DE102004001327B4 - Method and apparatus for laser perforation of wide webs - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Laserperforation von breiten Warenbahnen (1), wie z.B. für Zigaretten, Mundstückbelag- oder Kaffeefilterpapiere, Filterumhüllungspapiere so genannte Plug-Wraps, Sicherheitspapiere, holografisch bedruckte, foliengepresste, beschichtete oder metallisierte Papier- oder Verpackungs- oder Kunststoffbahnen wie BOPP, LDPE, HDPE oder Spinvliese mit sichtbaren oder unsichtbaren Laserstrahlen, deren Lochreihen (23) im wesentlichen parallel zur Transportrichtung (14) der Warenbahn (1) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine kontinuierliche Vollkreisumlaufbewegung ein oder mehrere Laserstrahlen (5), die von oben und/oder unten dem rotierenden, kubischen Strahlteiler (36) zugeführt und auf die Horizontalebene umgelenkt sind, so dass alle im Außenkreis des optischen Hochleistungslasermultiplexers (2) umlaufend befindlichen, optischen Einzelkanäle (7, 8) vom einem oder mehreren, rotierenden Laserstrahlen (37, 40, 41, 42) über die Eintrittszylinderlinsen (29) innerhalb eines bestimmten und für alle Einzelkanäle gleiches Zeitfenster versorgt werden, so dass mindestens 40 optische Einzelkanäle mit minimalen Übertragungsverlusten der Strahlleistung und Strahlqualität verfügbar sind.method for laser perforation of wide webs (1), e.g. for cigarettes, Mundstückbelag- or coffee filter papers, filter wrap papers called plug wraps, Security papers, holographic printed, foil pressed, coated or metallised paper or packaging or plastic sheets like BOPP, LDPE, HDPE or spin nonwovens with visible or invisible ones Laser beams whose rows of holes (23) substantially parallel to Transport direction (14) of the web (1) are formed, characterized characterized in that by a continuous circular circulation movement a or more laser beams (5) from above and / or below the rotating, cubic beam splitter (36) and fed to the horizontal plane are deflected so that all the outer circle of the optical high-power laser multiplexer (2) circumferential single optical channels (7, 8) of one or more, rotating laser beams (37, 40, 41, 42) via the inlet cylinder lenses (29) within a specific time window and for all individual channels be supplied, so that at least 40 single optical channels with minimal transmission losses of Beam power and beam quality available are.
Description
Die Erfindung beschreibt und umfasst ein Verfahren und Vorrichtung zur Laserperforation in bis zu 600 m/min bewegten und bis zu 2000 mm breiten Warenbahnen, wobei die erzeugten Laserlochreihen oder Lochreihengruppen im wesentlichen parallel zur Transportrichtung der Bahn angeordnet sind.The Invention describes and includes a method and apparatus for Laser perforation moved up to 600 m / min and up to 2000 mm wide webs, wherein the generated laser rows or rows of holes arranged substantially parallel to the transport direction of the web are.
Unter bewegtem Warenbahnen sind im Zusammenhang dieser Erfindung insbesondere Papier- oder anderweitig veredelte Bahnen zu verstehen, wie z.B. Zigaretten-, Mundstückbelag- und Kaffeefilterpapiere, Filterumhüllungspapiere so genannte Plug-Wrap, Sicherheitspapiere, holografisch bedruckte, foliengepresste, beschichtete oder metallisierte Papier- oder Verpackungs- oder auch bestimmte Kunststoffbahnen wie BOPP, LDPE, HDPE, Spinvliese usw. die zumindest im Bereich der Perforationen ein gewisses Maß an Gas- oder Wasserdurchlässigkeit aufweisen. Diese Materialien werden für verschiedene Weiterverarbeitungsprozesse im Format von 400–2000 mm als Großrollen, oder auch Jumbo Rollen genannt, in Längen bis zu 25.000 Metern und Rollendurchmessern bis 1500 mm ab- und aufgerollt. Daher sind in dieser Erfindung mit Breitbahnen Materialbreiten von mindestens 200 mm, was für Mundstückbelagpapiere auf mindestens 3 Bobbienen übertragbar ist, anzusehen.Under moving webs are in the context of this invention in particular Paper or otherwise finished webs, e.g. Cigarette, mouthpiece coating and coffee filter papers, filter wrap papers called plug-wrap, Security papers, holographic printed, foil pressed, coated or metallized paper or packaging or even certain Plastic sheets such as BOPP, LDPE, HDPE, spin nonwovens, etc. at least in the area of the perforations a certain degree of gas or water permeability exhibit. These materials are used for various finishing processes in the format of 400-2000 mm as large rolls, or also called Jumbo rolls, in lengths up to 25,000 meters and Roll diameters up to 1500 mm unrolled and rolled up. Therefore, in this Invention with broad webs material widths of at least 200 mm, which for tipping papers transferable to at least 3 bobs is to look at.
Im gleichen Zusammenhang wird die Laserperforation als Offline Perforation bezeichnet, und grenzt sich damit eindeutig zur Online Laserperforation an Zigarettenherstellungs- bzw. Filteransetzmaschinen oder auch Verpackungsmaschinen ab. Die mit dem menschlichen Auge normalerweise nicht sichtbaren, oder wenn gewünscht sichtbaren, Perforationen sind mit fokussierbaren Einzellaserstrahlen sehr präzise in der Lochgröße und Lochposition erzeugbar. Aufgrund der physikalischen Bedingungen und thermischen Eigenschaften und damit verbundenen Absorptionen der vorzugsweise verwendeten Warenbahnen kommen CO2-Leistungslaser im Wellenbereich von 10.4–10.8 μm zum Einsatz.in the Similarly, the laser perforation is called offline perforation and is clearly different from the online laser perforation to cigarette manufacturing or filter attachment machines or else From packaging machines. The ones with the human eye normally not visible, or if desired Visible, perforations are very strong with focusable single laser beams precise in the hole size and hole position produced. Due to the physical conditions and thermal Properties and associated absorptions of the preferred used webs come CO2 power lasers in the wave range from 10.4 to 10.8 μm.
Hierzu lassen sich die wesentlichen Fakten und Anforderungen der Offline Laserperforation für die eingangs genannten Warenbahnen wie folgt zusammen fassen:
- • Materialflächengewichte: 16–100 g/m2
- • Materialbahndicken: 30–80 μm
- • Materialbedruckungen: unterschiedlichster Art und Positionen – meist außerhalb der Perforationsbereiche
- • Bahnbreiten: 400–2000 mm
- • Bahngeschwindigkeiten: bis zu 600 m/min
- • statische Porositätsmessung: Luftdurchsatzmeßsysteme, z.B. Borgwaldt oder Sodimat
- • physikalische Messeinheit der Gasdurchlässigkeit, hier als Porosität genannt für diese Meßsysteme: Coresta Units – ml/min/cm
- • Porositätsbereiche: 80–4000 C.U.
- • Porositätsvariationen: < 3 % bei Porositätsbereichen von > 400 C.U.
- • Lochgrößen: 60–300 μm, als Mikro- oder Makrolöcher
- • Lochdichten: 5–40 Löcher pro cm in Bahnlaufrichtung
- • Lochformen: optimal rund bis leicht oval, ohne Außengrad
- • Porosität pro Perforationsloch: 8–80 C.U.
