DE3418188C2

DE3418188C2 -

Info

Publication number: DE3418188C2
Application number: DE3418188A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl.-Ing. Dr. 2000 Norderstedt De 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: 1987-09-03
Also published as: US5060668A; IT8520709A0; IT1184233B; DE3418188A1

Description

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 ent wickelt worden, die aus einer Reihe von Ventilationslöchern bzw. -schlitzen bestehen.

In der Praxis werden im wesentlichen zwei Verfahren eingesetzt, nämlich die elektrostatische Perforation oder die Perforation mit einem gepulsten und fokussierten Laserstrahl. Hierbei werden entweder die Hüllmaterialien, also Filterbelag- oder Filterumhüllungspapier, oder aber die fertigen Cigaretten perforiert.

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

Eine Vorrichtung zur Erzeugung von mindestens zwei nebeneinanderliegenden Perforations-Reihen in Cigaretten bzw. Filterbelag- oder Filterumhüllungs papier der angegebenen Gattung geht aus der GB-PS 16 02 133 hervor und weist eine Laser-Lichtquelle, mindestens einen Strahlteiler für die Bildung von mindestens zwei Teilstrahlen aus dem Ausgangsstrahl der Laser-Lichtquelle sowie je Teilstrahl ein fokussierendes Linsenelement auf.

Aus der DE-OS 32 18 739 ist es bekannt, die optischen Elemente für Laser- Systeme aus Zinkselenid (ZnSe) herzustellen.

Aus den JP-Z Patents Abstracts of Japan P 90, 20. Nov. 1981, Bd. 5, Nr. 182, Auszug aus der Veröffentlichung Nr. 56-1 10 902, ist eine Laser-Lichtquelle bekannt, bei der durch Verwendung einer zusammengesetzen Linse, die aus mehreren Kondensorlinsenstücken hergestellt wird, die Energieverteilung des Laserstrahls geändert werden kann. Die zusammengesetzte Linse besteht aus zwei Kondensorlinsenstücken, die durch Ausschneiden des die optische Achse enthaltenden Teils aus zwei üblichen, konvexen Linsen erhalten wird. Die Herstellung einer solchen zusammengesetzten Linse ist jedoch mühsam und um ständlich. Außerdem sind die Leistungsverluste beim Durchgang des Laser strahls durch diese Linse sehr hoch.

Bei der gattungsgemäßen Vorrichtung wird der von einer Laser-Lichtquelle kommende Strahl mittels eines Strahlteilers, nämlich in aller Regel mittels eines teilreflektierenden Spiegels, in zwei Teilstrahlen aufgeteilt, die dann jeweils mittels eines fokussierenden Linsenelementes auf das Pa pier bzw. die fertige Cigarette gerichtet werden. Pro Teilstrahl wird also ein fokussierendes Linsenelement benötigt.

Bei der Perforation von Hüllmaterialien können mehrere Strahlteiler hinter einander geschaltet werden, so daß sich auch mehr als zwei Perforationsrei hen ausbilden lassen. Bei der Perforation von fertigen Cigaretten in der Filteransetzmaschine ist dies jedoch nicht ohne weiteres möglich, da die Strahlteiler mit den zugehörigen fokussierenden Linsenelementen relativ viel Raum einnehmen und deshalb nicht in einer üblichen Produktionsanlage untergebracht werden können.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Er zeugung von mindestens zwei nebeneinanderliegenden Perforations-Reihen in Cigaretten bzw. Filterbelag- oder Filterumhüllungspapier der angegebenen Gattung zu schaffen, 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 An spruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die Merkmale der Unteransprüche 2 und 3 definiert.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf der Ausnutzung der Tat sache, daß jeder Teil einer Sammellinse seinen eigenen Brennpunkt hat; diese Brennpunkte fallen zuammen, wenn die einzelnen Teile in der üblichen Weise zu der Sammellinse zusammengesetzt werden; sie fallen jedoch nicht zusammen, wenn die einzelnen Teile der Sammellinse auf andere Weise geformt oder zu sammengesetzt werden, so daß dann zumindest zwei Brennpunkte entstehen. Un ter Ausnutzung dieses Prinzips lassen sich optische Elemente realisieren, die mindestens zwei Brennpunkte haben.

Würden insbesondere die Randteile einer senkrecht zu ihrer Hauptebene mit breitem Verschnitt zerschnittenen Sammellinse wieder zusammengesetzt, ergäbe sich ein optisches Element mit zwei Brennpunkten im Abstand der Verschnitt breite. Da an der Berührstelle der Schnittflächen hohe Energieverluste des durchtretenden Laserstrahls auftreten, ist es vorteilhaft, ein solches opti sches Element aus einem einzigen Sammellinsenrohling herauszuschleifen. Dadurch entsteht ein einstückiger, homogener Linsenkörper ohne jede Schnittlinie, so daß keine Leistungsverluste auftreten können.

Ein solches optisches Element erfüllt sowohl Strahlteilungs- als auch Fo kussier-Funktionen und nimmt nur wenig Raum ein, so daß es auch noch nachträglich in vorhandene Produktionsanlagen eingebaut werden kann. Dadurch lassen sich auch vorhandene Anlagen noch umrüsten, ohne daß sonst etwas geändert werden muß.

Die bisher üblichen Vorrichtungen weisen einen Tubus auf, in dem ein teil durchlässiger Spiegel und ein total reflektierender Spiegel angeordnet sind, die die Lichtstrahlen auf übliche, fokussierende Linsenelemente richten. Diese Linsenelemente befinden sich in einer rohrförmigen Fassung. Die Ein richtung hat zwei Laserausgänge, mit denen je eine Cigarette der als Doppel cigarette unter der Einrichtung durchlaufenden Cigaretten mit je einer Per forationsreihe versehen wird, bzw. mit denen zwei Perforationsreihen auf einer Bahn aus Hüllmaterial erzeugt werden.

