EA031890B1

EA031890B1 - Ободковая бумага с оптимизированной диффузией

Info

Publication number: EA031890B1
Application number: EA201691709A
Authority: EA
Inventors: Михель Линднер
Original assignee: Танпапир Гмбх
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2015-04-01
Publication date: 2019-03-29
Also published as: BR112016022615A2; WO2015149103A3; PH12016501827B1; TW201538822A; ES2690851T3; EA201691709A1; AR099885A1; KR20160140742A; MX2016012739A; JP2017518029A; EP3125702A2; CN106132647A; CA2944718A1; ZA201607535B; JP6606510B2; BR112016022615B1; CN106132647B; EA031890B9; US20210186085A1; MX367849B

Abstract

В соответствии с изобретением предлагается способ производства ободковой бумаги (4) с оптимизированной диффузией, предназначенной для табачных изделий, в частности для сигарет с фильтром, путем плазменного перфорирования полотна ободковой бумаги (4) в целях максимального уменьшения содержания монооксида углерода, причем коэффициент диффузии и проницаемость Р перфорированной ободковой бумаги (4) измеряют встроенным образом, и коэффициент диффузии доводят до максимума путем регулирования параметров перфорирования при постоянном соблюдении предварительно задаваемой номинальной проницаемости P.

Description

Изобретение относится к способу регулирования для перфорирования мундштучной обклеенной бумаги, обеспечивающему максимально возможное уменьшение содержания монооксида углерода, и к мундштучной обклеечной бумаге, изготовленной этим способом.

Уменьшение концентрации СО во время курения происходит, с одной стороны, в результате так называемого разбавления дыма, которое происходит за счет введения во внутреннюю область сигареты воздуха через конец табачного жгута, поры в сигаретной бумаге и оберточную бумагу или дополнительно за счет отверстий, которые образовались в результате перфорирования соответственно, и, с другой стороны, за счет диффузии монооксида углерода через поры или отверстия, которые образовались в результате перфорирования, соответственно из внутренней области сигареты наружу. Диффузия монооксида углерода, таким образом, происходит через те поры и отверстия, через которые вводится воздух, но в противоположном направлении. Диффузию монооксида углерода по направлению наружу можно также рассматривать как газообмен, так как при этом процессе газы, такие как кислород, азот и т.д., диффундируют во внутреннюю область сигареты. Разбавление дыма посредством введения воздуха часто также называется вентиляцией, при этом проводится различие между вентиляцией фильтра и вентиляцией табачного жгута в зависимости от того, через какую часть сигареты проходит воздух во внутреннюю область сигареты.

К степени разбавления имеет отношение сопротивление затяжке сигареты. Указанное сопротивление затяжке определяет, насколько велик объемный поток свежего воздуха, который всасывается через поры и отверстия сигареты при курении. Отношение объемного потока свежего воздуха через поры и отверстия отдельных частей сигареты к полному объемному потоку через мундштук сигареты называется степенью вентиляции, причем существует также различие между степенью вентиляции фильтра и степенью вентиляции табачного жгута.

Желательно, чтобы готовые сигареты имели равномерные соответственно разбавление или сопротивление затяжке, так как степень вентиляции может оказывать существенное влияние на привкус сигареты и модифицировать его.

Получаемая степень вентиляции зависит от проницаемости сигаретной бумаги и мундштучной обклеечной бумаги. Поэтому во время изготовления необходимо поддерживать постоянными как проницаемость сигаретной бумаги, так и проницаемость мундштучной обклеечной бумаги.

Для того чтобы можно было установить постоянную проницаемость независимо от свойств, таких как пористость (отношение объема пор к полному объему) применяемой бумаги-основы, бумага-основа для мундштучной обклеечной бумаги снабжена дополнительной регулируемой перфорацией.

Не считая табачного жгута и фильтра, общеизвестная сигарета с фильтром или даже традиционная гильзовая рубашка сигареты состоят из сигаретной бумаги, обертывающей табачный жгут, высокопористой бумаги для обертки фильтра и мундштучной обклеечной бумаги. Высокопористая бумага для обертки фильтра требуется тогда, когда применяется офлайновая или предварительно перфорированная мундштучная обклеечная бумага.

Мундштучная обклеечная бумага, часто называемая также ободковой бумагой или ободком, короче говоря, покрывает фильтр и оберточную бумагу фильтра. Это та часть сигареты с фильтром, которая сжимается губами человека, курящего сигарету в то время, когда делается затяжка сигаретой. Как правило, ободковая бумага также немного выступает в продольном направлении сигареты с фильтром в продольную область расположения табачных жгутов, обернута там вокруг сигаретной бумаги и соединена с ней клеевым соединением. Фильтрующую часть и табачный жгут механически соединяют друг с другом в машине для изготовления сигарет за счет образования этого клеевого соединения. Ободковая бумага часто представляет собой действительно бумагу, но может представлять собой, например, также пленку или фольгу. В том случае, если ободковая бумага выполнена в виде пленки или фольги, то первая из них может быть целлофановой. Мундштучная обклеечная бумага обычно имеет визуально привлекательный дизайн с печатным изображением. Этот дизайн с печатным изображением часто напоминает корковую пробку.