- • Anzahl der Laserlochreihen pro Bobienenseite und Bobiene: 2–6 auf jeder Seite – somit 4–12 für jede einzelne Bobiene
- • minimale Abstände zwischen zwei nebeneinander liegenden Lochreihen: 1.0 mm
- • Lochreihen- oder Lochreihengruppenabstand untereinander: 10–40 mm
- • Anzahl der Einzellochreihen über die Bahnbreite verteilt: 8–120 und mehr
- • Positionierung jeder Laserlochreihe über die Bahnbreite: +/– 0.1 mm
- • Lochanzahl für alle Lochreihen zusammen: 100.000–2.000.000 Löcher pro Sekunde
- • Kinetische Energie pro erzeugtes Laserloch – je nach Materialart: 2.0–4.0 mJ
- • Zeitfenster des Laserstrahles pro Perforationsloch: 20–50 μs
- • CO-2 Laser 10.6 μm Wellenlänge und optische Leistungen von 500–4000 Watt
- • CW- oder Puls-Betrieb bis 10.000 Hz, einstellbares Impuls-Pausen-Verhältnis
- • Schwankungen der optischen Laserleistung: 2–4 % max.
- • Lasermoden: TEM00 Grundmode oder höhere Moden
- • Strahlqualitätsfaktor: M = 0.6–1.0 mrad
- • Energiedichten bei Fokussierungen des Hauptstrahles in Größenordnungen von 100–200 μm: 1–10·10E8 Watt/cm2
- • Durchmesser des zugeführten Laserstrahles: 8–12 mm
- • sehr präzise und gleich bleibende Materialbahnführung im Fokusbereich mit Bahnschwankungen < 100 μm
- • Rotation von Drehspiegeln oder anderen optischen Elementen: 10.000–50.000 U/min
- • Stock weights: 16-100 g / m2
- • Material web thicknesses: 30-80 μm
- • Material printings: various types and positions - usually outside of the perforation areas
- • Web widths: 400-2000 mm
- • Web speeds: up to 600 m / min
- • static porosity measurement: air flow measuring systems, eg Borgwaldt or Sodimat
- • physical measuring unit of the gas permeability, here called porosity for these measuring systems: Coresta units - ml / min / cm
- • Porosity ranges: 80-4000 CU
- Porosity variations: <3% for porosity ranges of> 400 CU
- • Hole sizes: 60-300 μm, as micro or macro holes
- • Hole densities: 5-40 holes per cm in web direction
- • Hole shapes: optimally round to slightly oval, without outer grade
- • Porosity per hole: 8-80 CU
- • Number of rows of laser holes per baton side and bobies: 2-6 on each side - thus 4-12 for each individual bobies
- • minimum distances between two adjacent rows of holes: 1.0 mm
- • Pitch or row spacing between each other: 10-40 mm
- • Number of single-hole rows distributed across the web width: 8-120 and more
- • Positioning of each laser hole row over the web width: +/- 0.1 mm
- • Number of holes for all rows of holes together: 100,000-2,000,000 holes per second
- • Kinetic energy per generated laser hole - depending on the material type: 2.0-4.0 mJ
- • Time window of the laser beam per perforation hole: 20-50 μs
- • CO-2 laser 10.6 μm wavelength and optical powers of 500-4000 watts
- • CW or pulse operation up to 10,000 Hz, adjustable pulse-pause ratio
- • Optical power fluctuations: 2-4% max.
- • Laser modes: TEM00 basic mode or higher modes
- • Beam quality factor: M = 0.6-1.0 mrad
- • Energy densities for main beam focusing in the order of 100-200 μm: 1-10 · 10E8 Watt / cm2
- • Diameter of the supplied laser beam: 8-12 mm
- • very precise and constant material web guidance in the focus area with web fluctuations <100 μm
- • Rotation of rotating mirrors or other optical elements: 10,000-50,000 rpm
Unter diesem physikalisch, technischen Hintergrund und den hohen Produktanforderungen ist die nachstehende Erfindung der Offline Laserperforation zu sehen und sind deren vorteilhaften Lösungen erarbeitet.Under this physical, technical background and the high product requirements The following invention of the offline laser perforation can be seen and are their advantageous solutions Developed.
Der Stand der Technik für das Auslenken, Umlenken, Weiterführen und Pulsen von CO2 Laserstrahlen ist in einer Vielzahl von internationalen und nationalen Patenten beschrieben, so dass an dieser Stelle die Schutzrechte mit dem Stand der Technik angegeben werden, die unmittel- oder mittelbar mit dem Perforieren der Warenbahnen aus den o.g. Anwendungsbereichen im Zusammenhang stehen.The state of the art for deflecting, diverting, propagating and pulsing CO2 laser beams is described in a large number of international and national patents, so that in this The intellectual property rights which are directly or indirectly related to the perforation of the webs from the above-mentioned fields of application are to be indicated with the prior art.
In
den Patenten
Diese Verfahrens- und Vorrichtungstechniken sind in den Jahren danach für viele Offline Laserperforationsmaschinen, als mehrfach Bobienenperforationsanlagen mit bis zu vier gleichzeitig bearbeiteten Bobienen, Bobienenlängen bis 4000 Metern, bis zu 32 Einzelstrahlkanälen, Bahnbreiten bis zu 400 mm, Bahngeschwindigkeiten bis 600 m/min und Lochsequenzen bis zu 500.000 L/Sek. erfolgreich konvertiert worden.These Process and device techniques are in the years thereafter for many Offline laser perforating machines, as multiple Bobienenperforationsanlagen with up to four simultaneously processed bobs, bobbin lengths up to 4000 meters, up to 32 single jet channels, web widths up to 400 mm, Web speeds up to 600 m / min and hole sequences up to 500,000 L / sec. successfully converted.
Aus
Patenten zur Online Perforation Zigarettenherstellungs- oder Filteransetzmaschinen,
z.B. der
In
der PCT WO-99/58006 A1 und
Wie aus diesen Dokumenten zu ersehen ist, werden in der Regel zwei Bobienenstreifen Online perforiert sowie bei den Offline Laserperforationen bis maximal 4 Bobienen und 32 Einzelstrahlkanälen bei 90 Grad zur Bahnlaufrichtung mechanisch sehr aufwendigen, optischen Strahlführungen und Fokussierungen, um so die Positionierung jeder Laserperforationslinie auf die durchlaufende Materialbahn zu erzielen.As As can be seen from these documents are usually two Bobienenstreifen Perforated online as well as for offline laser perforations up to a maximum 4 bobbins and 32 single jet channels at 90 degrees to the web running direction mechanically very complex, optical beam guides and focussing, so the positioning of each laser perforation line on the traversing Material web to achieve.
In
der Anmeldung
Aus
der Anmeldung
In
der Anmeldeschrift
Dem
Stand der Technik bekanntes Verfahren und deren Vorrichtung zum
Multiplexen eines Laserstrahles ist in der Anmeldung
Ein
Verfahren und Vorrichtung zur OFF-LINE Laserperforation von breiten
Mundstückbelagpapierenbahnen
ist in der Patentschrift
Zum
Stand der Technik und dieser Erfindung nahe stehenden Patentschrift
Als Ergänzung und im Zusammenhang mit dieser Erfindung stehenden Informationen als Zukaufteile oder Systeme für flexible Laserstrahlführungen sowie zu Mehrfach-Strahlteilern finden sich in den nachstehenden Publikationen.
- • Standardisierte, flexible Strahlführungssysteme für die Lasermaterialbearbeitung, Photonik 5/2002, Dieter Frank, Firma GMS Frank Optic Products GmbH Berlin.
- • Flexible Hohlwellenleiter für Laseranwendungen, Prof. Dr. K. Behler, Fachhochschule Gießen-Friedberg, Fachbereich Elektrotechnik II, Hannover-Messe 2002.
- • Flexible hollow-Core-Waveguides for CO2-Lasers, potential and limitation as beam guiding system for material processing, Prof. Dr. Behler 2003, Second International WLT-Conference on Lasers in Manufacturing June 2003, Munich.
