LU87956A1 - Regelsystem zur positionierung vorgegebener markierungen an folienbahnen bei deren verwendung in automatischen herstellungsprozessen - Google Patents

Description

REGELSYSTEM ZUR POSITIONIERUNG VORGEGEBENER MARKIERUNGEN AN FOL IENBAHNEN BEI DEREN VERWEWDUNG IN AUTOMATISCHEN HERSTELLUNGSPROZES SEN

Die Erfindung betrifft ein Regelsystem zur Positionierung vorgegebener Markierungen an Folienbahnen bei deren Verwendung in automatischen Herstellungs-prozessen, insbesondere an Zigarettenpapierbahnen bei der automatisch-maschinellen Zigarettenherstellung mittels einer Anlage mit einem Abtrennmechanismus für das Abtrennen der Zigaretten von einem automatisch hergestellten Zigarettenstrang auf eine vorgegebene Lange, mindestens einer Papierantriebs- sowie mindestens einer Papierumlenk-rolle, welche in dieser Reihenfolge stromaufwärts vom genannten Abtrennmechanismus angeordnet sind.

Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf den in der Titelaussage definierten Anwendungszweck. Um jedoch der nachfolgenden Beschreibung einfachheitshalber einen konkreten Rahmen zu geben, soil sie, wie in der Präambel zum Ausdruck gebracht, im Hinblick auf ihre Anwendung bei der automatischen Zigarettenherstellung beschrieben werden, mit den sich für diesen speziellen Anwendungsfall ergebenden spezifischen Vorteilen.

Der Gesetzgeber macht, zwecks Informierung des Konsumenten, die Auflage, den sogenannten "Rauchwert" (Nikotingehalt des angesaugten Zigarettenrauches) auf der Zigarettenpackung anzugeben, mit der Tendenz, die zulässigen Höchstwerte hierbei immer tiefer anzusetzen.

Die bekannteste Massnahme zur Verminderung des Rauchwertes ist das Vorsehen eines Filters (Filterzigaretten). Hierbei kann die Filterwirkung noch dadurch verstärkt werden, dass das Zigarrettenpapier, insbesondere im Filterbereich, mit einer vorbestimmten Porosität ausgeführt wird, wodurch dem Zigarettenrauch beim Ansaugen ein vorbestimmter Anteil Frischluft zugemischt wird ("Ventilation"). Der Rauchwert kann nochmals, falls nötig, dadurch reduziert werden, dass im Bereich des

Mundendes der Zigarette, bei Filterzigaretten also im Filterbereich, feine Perforierungen angebracht werden, wodurch die Ventilation weiter erhöht wird.

Die genannte Perforierung kann z.B. mechanisch angebracht werden, mittels elektrischer Funkenentladung, oder aber - bei weitem das genaueste Verfahren - mittels Laserstrahl.

Während bei Filterzigaretten die Regulierung der Ventilation durch geeignete Wahl der Porosität der Filterumhüllung auf einfache Weise realisiert werden kann, ist eine vorbestimmte Ventilation bei den nach wie vor beliebten filterlosen Zigaretten auf einfache Weise nur über Perforierungen im Mundendebereich der Zigaretten zu bewerkstelligen, da der Effekt der Papierporosität selbst mit abnehmender Restzigarettenlänge ebenfalls abnimmt.

üm aber grössere Streuungen in der Ventilationswirkung dieser Perforierungen, welche natürlich zur Gewährleistung der angegebenen Rauchwerte nicht in Frage kommen, zu vermeiden, ist est unabdingbar, die Perforierungszonen innerhalb enger Toleranzen in Bezug zum Mundende anzubringen. Dies ist natürlich möglich, wenn die (bevorzugte) Laserperforierung am Ende des Produktionsablaufes durchgeführt wird, z.B. an der soeben vom Zigarettenstrang abgetrennten Zigarette. Laservorrichtungen zum Anbringen einer Perforationszone in diesem Stadium der Zigarettenherstellung sind bekannt, jedoch auf Grund ihrer Komplexität überaus kostspielig.