На конце табачного жгута мундштучная обклеечная бумага обычно выполняется так, чтобы она была частично перфорирована, так что во время затяжки сигаретой воздух из окружающей среды проходит в фильтр и там смешивается со струей дыма, выходящей из табачного жгута, снижая тем самым значения дыма.

Как правило, мундштучная обклеечная бумага перфорируется после нанесения печатного рисунка для исключения возможности повторного закрытия перфорационных отверстий в результате выполнения операции печатания.

Ввиду того, что бумага для обертки фильтра, которая находится под мундштучной обклеечной бумагой, выполняется высокопористой, полная или остальная проницаемость сигареты в области расположения фильтра ограничена пористостью мундштучной обклеечной бумаги. Пористость мундштучной обклеечной бумаги может быть получена соответственно путем выбора размера отверстия или путем выбора числа отверстий, которые выполняются перфорированием.

Таким образом, если остальные параметры сигареты (пористость сигаретной бумаги, бумаги для обертки фильтра, сопротивление затяжке табачного жгута и фильтра и т.д.), а также предварительно за

- 1 031890 данные целевые значения степени вентиляции или значения дыма сигареты известны соответственно может быть предварительно задано номинальное значение проницаемости мундштучной обклеечной бумаги. Целевые значения степени вентиляции и значения дыма обычно предварительно задаются производителем сигарет, в результате чего номинальное значение проницаемости может быть впоследствии установлено производителем мундштучной обклеечной бумаги и реализовано во время изготовления мундштучной обклеечной бумаги.

Из уровня техники известны способы, которые служат для регулирования проницаемости мундштучной обклеечной бумаги до получения предварительно заданного номинального значения путем перфорирования.

В документе ЕР 0056223 А2 показан способ регулирования электрической установки для перфорирования, согласно которому определяют проницаемость бумажного полотна по тому, какая доля электромагнитной волны (например, видимого светового излучения), которая направлена на перфорированное бумажное полотно, проходит сквозь него и отражается. Отклонение фактического значения проницаемости от ее номинального значения используется для регулирования энергии электроискрового разряда.

В документе DE 3016622 А1 показан способ регулирования электрической установки для перфорирования, согласно которому измеряют проницаемость бумажного полотна. Полученное таким образом измеренное значение используют для регулирования размера отверстия или числа отверстий перфорации путем изменения частоты и длительности разрядов и/или скоростей полотна.

В документе DE 2833527 А1 показан способ регулирования электрической установки для перфорирования, согласно которому измеряют проницаемость бумажного полотна. Полученное таким образом измеренное значение используют для регулирования размера отверстия перфорации путем изменения частоты разрядов. Это может происходить таким образом, что в случае достаточно высокой частоты пропускается ряд разрядов последовательно друг за другом через одно и то же перфорационное отверстие, при этом последнее, таким образом, с каждым разрядом становится немного шире. Предусмотрено, что сжатый воздух, предназначенный для охлаждения электродов, пропускают по направлению к концам последних.

В документе DE 2802315 А1 показан способ управления электрической установкой для перфорирования, согласно которому пористость бумажного полотна измеряют в испытательном устройстве. Полученное таким образом измеренное значение используют для регулирования размера отверстия перфорации посредством изменения частоты разрядов или путем отключения отдельных пар электродов для того, чтобы таким образом регулировать количество перфорационных отверстий.

В установках для перфорирования и способах регулирования, известных из уровня техники, на момент создания настоящего изобретения не рассматривалось влияние перфорирования на диффузию монооксида углерода. Причина этого может заключаться в том, что на момент создания настоящего изобретения преобладает мнение, что перфорация не влияет на диффузию монооксида углерода, или что посредством перфорирования невозможно влиять на указанную диффузию монооксида углерода в случае, если должна быть получена постоянная проницаемость.

Ввиду того, что уменьшение содержания монооксида углерода представляет собой существенный фактор влияния на здоровье, заявитель настоящего изобретения поставил перед собой задачу изучить влияние перфорирования на диффузию монооксида углерода и разработать мундштучную обклеечную бумагу с оптимизированной диффузией.

В основу изобретения поставлена задача создания улучшенного способа перфорирования мундштучной обклеечной бумаги, в котором должно быть максимально возможно понижено содержание монооксида углерода в дыме при постоянной проницаемости облицовочной бумаги для мундштука.

Для решения этой задачи предлагается выполнять перфорирование мундштучной обклеечной бумаги, которая может использоваться как непрерывное бумажное полотно или пленочное полотно, в регулируемом перфорирующем устройстве, причем коэффициент диффузии и проницаемость перфорированной мундштучной обклеечной бумаги определяют встроенным образом, то есть непосредственно на перфорационной машине, и коэффициент диффузии доводят до максимума путем регулирования параметров перфорирования при постоянном соблюдении предварительно задаваемой проницаемости.