- • Hollow Silica Waveguides from Polymicro Products; high-power laser fibres, CeramOptec GmbH 2003, data sheet PT-HSW/12-02, http://www.Polymicro.com.
- • Lincoln Laser high-speed scanner Laser products: Firma Lincoln Laser, Phönix USA
- • Ligo Laboratory G030270-00-D: suspension with quadruple beam splitters. Edmund Optics: multiple beam splitters, http://www.edmundoptics.de
- • Laserline GmbH: Strahlweichen/Strahlteiler für Diodenlaser, http://www.laserline.de
- • Omicron Laserage: Lasereffekte mit Mehrfachstrahlteilern, http://www.laserage.de
- • Spekle-Messtechnik am Lehrstuhl für Messsystem/Sensortechnik, http://zeus.eikon.de
- • Ein neues Slablaser-Konzept ermöglicht verbesserte Strahleigenschaften, Keming Du, Edge Wave GmbH 2003, IPL-Aachen.
- • Weg des Laserstrahles vom Lasergerät zum Werkstück 2003, Firma Trumpf GmbH.
- • Press-release Perfolite, high-end-Perfolas, 2001–2003, Rofin Baasel Lasertech GmbH.
- • Laserperforation mit MLP-10 und MLP-50, MLT-Micro Laser Technology GmbH.
- • Standardized, flexible beam guidance systems for laser material processing, Photonik 5/2002, Dieter Frank, GMS Frank Optic Products GmbH Berlin.
- • Flexible Hollow Waveguides for Laser Applications, Prof. Dr. med. K. Behler, University of Applied Sciences Gießen-Friedberg, Department of Electrical Engineering II, Hannover Fair 2002.
- Flexible hollow-core waveguides for CO2 lasers, potential and limitation as beam guiding system for material processing, Prof. Dr. med. Behler 2003, Second International WLT Conference on Lasers in Manufacturing June 2003, Munich.
- • Hollow Silica Waveguides from Polymicro Products; high-power laser fibers, CeramOptec GmbH 2003, data sheet PT-HSW / 12-02, http://www.Polymicro.com.
- • Lincoln laser high-speed scanner Laser products: Lincoln Laser, Phoenix USA
- • Ligo Laboratory G030270-00-D: suspension with quadruple beam splitter. Edmund Optics: multiple beam splitter, http://www.edmundoptics.de
- • Laserline GmbH: beam switches / beam splitters for diode lasers, http://www.laserline.de
- • Omicron Laserage: Laser effects with multiple beam splitters, http://www.laserage.de
- • Spekle measuring technology at the chair of measuring system / sensor technology, http://zeus.eikon.de
- • A new slab laser concept enables improved beam properties, Keming Du, Edge Wave GmbH 2003, IPL-Aachen.
- • Path of the laser beam from the laser device to the workpiece 2003, Trumpf GmbH.
- • Press release Perfolite, high-end Perfolas, 2001-2003, Rofin Baasel Lasertech GmbH.
- • Laser perforation with MLP-10 and MLP-50, MLT-Micro Laser Technology GmbH.
Ein wesentlicher Aspekt der Laserperforation ist in der Limitierung der Lochsequenzen bei 100.000 bis ca. 400.000 Löcher pro Sekunde, der zugeführten, optischen Strahlleistung eines Laserstrahles von derzeit ca. 2000 Watt bei Offline und ca. 300 Watt bei Online Laser-Perforationssystemen mit hoch rotierenden Polygon- oder Drehspiegeln zu sehen, da ansonsten die Einzelenergien für jedes erzeugte Laserloch in der Materialbahn nicht mehr ausreichen. Dies lässt sich nach der angegebenen Auflistung leicht ermitteln.One essential aspect of the laser perforation is in the limitation the hole sequences at 100,000 to about 400,000 holes per second, the supplied optical Beam power of a laser beam of currently about 2000 watts at Offline and about 300 watts for online laser perforation systems with high-revving Polygon or rotating mirrors to see, otherwise the individual energies for each produced laser hole in the material web is no longer sufficient. This is possible Easily determine according to the given list.
Des
weiteren ist aus den Patentschrift
Daher ist daher leicht einzusehen, dass eine manuelle Einstellung der Geometrien aller Einzelstrahlkanäle außerordentlich mühevoll, zeitintensiv und im weiteren eine spätere Kontrolle während der laufenden Perforation fast gänzlich unmöglich ist, so dass Abweichungen in der Laserlinienposition wie auch in der Lochqualität einzelner Lochreihen und damit verbundener Porositätsabweichung, z.B. ausgelöst durch Verschmutzungen an den Laserköpfen, Einflüsse der Absaugluft und Verschmutzungen der Umlenkwalzen auf die Fokussierung, geringer Bahnkantenversatz und der gleichen mehr, erst zum Ende der produzierten Bobiene und zum Stillstand der Maschine erkennbar sind.Therefore is therefore easy to see that a manual setting of Geometries of all single beam channels extraordinarily laboriously, time-consuming and later a later check during the current Perforation almost entirely impossible is, so that deviations in the laser line position as well as in the hole quality individual rows of holes and associated porosity deviation, e.g. triggered due to contamination on the laser heads, influences of the exhaust air and dirt the deflection rollers on the focusing, low web edge offset and the same more, until the end of the produced Bobiene and can be seen to stop the machine.
Auch sind in der Produktionspraxis die mit Änderungen der Lochqualitäten verbundene Porositätsabweichungen während der laufenden Perforation nicht direkt kompensierbar, da fast ausschließlich alle Verfahren die optische Laserleistung als Strahlquelle sehr konstant halten, aber nach der Strahlaufteilung und Fokussierung keine Einwirkungsmöglichkeiten auf die Änderung der Intensität der optischen Einzelstrahlkanäle bestehen.Also are in production practice associated with changes in hole qualities Porositätsabweichungen while The current perforation can not be compensated directly, as almost all of them Process the optical laser power as a beam source very constant hold, but after the beam splitting and focusing no impact possibilities on the change the intensity the optical single beam channels consist.
Somit sind Lochqualitäts- und Perforationsprofilkontrollen und dem sich anschließenden Regelkreis zu Trendnachführungen für das Perforationssystem simultan nicht möglich, was beim hohen Automatisierungsgrad der Produktionsanlagen äußert nachteilig ist. Dies gilt im besonderen Maße für ein automatisiertes, schnelles Rüsten und Einstellen der Perforationsköpfe über die Bahnbreite hinsichtlich der Positionierung und Anfangsporosität, wie dies z.B. zur motorischen Unter/Obermesserpositionierung von Rollenschneidanlagen bekannt ist.Consequently are hole quality and Perforationsprofilkontrollen and the subsequent control loop to trend updates for the Perforation system simultaneously not possible, what with the high level of automation the production equipment is disadvantageous is. This applies in particular for an automated, fast setup and adjusting the perforation heads over the Web width in terms of positioning and initial porosity, e.g. for motorized sub / upper blade positioning of slitter winder systems is known.
Abschließend sei noch erwähnt, dass fast alle Offline Laserperforationsverfahren und im Markt erhältlich Laserperforationsanlagen Bobiene für Bobiene veredeln, was praktisch bedeutet, dass nach jedem Bobienenschnitt von 3000 oder 4000 Metern Länge die Maschine angehalten wird, Bobienen ausgetauscht und dann die Maschine wieder in den Produktionsbetrieb versetzt wird. Dieser Start-Stopp-Betrieb reduziert nicht nur die Gesamteffizienz der Anlage sondern erzeugt durch die Beschleunigungs- und Bremsphasen auch einen nicht unerheblichen Anteil von Ausschussmaterial in der Größenordnung von 4–8 %.In conclusion, be yet mentioned that almost all offline laser perforation and commercially available laser perforation systems Bobiene for Bobiene ennoble, which means in practice, that after each bobien cut of 3000 or 4000 meters in length the machine is stopped, bobbins exchanged and then the Machine is put back into production. This Start-stop operation not only reduces the overall efficiency of the Plant but generated by the acceleration and braking phases also a not inconsiderable percentage of scrap material in the Magnitude from 4-8 %.