Durch einfachen Austausch der bisher üblichen Linsenelemente gegen opti sche Elemente mit mindestens zwei Brennpunkten, die die gleiche Außenkontur haben, lassen sich solche im Handel erhältliche Lasersysteme problemlos von der Erzeugung von zwei Perforations-Reihen auf die Erzeugung von vier Per forations-Reihen umstellen.

Die in einer solchen Laserperforationsanlage vorgesehenen Spiegel erzeugen also in üblicher Weise zwei Teilstrahlen, die dann durch optische Elemente mit bspw. zwei Brennpunkten in vier Teilstrahlen zerlegt werden. Dadurch lassen sich bspw. zwei nebeneinanderliegenden Perforationsreihen in jedem Filterteil einer Doppelcigarette erzeugen.

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 Perforations löchern hat dies jedoch keinen nachteiligen Einfluß.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Be zugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von vier nebeneinanderliegenden Perforations- Reihen 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 Ausführungsform eines optischen Elementes mit zwei Brennpunkten, und

Fig. 5 eine Seitenansicht eines optischen Elementes nach Fig. 4.

Die aus Fig. 1 ersichtliche, allgemein durch das Bezugszeichen 10 angedeu tete Vorrichtung zur Erzeugung von vier nebeneinanderliegenden Perforations reihen in Cigaretten bzw. Filterbelag- oder Filterumhüllungspapier weist eine handelsübliche Laser-Lichtquelle 11 auf, die einen parallelen Laser strahl 12 erzeugt. Dieser Laserstrahl 12 wird an einem teilreflektierenden Spiegel 14 in einen ersten, reflektierten Teilstrahl 18 und in einen zwei ten, durchgelassenen Teilstrahl 16 aufgeteilt. Der durchgelassene Teilstrahl 16 fällt auf einen zweiten, total reflektierenden Spiegel 20, der einen zweiten, reflektierten Teilstrahl 22 liefert, welcher parallel zum Teil strahl 18 verläuft.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die beiden 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 be trieben wird.

Bei der Vorrichtung 10 nach Fig. 1 werden jedoch die beiden fokussierenden Sammellinsen durch neue, noch zu erläuternde optische Elemente 24, 26 er setzt, die die beiden Teilstrahlen 18, 22 in jeweils zwei weitere Teilstrah len mit zwei Brennpunkten 25 a, 25 b bzw. 26 a, 26 b 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 wird eine Ausführungsform der opti schen Elemente 24, 26 beschrieben. Die Fig. 2 und 3 zeigen eine her kömmliche, bikonvexe Sammellinse, die in Draufsicht (siehe Fig. 2) Kreis form hat und aus zwei gleichen Hälften besteht, wie man in Fig. 3 erkennt.

Denkt man sich nun eine solche herkömmliche Sammellinse 30 entsprechend Fig. 2 in die drei Teile 30 a, 30 b und 32 zerschnitten, d. h., in einen zentralen Bereich 32 und zwei Randbereiche 30 a und 30 b, und setzt man - unter Fortlassen des zentralen Bereiches 32 - die beiden Randbereiche 30 a und 30 b 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 25 a und 25 b erzeugt.

Ein solches optisches Element 24, 25 wird vorteilhafter Weise durch Her ausschleifen aus einem homogenen, einstückigen Sammellinsen-Rohling ge wonnen, d. h. der Sammellinsen-Rohling wird nicht in die beiden Teile 30 a, 30 b zerlegt und anschließend wieder zusammengesetzt, sondern erhält die aus den Fig. 4 und 5 ersichtliche Form durch entsprechende Schleifbearbei tung.

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

Dieses optische Element kann sowohl für die Erzeugung von mindestens zwei Perforationsreihen in Filterbelag- oder Filterumhüllungspapier als auch für die Erzeugung 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 können. An schließend werden die Doppelcigaretten zerschnitten, wodurch jeweils zwei Filtercigaretten entstehen.

Bei der Ausführungsform des optischen Elementes 24, 26 nach den Fig. 4 und 5 hängt der Abstand zwischen den beiden Brennpunkten 25 a, 25 b von der Breite des Verschnittes 32 bzw. von der durch den Schliff erzeugten, ent sprechenden Kontur ab und kann dadurch entsprechend den gestellten Anforde rungen ausgelegt werden.

Als Material für die optischen Elemente 24, 26 können die Gläser eingesetzt werden, die für Laserlicht, insbesondere für CO₂-Laserlicht der Wellenlän ge 10,6 µm, geeignet sind. Gute Ergebnisse werden mit optischen Elementen 24, 26 aus Gläsern mit Zinkselenid (ZnSe) erhalten.

Claims

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

a) mit einer Laser-Lichquelle,
b) mit mindestens einem Strahlteiler für die Bildung von mindestens zwei Teilstrahlen aus dem Ausgangsstrahl der Laser-Lichtquelle, und
c) mit einem fokussierenden Linsenelement,

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

d) der Strahlenteiler und das fokussierende Linsenelement werden durch ein einziges, optisches Element (24, 26) mit mindestens zwei Brenn punkten (25 a, 25 b; 26 a, 26 b) gebildet; und
e) das optische Element (24, 26) hat die durch Herausschleifen aus einem Sammellinsen-Rohling (30) erreichte Form einer senkrecht zu ihrer Hauptebene mit breitem Verschnitt zerschnittenen Sammellinse (30), deren Randteile (30 a, 30 b) wieder zusammengesetzt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element (24, 26) aus Glas mit Zinkselenid (ZnSe) besteht.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammellinsen-Rohling (30) bikonvex ist.