Одна возможность заключается в измерении размера отверстия отверстий мундштучной обклеечной бумаги, изготавливаемой путем перфорирования и регулирования параметров перфорирования так, что устанавливают размер отверстия, обеспечивающий максимальную диффузию. Проницаемость мундштучной обклеечной бумаги поддерживают постоянной тем, что число перфорационных отверстий соответственно получают или регулируют в зависимости от размера полученного отверстия.

Благодаря этому двухступенчатому способу регулирования обеспечивается доведение до максимума диффузии монооксида углерода через перфорацию и поддержание постоянной проницаемости.

Как также пояснено теоретически ниже, заявителем настоящего изобретения установлено, что диффузия монооксида углерода достигает своего максимума тогда, когда диаметр отверстия отдельных перфорационных отверстий является минимальным. Поскольку по техническим соображениям диаметр отверстия невозможно выполнить сколь угодно малым, способ, предлагаемый согласно изобретению, за

- 2 031890 ключается в регулировании диаметра отверстия до минимального диаметра отверстия, достигаемого в зависимости от применения, и в адаптации к нему количества перфорационных отверстий для обеспечения требуемой проницаемости. Преимуществом по сравнению с известными из уровня техники техническими решениями является то, что обеспечивается максимальное уменьшение содержания монооксида углерода при соблюдении технических требований к проницаемости. Концентрация нежелательного монооксида углерода, таким образом, понижается в максимально возможной степени, не влияя на привкус и сопротивление затяжке сигареты.

Способ регулирования, предлагаемый согласно изобретению, наилучшим образом реализуется с использованием способа плазменного перфорирования, который разработан заявителем настоящего изобретения. С одной стороны, плазменное перфорирование, во-первых, обеспечивает возможность получения крайне малых диаметров отверстий и, с другой стороны, плазменное перфорирование позволяет очень точно и быстро регулировать параметры перфорирования.

Изобретение проиллюстрировано графическими материалами, в которых на фиг. 1 показана теоретическая корреляция между радиусом r отверстия перфорации и площадью А, которая может быть использована для диффузии, в зависимости от числа N отверстий при постоянной проницаемости Р;

на фиг. 2 показан пример конструкции головки для плазменного перфорирования в виде в разрезе;

на фиг. 3 показан пример конструкции другой головки для плазменного перфорирования в виде в разрезе;

на фиг. 4 показан в виде в разрезе пример конструкции следующей иллюстративной головки для плазменного перфорирования, имеющей в качестве источника энергии лазер;

на фиг. 5 показана функциональная блок-схема первого варианта регулирования согласно изобретению;

на фиг. 6 показана функциональная блок-схема второго варианта регулирования согласно изобретению;

на фиг. 7 показана схема установки для перфорирования согласно изобретению со схематическим показом регулирования.

Сначала теоретически поясняется физический подход без привязки к конкретной теории.

Уменьшение содержания монооксида углерода происходит путем разбавления струи дыма и путем диффузии. Уменьшение содержания монооксида углерода путем разбавления струи дыма определяется проницаемостью Р сигареты; следовательно, в случае предварительно заданной постоянной проницаемости Р максимально возможное понижение содержания СО должно происходить через доведение диффузии до максимума.

Перед тем как показать техническое решение через математический подход, будет описано через физические корреляции, как можно довести до максимума коэффициент диффузии при постоянной проницаемости Р. В данном документе под проницаемостью следует понимать проницаемость мундштучной обклеечной бумаги за счет перепада давления. Перепад давления создается в результате затяжки сигаретой. Грубо говоря, проницаемость в данном случае является мерой того, сколько свежего воздуха всасывается во внутреннюю область сигареты через перфорацию мундштучной обклеечной бумаги. Чем меньше перфорационные отверстия при постоянных плотности расположения отверстий или их числе соответственно, тем больше вызываемое ими сопротивление затяжке; поэтому чем меньше отверстия, тем ниже проницаемость. Под плотностью расположения отверстий следует понимать число отверстий на единицу площади.

В данном документе под коэффициентом диффузии следует понимать проницаемость мундштучной обклеечной бумаги за счет различия в концентрации. При этом концентрация монооксида углерода во время курения в сигарете выше, чем в окружающем воздухе. Диффузия монооксида углерода, таким образом, происходит в направлении, противоположном направлению притока свежего воздуха, из внутренней области наружу. Уровень диффузии наряду с различием в концентрации зависит от площади А, которая может быть использована для диффузии.

При этом много малых отверстий, имеющих такую же проницаемость Р, как и немногочисленные большие отверстия, в совокупности занимают большую по величине площадь А, чем немногочисленные большие отверстия. Таким образом, диффузия может быть доведена до максимума через перфорирование максимально возможного числа отверстий при сохранении постоянной проницаемости Р.

Проницаемость Р мундштучной обклеечной бумаги может быть модифицирована через параметры перфорации - размер отверстия и число отверстий. При этом проницаемость Р может быть аппроксимирована с использованием формулы

ПГ TIT⁴р =-8tj άΔρ^{ν 1}

Здесь η описывает динамическую вязкость воздуха, n - число отверстий, r - радиус отверстия, d толщина бумаги, Др - перепад давления между наружной стороной и внутренней стороной бумаги и v определяемый эмпирическим путем индекс проницаемости, который зависит от способа перфорирова

- 3 031890 ния.