Daher ist leicht einzusehen, dass bei sehr hohen Bahngeschwindigkeiten bis zu 600 m/min und hochgerüsteten Laser- und Perforationsleistungen die Stoppphasen zum Austausch der fertigen und zur Vorbereitung der neuen Bobienen bis zu 5 Minuten betragen kann, was dazu führt, das bei 3000 Meter langen Bobienen die Stillstandzeit zwischen 30–50 % betragen kann. Therefore is easy to see that at very high web speeds up to 600 m / min and upgraded Laser and perforation services the stop phases for replacement the finished and to prepare the new Bobienen be up to 5 minutes can, what causes, that with 3000 meters long Bobienen the idle time between 30-50% amounts to can.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Nachteile der dem Stand der Technik entsprechenden Verfahren und Vorrichtungen auszugleichen und hiermit eine technische Lösung anzugeben, mit der eine deutlich höhere Anzahl von Laserstrahlkanälen, und dies von 40 bis zu 120 Einzelkanälen und mehr bei Bahnbreiten bis zu 2000 mm, möglich sind.Therefore The invention is based on the object, the disadvantages indicated the prior art methods and devices and to hereby provide a technical solution with which a significantly higher Number of laser beam channels, and this from 40 to 120 individual channels and more at web widths up to 2000 mm, possible are.
Das erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtung zur Laserperforation von breiten Warenbahnen wird durch die Merkmale des Verfahrens nach Anspruch 1 bzw. durch die Merkmale der Vorrichtung nach Anspruch 16 gelöst.The inventive method and apparatus for laser perforation of wide webs is by the features of the method according to claim 1 or by the Characteristics of the device according to claim 16 solved.
Die Lösung besteht darin, dass mit einem Hochleistungslasermultiplexer, in deren Zentrum sich ein rotierender, kubischer Strahlteiler befindet, der zugeführte Laserstrahl in einem 360 Grad Vollwinkel in zwei oder vier Einzelstrahlen an deren Seitenflächen geteilt austritt und auf eine hohe Zahl von optischen Eintrittskanälen mit angekoppelten Fasern gelenkt wird. Die Enden aller Fasern sind mit Kollimator- und Fokussieroptiken als Mikroperforationsköpfe versehen und können durch deren Flexibilität und räumlichen Freiheitsgrad auf ideale Weise und mit den im Markt befindlichen motorischen Positionierungssystemen, wie z.B. an Rollenschneidern verwandt, in die durchlaufende Materialbahn mit den Laserperforation an beliebigen Stellen und nach Maßgabe der Perforationsraster, versehen. Somit werden in dieser Erfindung die in der bisherigen Technik sehr aufwendig eingesetzten, optischen Umlenkungs- und mechanisch hochwertigen Führungselemente gänzlich vermieden.The solution is that with a high-power laser multiplexer, in whose center is a rotating, cubic beam splitter, the supplied Laser beam in a full 360 degree angle in two or four beams on their side surfaces shared exit and with a high number of optical entrance channels with coupled fibers is directed. The ends of all fibers are with Provide collimating and focusing optics as microperforation heads and can by their flexibility and spatial Degree of freedom in an ideal way and with those in the market motor positioning systems, such as e.g. on slitter cutters related, in the continuous web with the laser perforation arbitrary places and as required the perforation grid, provided. Thus, in this invention the very expensive used in the previous art, optical Deflection and mechanically high-quality guide elements completely avoided.
Ein weiterer Erfindungsvorteil ergibt sich dadurch, dass mit dem kubischen Strahlteiler durch die Zweifach oder Vierfach Laserstrahlteilung deren Rotationsfrequenz sich um den Faktor 2 bzw. um Faktor 4, gegenüber nur einem umlaufenden und zuvor abgelenkten Laserstrahl reduziert, was die Belichtungszeit, also die Laserverweilzeit auf jeden einzelnen optischen Kanal, verlängert und so die eingangs genannten Energierelationen bei zu 120 und mehr optischen Einzelkanälen einhält.One Another advantage of the invention results from the fact that with the cubic Beam splitter by the double or quad laser beam splitting whose rotation frequency is by a factor of 2 or by a factor of 4, compared to only a circulating and previously deflected laser beam reduces what the exposure time, so the laser dwell time on each one optical channel, extended and so the energy ratios mentioned above at 120 and more single optical channels comply.
Erfindungsgemäß ist erkannt und durch eine Vielzahl von Untersuchungen und praktischen Tests bestätigt worden, dass nur mit einer kreisförmigen Anordnung eines Hochleistungslasermultiplexer die hohe Zahl von optischen Einzelkanälen von z.B. 80, 120 oder mehr, möglich sind, als dies bisher mit der Polygonstrahlauffächerungs- und Wellenbogentechnik bis maximal 32 Einzelkanälen mit Strahlauslenkungen eines Laserleistungsstrahles von kleiner 90 Grad praktiziert wird.According to the invention is recognized and been confirmed by a variety of investigations and practical tests, that only with a circular arrangement a high-power laser multiplexer the high number of optical Single channels from e.g. 80, 120 or more, possible are, as yet with the Polygonstrahlauffächerungs- and Wellenbogentechnik up to a maximum of 32 individual channels with beam deflections of a laser power beam of smaller 90 degrees is practiced.
Des weiteren ist es technologisch und produktionstechnisch ein großer Vorteil, das mit dem zweifach oder vierfach Strahlteiler die kreisförmig umlaufenden Laserstrahlen mit sehr hohen optischen Leistungen betrieben werden können, was eine elementare Vorrausetzung für die notwendige Laserenergie pro Perforationsloch von 2.0–4 mJ in der Materialbahn ist.Of Furthermore, it is technologically and production-wise a big advantage that with the double or quadruple beam splitter the circular encircling Laser beams are operated with very high optical powers can, which is an elementary prerequisite for the necessary laser energy Per perforation hole of 2.0-4 mJ is in the material web.
Darüber hinaus sind Zweifach-Laserstrahlausgänge als Laserquellen, mit jeweils 2·500 Watt oder 2·2000 Watt optischer Leistung, verfügbar, was die Zuführung auf die erfinderische Vorrichtung mit bis zu 120 oder auch mehr optischen Einzelkanälen deutlich vereinfacht.Furthermore are dual laser beam outputs as laser sources, each with 2 x 500 watts or 2 x 2000 watts optical power, available, what the feed on the inventive device with up to 120 or more optical single channels clearly simplified.