Die wirtschaftlichste Lösung zur Laserperforierung ist natürlich, letztere direkt beim Zigarettenpapierhersteller durchzuführen, da dieser paralell zur relativ einfachen Laserbearbeitung ebener Papierbahnen den Vorteil des Durchsatzes optimal grosser Papiermengen hat.

Diese wirtschaftlich gesehen optimale Lösung der Perforationszonenherstellung scheiterte jedoch bisher an dem fehlenden Verfahrungsprinzip zur Synchronisation der Perforationszonenposition mit der Abtrennevorrichtung.

Die Gründe für die genannte Längenänderungen sind dem Fachmann wohl bekannt und brauchen nicht im Detail dargelegt zu werden. Es sind im wesentlichen: ganz allgemein Längenänderungen durch Alterung, Temperature Feuchtigkeit.

das Zigarettenpapier unterliegt bereits bei der Produktion bzw. beim Aufwickeln auf die Bobine Zugkräften, die den Abstand zwischen den Ventilationszonen ungleichmässig verändern. Bei längerer Lagerung treten weitere Problème auf wie z.B. der Effekt, dass sich die Zugspannung von innen nach aussen verlagert und dadurch die Papierbelastung mit zunehmendem Bobinenumfang grosser wird.

die während der Zigarettenproduktion auf das Zigarettenpapier einwirkenden Zugkräfte sind nicht zeitlich konstant, d.h. das Papier wird beim Durchlauf durch die Maschine nicht immer einheitlich gedehnt, sondern erfährt eine von vielen, nicht im einzelnen erfassbaren Faktoren abhängige Längenänderung.

Kurz, das Anbringen einer Perforationszone (oder das Anbringen einer beliebigen anderen Markierung an der Papierbahn, wie etwa des Zigarettenmarkenaufdrucks, welche ebenfalls innerhalb geringer Toleranzen in bezug zum Mundende einer filterlosen Zigarette liegen muss) direkt beim Papierhersteller ist nach dem stand der Technik praktisch nicht realisierbar.

Urn diese fundamentale Lücke des Standes der Technik zu schliessen, sieht die Erfindung ein im Zigarettenher-stellungsprozess eingebundenes Regelsystem zur Papier-längenänderung vor.

Ein solches als Ergänzung zu einer herkömmlichen Zigarettenproduktionsmaschine arbeitendes Regelsystem muss also in der Lage sein, die herstellungs-und produktions-technisch bedingten Schwankungen der Papierdehnung durch Erzeugung einer zusätzlichen Papierspannung auszugleichen. An dieses System sind im wesentlichen Forderungen bezüglich Geschwindigkeit, Standfestigkeit und Zuverlässigkeit zu stellen: es ist so zu konzipieren, dass es schnell genug auf Positionsanderungen der Ventilationszone reagieren kann, in der Lage ist, eine ausreichend grosse Zugkraft auf das Zigarettenpapier aufzubringen und môglichst Betriebsstörungen - wie z.B. den Abriss des Zigaretten-papiers als Folge zu grosser Zugkräfte - vermeidet. Gerade diese letzte Forderung ist nicht leicht zu realisieren, da Papier zwar durch Zugspannung elastisch und plastisch verformbar ist, jedoch die damit erzielbaren relativen Längenänderungen in Bereichen deutlich unter 1% liegen. Daher ist es sehr aufwendig, diesen Effekt technisch zu nutzen.

Die Erfindungsaufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angeführten Merkmale gelost. Weitere wesentliche Merkmale der Erfindung gehen aus den Kennzeichen der Unteransprüche hervor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im nachstehenden nâher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1, eine mit einer Perforationszone versehene Zigarette mit Stempelaufdruck und, illustrationshalber, einer Lange von 70 mm;

Figur 2, eine schematische Darstellung des Papier-flusses bei der Zigarettenherstellung mit erfindungs-gemâssen Regelkomponenten;

Figur 3, ein Blockdiagramm zur Erlauterung des Regelsystemaufbaus;

Figur 4, ein Strukturdiagramm des Regelkreises.