Скорость диффузии монооксида углерода из сигареты получают приближенным методом как произведение коэффициента диффузии монооксида углерода в воздухе на площадь А, которая может быть использована для диффузии. Для настоящего наблюдения достаточно сказать, что скорость диффузии увеличивается с увеличением площади А, которая может быть использована для диффузии. Эту площадь А определяют по площади Γ²π отверстия, умноженной на число n отверстий

А = ηι²π.

В случае постоянной проницаемости Р выбирают отношение числа n отверстий к радиусу γ отверстия таким образом, чтобы сумма площадей отверстий была максимальной. Корреляция проницаемости Р, радиуса г отверстия, числа n отверстий и площади А диффузии показана на фиг. 1. В случае постоянного значения проницаемости Р радиус Γ отверстий монотонно убывает по мере увеличения числа n отверстий. И наоборот, площадь А диффузии (=r2nn) увеличивается по мере увеличения числа n отверстий и уменьшения радиуса г отверстия. Для доведения до максимума диффузии монооксида углерода через мундштучную обклеечную бумагу, таким образом, необходимо соответственно довести до максимума число отверстий или свести к минимуму размер отверстия.

Ограничивающим фактором в данном случае является размер отверстия, так как последний, будучи зависимым от способа перфорирования и типа применяемой мундштучной обклеечной бумаги, не может быть выполнен сколь угодно малым. Однако можно регулировать параметры перфорирования так, чтобы получить достижимый минимальный диаметр D _мин отверстия.

Ввиду того, что достижимый минимальный диаметр D _мин отверстия зависит от многих параметров (от толщины d бумаги, покрытия и типа бумаги, влажности воздуха, давления воздуха, колебаний выходной мощности источника энергии и т.д.), согласно изобретению предлагается измерять диаметр D отверстия встроенным образом оптическими средствами и использовать измеренные значения для регулирования параметров перфорации (выходной мощности источника энергии; длительности импульса энергии; расстояния, на которое источник энергии удален от бумажного полотна; типа, объема и давления подачи газа; скорости бумажного полотна и т.д.).

Число перфорационных отверстий адаптируют к достижимому минимальному диаметру D _мин отверстия. Это может быть достигнуто через вычисление или путем оптического измерения проницаемости Р перфорированного бумажного полотна.

Число n отверстий получают вычислением по формуле « ⁼--4--7Г Г*

Номинальная проницаемость P_sou может быть непрямым образом выражена соответственно через степень вентиляции или через значения дыма производителя сигарет соответственно. η, Др и v являются постоянными величинами или величинами, зависящими от применяемого технологического процесса перфорирования. Может быть вычислено таким образом требуемое число n отверстий, когда измерены соответственно толщина d бумаги и радиус г отверстия или диаметр D (D=2r) отверстия.

Предпочтительно проницаемость Р перфорированной бумаги измеряется в дополнительном втором контуре регулирования и число n отверстий соответственно регулируется так, чтобы сохранялось номинальное значение проницаемости Р.

Выполнение с двумя независимыми контурами регулирования возможно в том случае, если и когда параметры перфорирования для регулирования размера отверстия не влияют на число n отверстий и наоборот, число n отверстий не влияет на диаметр D отверстия.

Во многих перфорирующих головках число n отверстий может быть получено, например, поскольку отсутствует подача импульса энергии на отдельные перфорирующие головки. В случае если перфорирующая головка одна, число n отверстий может быть получено управляемым образом соответственно через количество или частоту импульсов энергии.

На фиг. 2 изображена перфорирующая головка для плазменного перфорирования, предназначенная для плазменного перфорирования бумажного полотна, в частности полотна мундштучной обклеечной бумаги или мундштучной обклеечной бумаги 4. По меньшей мере на одной плоской стороне мундштучной обклеечной бумаги 4 расположен источник энергии, который является наименьшим из возможного в смысле занимаемой им площади. В этом примере в качестве источника энергии применяется игольчатый электрод 2 или, более конкретно, между двумя электродами 2, 5 кратковременно прикладывается высокое напряжение (напряжение переменного тока или напряжение постоянного тока). Перфорирование может происходить в нормальной газовой среде или в специальной газовой среде, такой как защитная газовая среда или газовая среда с задаваемым газовым составом. При этом газовая среда может иметь нормальное давление или давление, которое является более высоким или более низким по сравнению с давлением окружающей среды (давлением воздуха).

Предпочтительно газовый состав может быть модифицирован непосредственно в месте нахождения плазмы независимо от окружающей среды.