Eine Alternative für den Einsatz von speziellen optischen Fasern und deren Laserstrahlweiterführung vom Hochleistungslasermultiplexer zum Perforationsort der Warenbahn besteht aus motorisch verstellbaren Umlenkspiegeln und den sich in senkrechter Ebene anschließenden Fokussiereinheiten und Mikroperforationsköpfen. Hierbei ist die kreisförmige Laserstrahlauffächerung des Hochleistungslasermultiplexer konstruktiv so gestaltet, dass deren Gesamtdurchmesser kleiner oder auch größer ist als die Bahnbreite und die Einrichtung ober- oder unterhalb der durchlaufenden Materialbahn zur Anordnung kommt. Mit der geometrischen Verstellung der Umlenkspiegel aller Einzelstrahlkanäle gegenüber dem Zentrum der Strahlzuführung, und der dabei entstehenden Schrägverstellung gegenüber der quer durchlaufenden Materialbahn, lassen sich die Laserperforationslinien an den gewünschten Positionen erzeugen. Da sich die Strahlführungen eines jeden Einzelkanals nur in der Länge ändern, bleiben die Fokussierungs- oder Strahldivergenzeigenschaften in erster Nährung unberührt, so dass der zuvor angegebene Strahlqualitätsfaktor erhalten bleibt. Und dies unter Beachtung der sehr nah und oder weiter voneinander positionierten Laserlochlinien, von z.B. 1.0 mm und 40 mm, je nach Bobienenbreite und Rasterung. Durch eine leichte Schrägstellung der Gesamtanordnung gegenüber der Materialbahn werden Überlappungen im 90 und 180 Grad Bereich der Einzelkanäle vermieden.An alternative for the use of special optical fibers and their Laserstrahlweiterführung from the high-power laser multiplexer to the perforation of the web consists of motorized deflection mirrors and the adjoining in a vertical plane focusing units and microperforation heads. Here, the circular Laserstrahlauffächerung the high-power laser multiplexer is structurally designed so that their Overall diameter is smaller or larger than the web width and the device above or below the continuous web comes to the arrangement. With the geometric adjustment of the deflection of all individual beam channels relative to the center of the beam feed, and the resulting skew relative to the transverse continuous material web, the laser perforation lines can be generated at the desired positions. Since the beamlines of each individual channel change only in length, the focus or beam divergence properties remain untouched in the first approximation so that the beam quality factor indicated above is preserved. And this taking into account the very close and / or further positioned laser line, for example, 1.0 mm and 40 mm, depending on the Bobienenbreite and screening. By a slight inclination of the overall arrangement relative to the material web overlaps in the 90 and 180 degrees range of the individual channels are avoided.
Weitere Alternativen zum rotierenden, kubischen Strahlteiler im Zentrum des Hochleistungslasermultiplexers lassen sich durch die Verwendung von rotierenden Umlenkelementen oder auch Polygone mit geneigten Facetten angeben, welche dann den oder die beiden zugeführten Laserstrahlen in 360 Grad Vollkreis mit hoher Geschwindigkeit umlaufen lassen. Im Innenkreis des Hochleistungslasermultiplexers wird dann in gleicher Weise der umlaufende Laserstrahl in jeden optischen Einzelkanal eingekoppelt.Further Alternatives to the rotating, cubic beam splitter in the center The high performance laser multiplexer can be characterized by the use of rotating deflecting elements or even polygons with inclined facets indicate which then the or the two supplied laser beams in 360 degrees Rotate full circle at high speed. In the inner circle of the high-power laser multiplexer is then the same circulating laser beam coupled into each single optical channel.
Eine Besonderheit stellt hierbei die Alternative mit dem hoch rotierenden Polygonrad und geneigten Facetten, z.B. sechs Facetten, dar. Die vierfach und nicht gepulste Laserstrahlzuführung und damit verbundene Strahlauffächerung im Bereich von jeweils 4·2·45 Grad der zugeordneten Kreisabschnitte von z.B. 4·30 Einzelkanälen bietet eine gute verfahrenstechnische und technologische Realisierung der eingangs genannten Basisvoraussetzung. A Special feature here is the alternative with the high-rotating Polygon wheel and inclined facets, e.g. six facets, dar. The quadruple and non-pulsed laser beam delivery and associated jet spread in the range of 4 x 2 x 45 degrees the associated circular sections of e.g. 4 · 30 single channels offers a good process engineering and technological realization of the beginning basic requirement.
Durch die Neigung der Polygonflächen lassen sich z.B. vier Laserstrahlen von oben schräg einfallend zuführen, ohne dass eine Lückung zur Stahlabdeckung der zuvor genannten Teilkreisabschnitte von z.B. 4·2·45 Grad im Vollkreis des Hochleistungsmultiplexers in horizontaler und gleicher Ebene zu den optischen Einzelkanälen entsteht.By the inclination of the polygon surfaces can be e.g. four laser beams obliquely incident from above respectively, without a gap for steel covering the aforementioned pitch circle sections of e.g. 4 · 2 · 45 degrees in the full circle of the high-performance multiplexer in horizontal and equal Level to the individual optical channels arises.
Weitere Verfahrens- und Vorrichtungsvorteile dieser Erfindung ergeben sich aus der relativ einfachen Laserstrahlführung mit konventionellen, optischen Komponenten, der absoluten Baugleichheit aller Einzelkanäle, der kompakten Ausführung aller Umlenk- und Perforationsköpfe, deren mechanisch-motorischen Lineareinheiten sehr preiswert, zu erwerben sind.Further Process and device advantages of this invention will become apparent from the relatively simple laser beam guidance with conventional, optical components, the absolute identity of all individual channels, the compact design all deflection and perforation heads, their mechanical-motor linear units very inexpensive to purchase are.
Des weiteren ist hervor zu heben, dass der technologische und mechanische Aufwand zur Strahlführung und Erzeugung von hoher Anzahl optischer Einzelkanäle mit dem erfinderischen, kreisförmigen Hochleistungslasermultiplexer deutlich geringer ist, als dies mit konventionellen festen Strahlführungen bei deutlich geringeren, optischen Einzelkanälen machbar wäre. Damit sind die technologische Realisierung und der investive Aufwand für bis zu 120 oder mehr optischen Einzelkanälen und Breitbahnen bis zu 2000 mm praktisch erst machbar geworden.Of Another is to emphasize that the technological and mechanical Effort for beam guidance and generating a high number of individual optical channels with the inventive, circular High-power laser multiplexer is significantly lower than this conventional fixed beamlines would be feasible with significantly smaller, single optical channels. In order to are the technological realization and the investment effort for up to 120 or more individual optical channels and wide webs up to 2000 mm practically become feasible.
Ein
weiterer nicht zu unterschätzender
Vorteil der erfinderischen Lösung
besteht darin, dass die eingangs genannte geometrische Perforations-
und optische Porositätserfassung,
z.B. wie in der
Nachstehend einige Berechnungen, welche beispielhaft für Mundstückbelagpapierbahnen ausgeführt sind, was eine Vergleichbarkeit mit den eingangs aufgestellten Anforderungen erlaubt. Wie aus den Ergebnissen zu ersehen ist, wird dies in vorteilhafter Weise erfüllt, was praktische Tests der ersten technologischen Industrieausführungen bestätigt haben. Gleichermaßen lassen sich weitere Berechnungsbeispiele mit anderen physikalischen Bedingungen für andere Materialbahnarten daraus ableiten.below some calculations, which are exemplified for tipping paper webs, what a comparability with the initially established requirements allowed. As can be seen from the results, this becomes more advantageous Way fulfilled, what practical tests of the first technological industrial designs approved to have. equally can be further calculation examples with other physical Conditions for derive other material web types from it.
