24, 26 beschrieben werden. Die Fig. 2 und 3 zeigen eine herkömmliche, bikonvexe Sammellinse, die in Draufsicht

(siehe Fig. 2) Kreisform hat und aus zwei gleichen Hälf-30

ten besteht, wie man in Fig. 3 erkennt.

Zerschneidet man nun eine solche herkömmliche Sammellinse 30 entsprechend Fig. 2 in die drei Teile 30a, 30b und 32,

d.h., in einen zentralen Bereich 32 und zwei Randbereiche 35

30a und 30b und setzt man - unter Fortlassen des zentralen Bereiches 32 - die beiden Randbereiche 30a und

30b zusammen, wie es aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, so entsteht ein optisches Element 24, das aus dem zugehörigen Teilstrahl 18 zwei weitere fokussierte Teilstrahlen mit den Brennpunkten 25a und 25b erzeugt.

Vorzugsweise läßt sich ein optisches Element 24, 25 durch entsprechendes Schleifen oder durch sonstige Bearbeitung aus einem homogenen, einstückigen Rohling oder Ausgangsmaterial gewinnen.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Variante, bei der eine herkömmliche, der Darstellung nach Fig. 2 entsprechende Sammellinse 40 längs ihrer Mittellinie zerschnitten und

,_ in zwei identische Hälften 40a, 40b zerteilt wird. Diese

beiden Hälften werden dann an ihren Anlageflächen um die Strecke ^i verschoben und zusammengesetzt, wie man in den Fig. 6 und 7 erkennt, wodurch ein zusammengesetztes, optisches Element entsteht, das aus einem Teilstrahl 39 zwei Teilstrahlen mit den Brennpunkten 41a, 41b erzeugt.

Bei Bedarf können auch mehr als zwei Teile oder Bereiche einer Sammellinse 30 auf die beschriebene Weise zusammengesetzt oder aus einem Rohling geschliffen und damit aus einem einzigen Teilstrahl auch mehr als zwei Teilstrahlen gebildet werden.

Dieses optisches Element kann sowohl für die Erzeugung von mindestens zwei Perforationsreihen in Filterbelagoder Filterumhüllungspapier als auch für die Erzeugung 30

von mindestens zwei Perforationsreihen in fertigen Cigaretten bei herkömmlichen Cigarettenmaschinen benutzt werden. Dabei sind jeweils zwei Cigaretten über einen Doppelfilter miteinander verbunden, so daß in jedem

Filter mindestens zwei Perforationsreihen erzeugt werden 35

können. Anschließend werden die Doppelcigaretten zer-

. schnitten, wodurch jeweils zwei Filtercigaretten entstehen.

_ Die beschriebenen Formen der optischen Elemente 24, b

26 können erreicht werden, indem sie aus je einem Sammellinsen-Rohling 30 auf die entsprechende Weise geschliffen werden. Als Alternative hierzu ist es auch möglich, eine Sammellinse 30 auf die erörterte Weise zu zerschneiden und dann die einzelnen Teile 30a, 30b bzw. 40a, 40b fest, beispielsweise durch Kleben oder Kitten, miteinander zu verbinden. Außerdem können die einzelnen Teile "30a, 30b bzw. 40a, 40b auch beweglich miteinander verbunden werden, d. h., die Teile können relativ zueinander verschoben werden, wodurch eine Änderung des 15

Abstandes der erzeugten Brennpunkte möglich wird.

Bei der Ausführungsform des optischen Elementes 24 nach den Figuren 4 und 5 hängt der Abstand zwischen den beiden Brennpunkten 25a, 25b von der Breite des Verschnit-20

tes 32 bzw. von der durch den Schliff erzeugten Kontur

ab und kann dadurch entsprechend den gestellten Anforderungen ausgelegt werden.

Bei der Ausführungsform nach den Figuren 6 und 7 hängt 25

der Abstand zwischen den beiden Brennpunkten 41a, 41b von der Verschiebung zwischen den beiden Hälften 40a, 40b ab.

Als Material für die optischen Elemente 24, 26 können 30

die Gläser eingesetzt werden, die fur Laserlicht, ins

besondere für CO^-Laserlicht der Wellenlänge 10
geeignet sind. Gute Ergebnisse werden mit optischen Elementen 24, 26 aus Gläsern mit Zinkselenid (ZnSe) erhalten.

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Claims

Patentanwalt Pirmaterstraße3a — D-8000 München 70 Diph-Phys. Dr. Lothar Marx Telefon 089/713813 Telex 5212312 marx d Anwaltsakte 6541 Ί 6. Mai 1984 B.A.T. Cigaretten-Fabriken GmbÖ Alsterufer 4 2000 Hamburg 36 Vorrichtung zur Erzeugung von mindestens zwei nebeneinanderliegenden Perforations-Reihen in Cigaretten bzw. Filterbelagoder Filterumhüllungspapier Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Erzeugung von mindestens zwei nebeneinanderliegenden Perforations-Reihen in Cigaretten bzw. Filterbelag- oder Filterumhüllungspapier
a) mit einer Laser-Lichtquelle,

b) mit mindestens einem Strahlteiler für die Bildung von mindestens zwei Teilstrahlen aus dem Ausgangsstrahl der Laser-Lichtquelle, und

c) mit einem fokussierenden Linsenelement.

dadurch gekennzeichnet, daß

— 2 —

_x o541 - 2 -

d) der Strahlteiler und das fokussierende Linsenelement durch ein einziges, optisches

Element (24,26) mit mindestens zwei

Brennpunkten (25a,25b;26a, 26b) gebildet werden,

e) das aus mindestens zwei Bereichen (30a,30b;
40a,40b) einer Sammellinse (30) besteht.

^₁Q

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die angegebenen Formen durch Herausschleifen aus einem Sammellinsen-Rohling (30) erreicht werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,-daß das optische Element (24, 26) die Form einer senkrecht zu ihrer Hauptebene mit breitem Verschnitt zerschnittenen Sammellinse (30) hat, deren Randteile (30a, 30b) wieder zusammengesetzt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element (24, 26) die Form einer Sammellinse (30) hat, die senkrecht zu ihrer Hauptebene in zwei gleiche Hälften zerschnitten ist, wobei die beiden Hälften (40a, 40b) nach einer Verschiebung gegeneinander zu dem optischen Element (24, 26) zusammengesetzt sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die angegebenen Formen durch Zerschneiden einer Sammellinse (40) und durch Zusammenfügen der entsprechenden Teile (30a, 30b; 40a, 40b) erreicht

werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (30a, 30b; 40a, 40b) verklebt oder ver-

_o_ kittet sind,
ob

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7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (30a, 30b; 40a_r 40b) der Sammellinse

_ zueinander beweglich sind. 5

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element (24, 26) aus Glas mit Zinkselenid (ZnSe) besteht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch

gekennzeichnet, daß Bereiche einer bikonvexen Sammellinse (30) verwendet werden.