Для этого электрод 2 предпочтительно закреплен в трубе 1. Труба 1 служит для транспортировки

- 4 031890 газа или газовой смеси под давлением. Для удобства обзора поток газа на фигурах наглядно представлен с помощью стрелок. На переднем конце трубы 1 расположено сопло 1.1. Сопло 1.1 закреплено так, чтобы оно было расположено концентрично вокруг электрода 2 в области рабочего конца последнего, который обращен к мундштучной обклеечной бумаге 4. Газ или газовая смесь под давлением, таким образом, вводится кольцевым образом вокруг электрода 2 по направлению к мундштучной обклеечной бумаге 4 через полость 1.2, которая ограничена трубой 1 и соплом 1.1. С другой стороны от ободковой бумаги 4 может быть расположен игольчатый противоэлектрод 5, который выполнен аналогичным образом, или планарный противоэлектрод 5, который показан на фиг. 3.

В результате введения инертного газа или газовой смеси, имеющей высокую концентрацию инертного газа на протяжении полости 1.2, остается узкая область, имеющая другой состав газа, в центре потока этого газа, а именно непосредственно впереди рабочего конца электрода 2, по направлению к мундштучной обклеечной бумаге 4. В этой области концентрация инертного газа немного ниже, чем в месте непосредственного выхода потока из сопла 1.1. За счет этого облегчается ионизация газа в этой области, чтобы, таким образом, создать локализованную плазму 3, которая через сублимацию в конечном счете формирует отверстие в мундштучной обклеечной бумаге 4. Ввиду того, что уже существует высокая концентрация инертного газа в плазме 3 и, главное, вокруг нее, исключена возможность оксидирования на поверхности мундштучной обклеечной бумаги 4, в результате чего удается избежать возникновения видимых следов прижога на периферии отверстия. Расширение области, имеющей низкую концентрацию инертного газа, и, таким образом, плазмы 3, может быть увеличено или уменьшено путем конструктивного выполнения сопла 1.1 с уменьшенной степенью расширения или немного более широким или модифицированием расстояния, на которое электрод 2 выступает из сопла 1.1.

Помимо частоты, длительности и амплитуды импульсов напряжения между электродами 2, 5 в способе регулирования, предлагаемом согласно изобретению, регулируемым является по меньшей мере один из следующих параметров:

диаметр отверстия сопла;

расстояние между соплом и рабочим концом электрода; расстояние, отделяющее электрод от бумажного полотна; скорость бумажного полотна;

давление газа;

состав газа;

объемный расход газа.

В случае обычного расположения ряда игольчатых электродов 2 предпочтительно могут регулироваться диаметр отверстия сопла и/или расстояние между соплом и рабочим концом электрода, так как их изменение происходит непосредственно в эффективном местоположении плазмы и, таким образом, оказывает временно самое непосредственное влияние на перфорирование.

Кроме того, эти параметры могут быть получены по отдельности на каждом электроде 2 независимо от другого электрода 2, в результате чего может осуществляться управление каждым отдельным электродом 2 до получения минимального диаметра D _мин отверстия, который является достижимым для него.

На фиг. 4 показана предпочтительная перфорирующая головка согласно изобретению, имеющая в качестве источника энергии лазерный луч 6. Перфорирование может происходить в нормальной газовой среде или в специальной газовой среде, такая как защитная газовая среда или газовая среда, имеющая задаваемый состав газа. При этом газовая среда может иметь нормальное давление или давление, которое является более высоким или более низким по сравнению с давлением окружающей среды (давлением воздуха).

Предпочтительно состав газа может быть модифицирован непосредственно в месте нахождения плазмы независимо от окружающей среды.

Для этого сопло 1.1 опять-таки расположено на нижнем конце трубы 1. Линза 7, которая выполняет две задачи, расположена таким образом, что в этом сопле 1.1 она находится по центру. Линза 7, вопервых, служит для фокусировки лазерного луча 6 на поверхность мундштучной обклеечной бумаги 4. Во-вторых, линза 7 служит для оказания влияния на поток газа, выходящий из сопла 1.1 требуемым образом, в частности таким образом, что поток газа проходит кольцеобразно вокруг линзы 7. Для обеспечения возможности выхода потока газа или газовой смеси по сфере вокруг линзы 7 последняя зафиксирована в трубе 1, например, тонкими проволоками или расположена на конце жесткого оптического волновода, который, как и электрод 2, проходит перпендикулярно трубе 1. В этом случае плазма 3 ограничена областью, в которой плотность энергии лазерного луча 6 достаточно высока для того, чтобы ионизировать газовую смесь с довольно низкой концентрацией инертного газа. Плотность энергии лазерного луча 6 имеет свой максимум в фокальной точке линзы 7, и там концентрация инертного газа является самой низкой, так что может быть создана локальная плазма с малой площадью.

Помимо выходной мощности, фокусного расстояния, частоты, длительности и геометрии лазерных импульсов предпочтительно в способе регулирования, предлагаемом согласно изобретению, регулируемыми являются следующие параметры:

диаметр отверстия сопла;

- 5 031890 расстояние между соплом и линзой или рабочим концом световода;

скорость бумажного полотна;

давление газа;

состав газа;

объемный расход газа.