Für die Lochwiederholungsrate einer jeden Lochreihe und insgesamt für alle gilt:
- • bei A = 20 Löcher pro cm perforierter Lochlinie und Bahngeschwindigkeiten von 120 m/min: (120 m/min/60Sek./min)·100 cm·20 Löcher/cm = 4000 Löcher pro Sekunde pro cm – pro Einzellochreihe
- • bei 120 Einzelkanälen: 120·4000 Löcher/Sekunde = 480.000 Löcher pro Sekunde
- • bei B = 20 Löcher pro cm perforierter Lochlinie und Bahngeschwindigkeiten von 300 m/min: (300 m/min/60Sek./min)·100 cm·20 Löcher/cm = 10.000 Löcher pro Sekunde pro cm – pro Einzellochreihe
- • bei 120 Einzelkanälen: 120·10.000 Löcher/Sekunde = 1.200.000 Löcher pro Sekunde
- • at A = 20 holes per cm perforated hole line and web speeds of 120 m / min: (120 m / min / 60 sec / min) x 100 cm x 20 holes / cm = 4000 holes per sec per cm - per single hole row
- • 120 individual channels: 120 x 4000 holes / second = 480,000 holes per second
- At B = 20 holes per cm perforated hole line and web speeds of 300 m / min: (300 m / min / 60 sec / min) × 100 cm × 20 holes / cm = 10,000 holes per second / cm - per single hole row
- • 120 individual channels: 120 · 10,000 holes / second = 1,200,000 holes per second
Zur
Rotation des Strahlteiles oder geneigten Polygons gilt:
Für den Vierfachsstrahlteiler
errechnet sich eine Rotation von:
- • bei A = 4000 L/Sek/4 = 1000 U/Sek.
For the quadruple beam splitter, a rotation of:
- • at A = 4000 L / sec / 4 = 1000 U / sec.
Für das Polygon mit 6 Facetten und vier Laserstrahlen:
- • bei A = 4.000 L/Sek./6/4 = 166.66 U/Sek.
- • bei B = 10.000 L/Sek./6/4 = 416.66 U/Sek.
- • at A = 4,000 L / sec. / 6/4 = 166.66 U / sec.
- • at B = 10,000 L / s / 6/4 = 416.66 U / s.
Kalkulation
der Zeitdauer und Laserenergie pro zugeführtem oder geteiltem Strahl:
Für den Vierfachsstrahlteiler
errechnet sich theoretisch:
- • bei A = 1000 U/Sek. und 120 Einzelkanälen: 1/1000 Sek./(120/4) = 33.2 μs abzüglich der Zeit für das Ein- und Austauchen des Laserstrahles in die volle optische Öffnungsweite des Eintrittkanals mit ca. 40 % = ca. 20 μs
- • bei A = 4000 Löcher/Sek. und 3.5 mJ/Loch = 4000·3.5 mJ·30 = 420 Watt
For the quad beam splitter theoretically calculated:
- • at A = 1000 U / sec. and 120 individual channels: 1/1000 sec./(120/4) = 33.2 μs minus the time for the laser beam to enter and exit the full optical aperture of the inlet channel with approx. 40% = approx. 20 μs
- • at A = 4000 holes / sec. and 3.5 mJ / hole = 4000 x 3.5 mJ x 30 = 420 watts
Für geneigte Polygon mit 6 Facetten errechnet sich theoretisch:
- • bei A = 1000 U/Sek. und 120 Einzelkanälen: 1/1000 Sek./(120/4/6) = 200 μs abzüglich der Zeit für das Ein- und Austauchen des Laserstrahles in die volle optische Öffnungsweite des Eintrittkanals mit ca. 40 % = ca. 120 μs
- • bei A = 4.000 Löcher/Sek. und 3.5 mJ/Loch = 4000·3.5 mJ·30 = 420 Watt pro Laserleistungsstrahl – bei 4 Strahlen = 1680 gesamte Laserleistung
- • bei B = 10.000 Löcher/Sek. und 3.5 mJ/Loch = 10.000·3.5 mJ·30 = 1050 Watt pro Laserleistungsstrahl – bei 4 Strahlen = 4200 Watt gesamte Laserleistung
- • at A = 1000 U / sec. and 120 individual channels: 1/1000 sec./(120/4/6) = 200 μs minus the time for the laser beam to enter and exit the full optical aperture of the inlet channel with approx. 40% = approx. 120 μs
- • at A = 4,000 holes / sec. and 3.5 mJ / hole = 4000 x 3.5 mJ x 30 = 420 watts per laser power beam - at 4 beams = 1680 total laser power
- • at B = 10,000 holes / sec. and 3.5 mJ / hole = 10,000 x 3.5 mJ x 30 = 1050 watts per laser power beam - at 4 beams = 4200 watts total laser power
Wie aus den einfachen, theoretischen Berechnungsbeispielen zu ersehen ist, bewegen sich die wesentlichen physikalischen Größen in den eingangs aufgelisteten Größenordnungen, was sich in der Praxis weiter bestätigt hat.As from the simple, theoretical calculation examples is, the essential physical quantities move in the initially listed magnitudes, which has been further confirmed in practice.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten, weiterzubilden und anzugeben. Dazu ist einerseits auf die in den Patentansprüchen 1–20 beschriebenen Ausführungen, und andererseits auf die nachfolgenden Erläuterungen mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen 1–15 zu verweisen.It are now different ways to advantageously design the teaching of the present invention to further educate and indicate. On the one hand on the one hand in the claims 1-20 described designs, and on the other hand, to the following explanations of several embodiments to refer to the invention with reference to the drawings 1-15.
In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung und mittels der Zeichnungen werden auch im allgemein bevorzugten Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. Dies insbesondere für Materialbahnen wie Mundstückbelagpapiere wie aber auch Verpackungsbahnen jeglicher Art und Ausführung.In Connection with the explanation the preferred embodiments The invention and the drawings are also in general preferred embodiments and developments of the teaching explained. This especially for Material webs such as tipping papers as well as packaging webs of any kind and design.
Hierbei zeigen die Zeichnungen im einzelnen:in this connection show the drawings in detail:
Durchmesser
und räumliche
Anordnung des optischen Hochleistungslasermultiplexers (
In
Weiterführung
dieser Ansicht zeigt
Weitere optische Details bedürfen an dieser Stelle keiner weiteren Erläuterung, da sie in den eingangs genannten Patentschriften ausführlich erklärt sind.Further require optical details At this point, no further explanation, as in the beginning mentioned patent specifications in detail are explained.
Jede
mit dem Laserstrahl (
Unter
Diese
können
in der Y-Ebene zweireihig aufgeteilt oder auch in der Y-Ebene zweireihig
versetzt angeordnet sein. Als Beispiel der in dieser Verfahrensweise
und Reihenfolge erzeugten Lochreihen sind mit (
In
Die
Kennzeichnung für
den ersten optischen Kanal (
Grundsätzlich ist
die Vollkreisanordnung des Hochleistungslasermultiplexers (
Im
weiteren sind die Ausführungsmöglichkeiten
des Hochleistungslaserstrahlmultiplexers (
Dies hat den großen Vorteil, dass keine langen Verschiebebewegungen, wie dies bei der Schrägverstellung und Veränderungen des Winkels in der X-Achse der Fall ist, ergeben, und so eine direkte. Vergleichbarkeit in der Positionierung der Perforationslochreihen auf beliebigen Stellen der Materialbahn bei extrem kurzen Verschiebewegen gegeben ist, wie dies bei bisherigen Offline Laserperformationsanlagen für schmale Bahnbreiten mit bis zu vier Bobienen praktiziert wird.This has the big one Advantage that no long displacement movements, as with the oblique adjustment and changes of the angle in the X-axis is the case, and so a direct. Comparability in the positioning of the perforation hole rows on any part of the material web with extremely short displacement is given, as with previous offline laser performance equipment for narrow Rail widths with up to four bobbies is practiced.