Figur 1 zeigt eine (illustrationshalber) 70 mm lange Zigarette 5 mit einer Ventilationszone 6, wobei deren Perforierungen einfachheitshalber als gradlinige Schlitze 8 dargestellt sind (diese Schlitze stellen also in Wirklichkeit eine Aneinanderreihung von feinen Perforationen dar). Im dargestellten Beispiel ist die Zigarette noch mit einem Stempel (dem Zigarettenmarken-aufdruck) versehen, welcher im Rahmen der vorliegenden

Erfindung genauso gut als "Markierung" fungieren könnte wie etwa die Ventilationszone 6 Oder eine beliebige andere Kennzeichnung, welche mit einem Sensor erfassbar ist. Der Abstand vom Mundende 10 der Zigarette 5 bis zum Ventilationszonenanfang ist in diesem Beispiel mit 14 mm angegeben mit einer Toleranz von +/- 1,5 mm.

In Figur 2 sind 12 eine vom Zigarettenpapierhersteller mit einer Markierung (im folgenden sei hiermit zur Vereinfachung der Beschreibung eine Perforationszone 6 verstanden) angelieferten Papierbobine mit Zigarettenpapier 14, 16 eine abbremsbare Papierumlenkrolle, 17 eine erste Papierantriebsrolle, 18 ein Sensor, hier als "Scanner" vorgesehen, zur optischen Erfassung der Perforationszonen-lage, wobei einige Perforationszonen im Bereich des Sensors 18 einfachheitshalber mit kurzen Querstrichen 20 auf der Papierbahn 14 symbolisiert sind und der Scanner bei deren Erfassung ein erstes Regelsignal abgibt, 22 ein dem Abtrennmechanismus (Messerkopf 21) zugeordnetes Zählwerk zur Abgabe eines maschinentaktsynchronen zweiten Regelsignals 24, 26 ein im Generatorbetrieb operierender E-Motor, vorzugsweise ein Gleichstrommotor, welcher auf Grund eines von einem (hier nicht gezeigten) Regelkreis zur Verarbeitung der Signale 22 und 24 abgegebenen Signals 28 die abbremsbare Papierumlenkrolle 16 zur Positionskorrektur der Perforationszone 20 mit einem vorbestimmten Bremsmoment beaufschlagt. Desweiteren zeigt diese Figur noch eine Reihe von weiteren Papiervorschub- und umlenkrollen und der-gleichen, welche jedoch im Erfindungskontext keine grundsätzliche Rolle spielen und deshalb hier nicht näher beschrieben werden.

Da zur Gewährleistung eines einwandfreien Papierflusses in der in Figur 2 schematisch dargestellten Produktions-anlage die Papierbahn 14 eine bestimmte Spannung haben muss, also auf Dehnung beansprucht ist, werden die Abstände 21 der Perforationszonen 20 auf der vom Zigarettenpapierhersteller angelieferten Papierbobine 12 geringfügig kleiner als die beabsichtigte Zigarettenlänge (von z.B. 70 mm) gehalten. Die Feinadjustierung der Abstände 21 mit der durch den Arbeitsrythmus des Messerkopfes 21 vorgegebenen Zigarettenlânge (von beispielsweise 70 mm) erfolgt erfindungsgemâss mit riilfe der Signale 22, 24 und 28 mit der Erzeugung einer zusätzlichen Papierspannung zwischen der Antriebsrolle 17 und der Umlenkrolle 16 mittels des Bremsmotors 26.

Die prinzipielle Funktionsweise des dafür erforderlichen Regelsystems ist in Figur 3 dargestellt, in welcher der Regelablauf auch textuell eingetragen ist.