В качестве инертного газа могут применяться азот (N2), аргон (Ar), гелий (Ne), неон (Ne) или диоксид углерода (СО₂). Возможно также объединение отдельных типов инертного газа друг с другом с использованием конкретных соотношений компонентов смеси или их объединение при прохождении через сопло в пространство обработки. Ввиду того, что инертный газ или газовая смесь выходит из сопла 1.1 под давлением, плотность газа или газовой смеси в кольцевой области, расположенной в форме сферы вокруг электрода 2 или линзы 7, выше, чем в области, расположенной непосредственно впереди электрода 2 или линзы 7. Чем плотнее газ, тем большее количество энергии требуется для ионизации указанного газа. Кроме того, потоком газа удаляются ионы и электроны. Эти два эффекта также способствуют локализации плазмы 3.

Таким образом, может также иметь место регулирование диаметра D отверстия в случае плазменного перфорирования, если и когда в качестве газовой смеси применяется сжатый воздух.

На фиг. 5 схематически показан первый вариант регулирования согласно изобретению. При этом размер отверстия, или диаметр D и радиус r отверстия, который может быть вычислен через него, соответственно регулируют с помощью внутреннего из двух показанных контуров регулирования, и число отверстий n регулируют с помощью внешнего контура регулирования.

Радиус r отверстия, или диаметр D отверстия, соответственно измеряют измерительным устройством 12. Контроллер 13 регулирует коэффициент u регулирования исполнительного элемента 14, чтобы уменьшить радиус r отверстия до достижимого минимального радиуса r _мин отверстия. Достижимый минимальный радиус r _мин отверстия может быть определен на стадии настройки, например уменьшением радиуса r отверстия через модифицирование параметров перфорирования до тех пор, пока созданная плазма не станет слишком слабой для того, чтобы вообще вызывать перфорирование отверстия в бумаге. Номинальное значение в форме достижимого минимального радиуса r _мин отверстия получают после настройки немного превышающим критический радиус отверстия, ниже значения которого перфорирование далее становится ненадежным.

Контроллер 13 предоставляет коэффициент u регулирования, который воздействует на исполнительную установку 14. С помощью исполнительной установки 14 может быть модифицирована воздействующая переменная у, такая как, например, давление газа, состав газа, диаметр сопла или расстояние, на которое сопло удалено от рабочего конца источника энергии. Модифицирование воздействующей переменной 14 вызывает модифицирование плазмы 3 на бумажном полотне 4 (цепь 11 приложения управляющего воздействия), что приводит к изменению радиуса r отверстия.

Измерительное устройство 22 измеряет проницаемость Р предпочтительно с помощью электромагнитных волн, как показано в документе ЕР 0056223 А2. Число n перфорационных отверстий регулируется по разности между измеренным значением и предварительно заданным номинальным значением P_soll. Коэффициент u' регулирования действует таким образом, что происходит включение или отключение отдельных перфорирующих головок. Например, измерительное устройство 12 может представлять собой линейную камеру (например, камеру на КМОП-структурах или камеру на приборах с зарядовой связью высокого разрешения оптического [лазерного] микрометра), которая направлена на бумажное полотно и захватывает изображения рядов перфорации бумажного полотна способом, который синхронизирован с перфорирующими устройствами, так, что число перфорационных отверстий и их диаметр D одного ряда перфорации определяются из анализа изображения в системе обработки данных.

На фиг. 6 показан контур регулирования второго варианта регулирования согласно изобретению. Здесь на стадии настройки вначале уменьшается размер отверстия модифицированием выбранных параметров перфорирования до достижения момента, когда, например, только от 50 до 80% всех импульсов энергии источника энергии (электродов 2 или лазерного луча 6) действительно вызывает перфорирование, причем отношение импульсов энергии, которые создают плазму, к импульсам энергии, которые не вызывают плазменный разряд, ниже называется интенсивностью разряда. После этого предпочтительно применяются другие параметры регулирования для регулирования плотности энергии таким образом, что исходя из полученной в результате интенсивности разряда получают требуемую проницаемость P_soll.

Например, минимизация размера отверстия на стадии настройки может быть осуществлена путем увеличения давления газа или скорости потока газа или изменения состав газа при постоянной выходной мощности источника энергии до достижения интенсивности разряда, составляющей 75%. Затем эти параметры газа поддерживают постоянными, и параметры источника энергии (например длительность, частоту, амплитуду импульса энергии) регулируют так, что проницаемость Р принимает предварительно заданное номинальное значение в результате увеличения или уменьшения интенсивности разряда.

В случае если при максимальной интенсивности разряда, тем не менее, имеет место недостижение требуемой проницаемости P_soll, размер отверстия должен быть немного увеличен за счет коэффициента диффузии, например путем понижения давления газа, уменьшения доли инертного газа в газовой смеси

- 6 031890 или адаптации скорости бумажного полотна. Для реализации этого варианта предоставлено измерительное устройство 32, которое метрологическим путем определяет число n отверстий (или соответственно плотность расположения отверстий), размер отверстия (радиус r отверстия) и проницаемость Р. Данные измерительного устройства анализируются в системе обработки данных, и контроллером 13, который может быть реализован как программное обеспечение, может генерироваться одна воздействующая переменная (или может генерироваться ряд их).