Darüber hinaus
soll noch erwähnt
werden, dass der konstruktive Einheit des Hochleistungslaserstrahlmultiplexers
(
Im
Anschluss an
In
der Ausführung
unter
Wie
in
Zum
besseren Verständnis
der rotierenden, vierfach Laserteilstrahlen (
Eine
andere Ausführungsform
ist in
Das
Polygonrad (
Der
schräg
von oben, z.B. in einem Winkel von 30 Grad, einfallende und vorfokussierte
Laserstrahl (
Die
Schrägzuführung, dies
kann von oben oder unten erfolgen, des vorfokussierten Laserstrahles
(
Über den
Auffächerungsbereich
von z.B. vier mal 90 Grad oder anderen Konstellationen zum Vollwinkel
von 360 Grad und zur Versorgung aller optischen Einzelkanäle (
Sich
daran anschließend
erklärt
Eine
vergrößere Darstellung
der Laserlochreihenanordnung auf der Materialbahn (
In
der weiteren Vergrößerung der
Die
abschließenden
Zeichnungen der
Danach
zeigt
Der
räumliche
Abstand zwischen beiden Hochleistungslaserstrahlmultiplexern (
Einen
weiteren Ausschnitt zeigt die abschließende
Grundsätzlich ist noch anzufügen, dass bei allen hier beispielhaft beschriebenen Ausführungen die zugeführten Laserleistungsstrahlen im Dauerbetrieb, also nicht gepulst, aber auch zeitlich und in Abhängigkeit von den Rotationen der Strahlumlenkungs- oder Strahlteilungskomponenten und Strahlpositionen vor den Einlassöffnungen der Einzelkanäle getriggert, gepulst werden können.Basically still to add that in all embodiments described here by way of example the supplied Laser power beams in continuous operation, so not pulsed, but also in time and in dependence from the rotations of the beam redirecting or beam splitting components and beam positions triggered in front of the inlet ports of the individual channels, can be pulsed.
Zum Abschluss sei hervorgehoben, daß die erfinderische Lehre durch die vielen Ausführungsbeispiele lediglich erläutert, jedoch keinesfalls eingeschränkt ist. Vielmehr lässt die erfindungsgemäße Lehre auch weitere Verfahrensschritte und Vorrichtungsvarianten zur Laserperforation von breiten Warenbahnen zu, die andere bzw. weitere konstruktive Merkmale aufweisen.To the Conclusion is emphasized that the inventive Teaching through the many embodiments merely explained but not restricted is. Rather lets the teaching of the invention also further process steps and device variants for laser perforation from wide webs, the other or more constructive features exhibit.
- 11
- durchlaufende, breite Warenbahncontinuous, wide web
- 22
- HochleistungslasermultiplexerHigh-power laser Multiplexer
- 33
- Laserstrahlzuführunglaser beam delivery
- 44
- rotierendes optisches Umlenkelementrotating optical deflecting element
- 55
- umgelenkter und rotierender Laserstrahldiverted and rotating laser beam
- 66
- Rotationsrichtungdirection of rotation
- 77
- erster optischer Kanalfirst optical channel
- 88th
- letzter optischer Kanallast optical channel
- 99
- high-speed Motoreinrichtung für hohe Drehzahlenhigh-speed Motor device for high speeds
- 1010
- Zylinderlinse für den Strahleintrittcylindrical lens for the beam entrance
- 1111
- Fokussierlinsefocusing lens
- 1212
- Fasereinkopplungfiber coupling
- 1313
- CO2-HohlleiterfaserCO2 waveguide fiber
- 1414
- BahnlaufrichtungWeb direction
- 1515
- Zuführungsrichtung des Laserstrahlesfeed direction of the laser beam
- 1616
- fester Strahlumlenkspiegelsolid Strahlumlenkspiegel
- 1717
- Fokussierlinse Nullfocusing lens zero
- 1818
- fokussierter Laserstrahlfocused laser beam
- 1919
- Kollimatoroptik am Hohlfaserendecollimator optics at the hollow fiber end
- 2020
- motorisch verstellbare Fokussieroptikmotor adjustable focusing optics
- 2121
-
fokusierter
Laserstrahl auf der Warenbahn (
1 )focused laser beam on the web (1 ) - 2222
- Umlenkwalzendeflection rollers
- 2323
- erzeugte Laserperforationsreihe 1generated Laser perforation series 1
- 2424
- erzeugte Laserperforationsreihe 2generated Laser perforation series 2
- 2525
- erzeugte Laserperforationsreihe 3generated Laser perforation series 3
- 2626
- erzeugte Laserperforationsreihe 4generated Laser perforation series 4
- 2727
- erzeugte Laserperforationsreihe 5generated Laser perforation series 5
- 2828
- erzeugte Laserperforationsreihe 6generated Laser perforation series 6
- 2929
- Zylinderlinse für den Strahleintrittcylindrical lens for the beam entrance
- 3030
- motorisch verstellbare Strahlumlenkung- und Fokussiereinrichtungmotor adjustable beam deflection and focusing device
- 3131
-
Perforationskopf – bezeichnet
nach der Strahlendfokussierung zur Warenbahn (
1 )Perforation head - referred to after Strahlendfokussierung to the web (1 ) - 3232
-
Bewegungsrichtung
und Schrägverstellung der
Strahlumlenkungseinheit
30 Direction of movement and oblique adjustment of the beam deflection unit30 - 3333
-
Verstellwinkel
der Strahlumlenkungseinheit zur Bahnlaufrichtung (
14 )Adjusting angle of the beam deflecting unit to the web running direction (14 ) - 3434
- der Strahlumlenkungseinheit zugeführter Laserstrahlof the Beam deflection unit supplied laser beam
- 3535
- um gelenkter Laserstrahlaround steered laser beam
- 3636
- rotierender kubischer Strahlteiler für zwei- oder vierfach Laserstrahlteilungrotating cubic beam splitter for two or fourfold laser beam division
- 3737
-
umlaufender
Teilstrahl A-1 von Strahlzuführung
A – hier
aus Zuführungsrichtung
(
15 )Circumferential partial beam A-1 of beam feed A - here from feed direction (15 ) - 3838
- Laserstrahleintritt – von oben als A bezeichnet – in den rotierenden kubischen Laser beam entrance - from above designated as A - in the rotating cubic
-
Strahlteiler
(
36 )Beam splitter (36 ) - 3939
- Teilstrahlaustritt – hier nur als A-1 gezeichnetPartial beam exit - here only drawn as A-1
- 4040
- rotierender Teilstrahl B-1 aus der Laserstrahlzuführung Brotating Partial beam B-1 from the laser beam supply B
- 4141
- rotierender Teilstrahl A-2 aus der Laserstrahlzuführung Arotating Partial beam A-2 from the laser beam supply A.