Zur Erfüllung der schon weiter oben angegebenen, an ein solches System zu stellenden Forderungen sieht die Erfindung den in Figur 4 dargestellten Regelkreis auf der Basis eines mikroprozessorgesteuerten Reglers, DIGIREG genannt, vor, welcher, wie Versuche ergeben haben, die genannten Forderungen erfüllt.

Aufbau und Funktionsweise dieses DIGIREG-Reglers werden in der Diplomarbeit, Fachrege lungs techn ik, von Herrn Thomas Bruckmann, Fachhochschule Rheinland-Pfalz, Abteilung Trier, Fachbereich Elektrotechnik, März 1991, im Detail beschrieben.

Bei den genannten Versuchen hat sich als Bremsmotor 26 ein Gleichstrommotor der Firma BBC, D-Heidelberg vom Typ UGTMEM-06 SB2 bewährt.

Als Scanner wurde ein solcher der Firma Weitmann & Konrad, D-Leinfelden-Echterdingen benutzt. Seine Licht-guelle strahlt das vorbeistreichende Papier senkrecht zur Papierebene von deren einen Seite an, während eine auf der anderen Seite der Papierbahn vorgesehene Fotozelle dem Scanner die geringe Helligkeitsänderung übermittelt, die von einer laserperforierten Zone beim Erreichen der Abtaststelle hervorgerufen wird.

Damit eine Regelvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art praxistauglich ist, muss sie schliesslich auch erkennen, ob die gewünschte Positionierung der

Ventilationszonen (oder dergleichen) beim Produktions-prozess realisiert werden konnte oder eventuell zu grosse Abweichungen der Istzonenabstände von den Sollabständen auf der angelieferten Papierbobine dies verunmöglicht. In letzterem Fall muss das Regelsystem in der Lage sein, das Eliminieren der fehlerhaften Zigaretten zu ermöglichen. Auch diese Bedingung wird vom DIGIREG-Mirkoprozessorsystem voll erfüllt, wie sich in den erwähnten Versuchen bestätigt hat.

Claims (7)

1. Regelsystem zur Positionierung vorgegebener Markierungen an Folienbahnen bei deren Verwendung in automatischen Herstellungsprozessen, insbesondere an Folienbahnen bei der automatisch-raaschinellen Herstellung von Stückware mit vorbestimmter Lange mittels einer Anlage mit einem Abtrennmechanismus (21) für das Abtrennen der Stückware von einem automatisch hergestellten Stückgut auf auf die genannte Lange, mindestens einer Folienantriebs (17) - sowie mindestens einer Folienmlenkrolle (16), welche in dieser Reihenfolge stromaufwärts vom genannten Abtrennmechanismus (21) angeordnet sind, gekennzeichnet durch einen zwischen der genannten Umlenkrolle (16) und der genannten Antriebsrolle (17) angeordneten Sensor (18) zur Erfassung der genannten Markierungen (20) und zur Abgabe eines ersten Regelsignals (22), durch einen dem Abtrennmechanismus (21) zugeordneten Impulsgeber (22) zur Abgabe eines zweiten Regelsignals (24), durch ein auf die genannte Umlenkungrolle (16) einwirkendes Bremsaggregat (26), durch einen Regelkreis (40) zur Verarbeitung der beiden Regelsignale (22, 24) und zur subsequenten Ansteuerung des Bremsaggregates (26) in Funktion eines Vergleichs der beiden Signale (22, 24).

2. Regelsystem nach Anpsruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsaggregat (26) ein im Generatorbetrieb arbeitender E-Motor ist.

3. Regelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der E-Motor ein Gleichstrommotor ist.

4. Regelsystem nach den Ansprüchen 2 Oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernstück des Regelkreises (40) ein Mikroprozessor ist.

5. Regelsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroprozessorregelung mit Hilfe eines DIGIREG (42)- Mikroprozessorregelungsystems erfolgt.

6. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (18) ein optischer Sensor ist.

7. Regelsystem mach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Stückware Zigaretten (5) sind und der genannte Stückgutstrang ein Zigarettenstrang ist.