Предпочтительно система обработки данных может вычислять и запоминать общую площадь перфорации путем умножения числа n отверстий на средний размер отверстия, причем общая площадь перфорации может представлять собой основной количественный показатель (площадь А диффузии) для оценивания коэффициента диффузии бумаги или коэффициент диффузии бумаги может быть вычислен исходя из нее.

Помимо числа n отверстий (или соответственно плотности расположения отверстий), размера отверстия (радиуса r отверстия) и проницаемости Р целесообразно также определять толщину бумажного полотна. Предпочтительно применяется бесконтактный способ непрерывного измерения толщины бумаги; такие способы известны из уровня техники и показаны, например, в документах US 4107606 А, ЕР 0995076 A1, US 6281679 В1. Измерительное устройство для измерения толщины бумаги при этом может быть расположено предпочтительно впереди перфорирующего устройства или же за перфорирующим устройством, если смотреть по направлению к полотну.

В частности, в случае если виды бумаги имеют свойства, колеблющиеся в широких пределах (толщина d и проницаемость Р бумаги-основы или толщина d покрытия), может потребоваться выполнение измерения проницаемости, в дополнение к измерению толщины, впереди перфорирующего устройства. В этом случае требуемое для перфорации число перфорационных отверстий, которое соблюдается в каждом случае, может быть приблизительно вычислено исходя из параметров бумаги и достижимого минимального диаметра D отверстия и может, факультативно, регулироваться таким образом, что формула адаптируется через измеренные значения измерительного устройства, которое расположено за перфорирующим устройством, для измерения фактически достижимой проницаемости Р. В соответствии с другим вариантом может также регулироваться интенсивность разряда в зависимости от толщины d и проницаемости Р бумаги-основы.

На фиг. 7 показан пример устройства для плазменного перфорирования согласно изобретению, имеющего направляющий рельс с восемью перфорирующими головками и измерительным устройством

8. Перфорирующие головки при этом показаны в количестве восьми перфорирующих головок из соображений обеспечения наглядности; в случае практической реализации количество перфорирующих головок может находиться в пределах, например, от 15 до 30 в расчете на один направляющий рельс, причем ряд направляющих рельсов может быть расположен таким образом, чтобы они были параллельны друг другу - каждый друг за другом и/или рядом друг с другом. Бумажное полотно 4 непрерывно перемещается слева направо через устройство, факультативно с изменяемой скоростью. Возможно также перфорирование двух или более бумажных полотен, которые оперты друг на друга и, таким образом, образуют несколько слоев, которые должны одновременно направляться через перфорирующее устройство.

Особенно предпочтительно, чтобы измерительные устройства 12, 22 были выполнены как одно измерительное устройство 8, сигнал которого анализируется в системе 9 обработки данных. Система 9 обработки данных определяет радиус r, число n отверстий и проницаемость P и с помощью контроллеров 13, 23, которые выполнены в виде программного обеспечения, генерирует коэффициенты u, u' регулирования. Предпочтительно для каждой перфорирующей головки получают соответственно радиус r отверстия или диаметр D отверстия для обеспечения возможности модифицирования параметров необходимым образом на отдельных перфорирующих головках или для обеспечения возможности реагирования в случае, если отдельные перфорирующие головки формируют перфорационные отверстия значительно большего размера, чем другие, например, за счет износа.

Вместо номинальной проницаемости P_soll (в единицах CORESTA - CU) в систему обработки данных могут быть также введены степень вентиляции, сопротивление затяжке и/или значения дыма, которые должны быть достигнуты. Номинальная проницаемость P_soll, в свою очередь, может быть вычислена с помощью правила расчета, которое хранится в системе обработки данных.

Радиус r отверстия или диаметр D отверстия соответственно, число n отверстий или плотность расположения отверстий соответственно и проницаемость Р служат в качестве входных величин для системы обработки данных. Толщина d бумаги, проницаемость Р бумаги-основы, тип и толщина факультативного покрытия и скорость полотна являются дополнительными входными величинами. Если и когда толщина d и проницаемость Р бумаги-основы или покрытия соответственно являются постоянными на протяжении всего бумажного полотна, достаточно ввести эти величины в систему обработки данных до окончания перфорирования. Главное, если и когда проницаемость Р бумаги-основы или бумаги с покрытием является ничтожно малой по сравнению с проницаемостью Р, обеспечиваемой перфорированием, проницаемость Р бумаги-основы можно не учитывать. Радиус r отверстия и число n отверстий определяют метрологическим способом с помощью измерительного устройства 8, расположенного за перфорирующим устройством, причем предпочтительно проницаемость Р также определяют с помощью измери- 7 031890 тельного устройства 8 или с использованием числа n отверстий, радиуса r отверстия и толщины d бумажного полотна, система обработки данных может вычислять проницаемость Р согласно этой формуле (или других формул) чг тег*

Р =-817 йЫр¹’^-1

Скорость бумажного полотна служит в качестве входной величины системы обработки данных и может также служить в качестве выходной величины (воздействующей переменной) в случае, если скорость бумажного полотна должна регулироваться в зависимости от входных величин. Еще к выходным величинам (воздействующим переменным) могут быть отнесены частота, длительность и амплитуда импульсов напряжения между электродами 2, 5; расстояние, отделяющее электрод от бумажного полотна; расстояние, отделяющее сопло от рабочего конца электрода; выходная мощность, фокусное расстояние, частота, длительность и геометрия импульса лазерного излучения; расстояние между соплом и линзой или рабочим концом световода; давление газа; диаметр отверстия сопла; состав газа; скорость потока газа.

В отличие от известных технических решений настоящее изобретение имеет то преимущество, что учтено влияние перфорирования на уменьшение содержания монооксида углерода за счет диффузии, в результате чего впервые осуществлено перфорирование мундштучной обклеечной бумаги с оптимизированной диффузией и, таким образом, впервые изготовлена перфорированная мундштучная обклеечная бумага с оптимизированной диффузией.

Кроме того, способ плазменного перфорирования имеет, в частности, то преимущество, что, кроме классических регулируемых параметров перфорирующего устройства (выходная мощность, длительность, частота импульсов энергии источника энергии и скорость бумажного полотна), могут быть использованы за счет требуемого введения газа или газовых смесей дополнительные регулируемые параметры (давление газа, количество газа, состав газа, геометрия сопла), которые делают возможным требуемое уменьшение размера отверстия, и может быть достигнута более высокая плотность расположения отверстий в результате повышенной точности позиционирования отверстий, которая дополнительно обеспечивается плазменным перфорированием.

Claims

1. Способ производства мундштучной обклеечной бумаги (4) с оптимизированной диффузией, предназначенной для табачных изделий, в частности для сигарет с фильтром, путем перфорирования полотна мундштучной обклеечной бумаги (4) с целью максимального уменьшения содержания монооксида углерода, отличающийся тем, что определяют встроенным образом коэффициент диффузии и проницаемость Р перфорированной мундштучной обклеечной бумаги (4) и регулируют параметры перфорирования при постоянном соблюдении предварительно задаваемой номинальной проницаемости P_soll так, чтобы довести коэффициент диффузии до максимума.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что номинальную проницаемость P_soll предварительно задают путем предварительного установления степени вентиляции, сопротивления затяжке и/или значений дыма, которые должны быть достигнуты.

3. Способ по одному из пп.1, 2, отличающийся тем, что коэффициент диффузии приблизительно определяют на основании числа перфорационных отверстий или плотности расположения отверстий и/или диаметра D отверстия.

4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что толщину d бумаги дополнительно измеряют.

5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что параметры перфорирования регулируют так, что задают достижимый минимальный диаметр D^ отверстия и поддерживают постоянную проницаемость Р путем регулирования числа N отверстий.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что достижимый минимальный диаметр D^, отверстия для применяемой мундштучной обклеечной бумаги (4) определяют на стадии настройки путем изменения параметров перфорирования автоматически или вручную.

7. Способ по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что значение диаметра D отверстия определяют метрологическим путем и требуемое число n отверстий определяют путем вычисления предпочтительно по формуле _ PsoU^p''-¹π _Г4 ’ где η - динамическая вязкость воздуха, Др - перепад давления между наружной стороной и внутренней стороной бумаги, v - определяемый эмпирическим путем коэффициент проницаемости, r - радиус отверстия, a d - толщина бумаги.

8. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что перфорацию осуществляют плазмой, полученной ионизацией газа импульсами энергии, генерированными по меньшей мере одним источником

- 8 031890 энергии, выбранным из игольчатого электрода и лазера, при этом размер отверстия минимизируют путем уменьшения плотности энергии плазмы вплоть до момента, когда предпочтительно только приблизительно от 50 до 80% импульсов энергии по меньшей мере одного источника энергии вызывает перфорирование, и затем параметры перфорирования регулируют так, что за счет изменения плотности энергии плазмы получают соответственно число перфорационных отверстий или плотность расположения отверстий, при которых фактическое значение проницаемости Р равно номинальной проницаемости P_soU.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что газ подают через сопло, при этом регулирование размера отверстия достигается одной или несколькими из следующих мер: модифицированием давления газа, модифицированием скорости потока газа, модифицированием состава газа, в частности модифицированием концентрации инертного газа, модифицированием площади отверстия сопла, модифицированием расстояния, на которое рабочий конец источника энергии выступает из сопла, модифицированием скорости бумажного полотна.

10. Способ по одному из пп.8, 9, отличающийся тем, что регулирование количества импульсов энергии по меньшей мере одного источника энергии, которые вызывают перфорирование, осуществляют модифицированием частоты, длительности и/или амплитуды импульса напряжения на электродах (2) или модифицированием выходной мощности, фокусного расстояния, частоты, длительности и/или геометрии импульсов светового излучения одного или нескольких лазерных лучей (6).

11. Способ по одному из пп.1-10, отличающийся тем, что перфорирование осуществляют одновременно с помощью нескольких перфорирующих головок, причем определяют диаметр D отверстия каждого образованного отверстия, при этом в системе обработки данных каждой перфорирующей головке назначают диаметр образуемого с помощью нее отверстия.