- 4242
- rotierender Teilstrahl B-2 aus der Laserstrahlzuführung Brotating Partial beam B-2 from the laser beam supply B
- 4343
- rotierendes Polygon mit geneigten Facettenrotating Polygon with inclined facets
- 4444
- vorfokussierter LaserstrahlPrefocused laser beam
- 4545
- vom Polygon um gelenkter und rotierender Laserstrahlfrom Polygon around steered and rotating laser beam
- 4646
- Schrägeinfallsrichtung des LaserstrahlesOblique incidence direction of the laser beam
- 4747
-
über einen
optischen Kanal und zugehörigen Perforationskopf
(
31 ) erzeugtevia an optical channel and associated perforation head (31 ) generated -
Laserperforationslochreihe
3 auf der Warenbahn (
1 )Laser perforation hole row 3 on the web (1 ) - 4848
-
über einen
optischen Kanal und zugehörigen Perforationskopf
(
31 ) erzeugte via an optical channel and associated perforation head (31 ) generated -
Laserperforationslochreihe
4 auf der Warenbahn (
1 )Laser perforation hole row 4 on the web (1 ) - 4949
-
über einen
optischen Kanal und zugehörigen Perforationskopf
(
31 ) erzeugtevia an optical channel and associated perforation head (31 ) generated -
Laserperforationslochreihe
5 auf der Warenbahn (
1 )Laser perforation hole row 5 on the web (1 ) - 5050
-
über einen
optischen Kanal und zugehörigen Perforationskopf
(
31 ) erzeugtevia an optical channel and associated perforation head (31 ) generated -
Laserperforationslochreihe
6 auf der Warenbahn (
1 )Laser perforation hole row 6 on the web (1 ) - 5151
-
über einen
optischen Kanal und zugehörigen Perforationskopf
(
31 ) erzeugtevia an optical channel and associated perforation head (31 ) generated -
Laserperforationslochreihe
7 auf der Warenbahn (
1 )Laser perforation hole row 7 on the web (1 ) - 5252
-
über einen
optischen Kanal und zugehörigen Perforationskopf
(
31 ) erzeugtevia an optical channel and associated perforation head (31 ) generated -
Laserperforationslochreihe
8 auf der Warenbahn (
1 )Laser perforation hole row 8 on the web (1 ) - 5353
-
über einen
optischen Kanal und zugehörigen Perforationskopf
(
31 ) erzeugtevia an optical channel and associated perforation head (31 ) generated -
Laserperforationslochreihe
9 auf der Warenbahn (
1 )Laser perforation hole row 9 on the web (1 ) - 5454
-
über einen
optischen Kanal und zugehörigen Perforationskopf
(
31 ) erzeugtevia an optical channel and associated perforation head (31 ) generated -
Laserperforationslochreihe
10 auf der Warenbahn (
1 )Laser perforation hole row 10 on the web (1 ) - 5555
- späterer Bobienenabschnitt 1later Bobie section 1
- 5656
- späterer Bobienenabschnitt 2later Bobie section 2
- 5757
- späterer Bobienenabschnitt 3 later Bobie section 3
- 5858
- nicht benanntNot named
- 5959
- mit dem Laserstrahl erzeugtes EinzelperforationslochWith single perforation hole generated by the laser beam
- 6060
-
Abstand
der Einzelperforationslöcher
in Bahnlaufrichtung (
14 )Distance of the individual perforation holes in the direction of web travel (14 ) - 6161
-
Bedruckungsstreifen
auf der Warenbahn (
1 )Printing strips on the web (1 ) - 6262
-
spätere Schnittkante
zur Aufsplittung der breiten Warenbahn (
1 ) in einzelne Bobienen later cutting edge for splitting the wide web (1 ) into individual bobies - 6363
- Abrolleinrichtungunrolling
- 6464
- Aufrolleinrichtungretractor
- 6565
- WarenbahnrolleWeb roll
- 6666
- CO-2 LaserquellenCO-2 laser sources
- 6767
- motorisch verstellbare Einrichtung zur Positionierung eines jeden einzelnenmotor adjustable device for positioning each one
-
Perforationskopfes
(
31 ) über die gesamte Breite der Warenbahn (1 )Perforation head (31 ) over the entire width of the web (1 ) - 6868
- optisches online Porositätsmesssystemoptical online porosity measuring system
- 6969
- Perforationssektion und deren mechanischen EinrichtungPerforationssektion and their mechanical device
Claims (20)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4118619A (en) * | 1977-08-02 | 1978-10-03 | R. J. Reynolds Tobacco Company | Rotary beam chopper and scanning system |
DE2918283C2 (en) * | 1979-05-07 | 1983-04-21 | Carl Baasel, Lasertechnik KG, 8000 München | Device for substrate treatment with a rotating mirror or the like. |
DE3742553A1 (en) * | 1986-12-22 | 1988-06-30 | Gen Electric | LIGHT, ESPECIALLY LASER BEAM DIRECTING DEVICE AND METHOD, AND LASER WORKPLACE SYSTEM |
US5404889A (en) * | 1991-09-25 | 1995-04-11 | G.D Societa' Per Azioni | Device for perforating cigarette wrapping material by means of at least one laser beam |
DE19511393A1 (en) * | 1995-03-28 | 1996-10-02 | Baasel Carl Lasertech | Device for treating substrates, in particular for perforating paper |
EP0624424B1 (en) * | 1991-11-21 | 1997-02-12 | Japan Tobacco Inc. | Apparatus for boring perforations in a web sheet |
JPH1034365A (en) * | 1996-07-26 | 1998-02-10 | Seiko Epson Corp | Laser micro-perforation method and device therefor |
US5746229A (en) * | 1995-08-24 | 1998-05-05 | G.D Societa' Per Azioni | Perforating unit for producing ventilated cigarettes |
WO1998039135A1 (en) * | 1997-03-05 | 1998-09-11 | Japan Tobacco Inc. | Hole making device for web material |
WO1999058006A1 (en) * | 1998-05-14 | 1999-11-18 | Molins Plc | Cigarette manufacture |
US6064032A (en) * | 1997-05-30 | 2000-05-16 | Hauni Maschinenbau Ag | Apparatus in a filter tipping machine for manipulating a web |
US20010038368A1 (en) * | 2000-05-08 | 2001-11-08 | Fujitsu Limited, Kawasaki, Japan | Display data conversion apparatus and led head using the apparatus |
US20020158050A1 (en) * | 2001-04-30 | 2002-10-31 | Helmut Voss | Device for perforating rod-shaped articles, particularly in the tobacco-processing industry |
US20030131865A1 (en) * | 2002-01-17 | 2003-07-17 | Richmond David J. | Rotatable hair brush |
DE10251610A1 (en) * | 2002-11-06 | 2004-05-27 | Werner Grosse | Simultaneous optical porosity measurement and detection of perforations in continuous material webs, especially paper webs, using powerful illumination sources which are moved transversely over the web |
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Patent Citations (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4118619A (en) * | 1977-08-02 | 1978-10-03 | R. J. Reynolds Tobacco Company | Rotary beam chopper and scanning system |
DE2828754A1 (en) * | 1977-08-02 | 1979-02-15 | Reynolds Tobacco Co R | ROTATING, OPTICAL CHOPPING DEVICE AND USE THEREOF |
DE2918283C2 (en) * | 1979-05-07 | 1983-04-21 | Carl Baasel, Lasertechnik KG, 8000 München | Device for substrate treatment with a rotating mirror or the like. |
DE3742553A1 (en) * | 1986-12-22 | 1988-06-30 | Gen Electric | LIGHT, ESPECIALLY LASER BEAM DIRECTING DEVICE AND METHOD, AND LASER WORKPLACE SYSTEM |
US5404889A (en) * | 1991-09-25 | 1995-04-11 | G.D Societa' Per Azioni | Device for perforating cigarette wrapping material by means of at least one laser beam |
EP0624424B1 (en) * | 1991-11-21 | 1997-02-12 | Japan Tobacco Inc. | Apparatus for boring perforations in a web sheet |
DE19511393A1 (en) * | 1995-03-28 | 1996-10-02 | Baasel Carl Lasertech | Device for treating substrates, in particular for perforating paper |
US5746229A (en) * | 1995-08-24 | 1998-05-05 | G.D Societa' Per Azioni | Perforating unit for producing ventilated cigarettes |
JPH1034365A (en) * | 1996-07-26 | 1998-02-10 | Seiko Epson Corp | Laser micro-perforation method and device therefor |
WO1998039135A1 (en) * | 1997-03-05 | 1998-09-11 | Japan Tobacco Inc. | Hole making device for web material |
EP0909606A1 (en) * | 1997-03-05 | 1999-04-21 | Japan Tobacco Inc. | Hole making device for web material |
US6064032A (en) * | 1997-05-30 | 2000-05-16 | Hauni Maschinenbau Ag | Apparatus in a filter tipping machine for manipulating a web |
US6229115B1 (en) * | 1997-05-30 | 2001-05-08 | Hauni Maschinenbau Ag | Method of and apparatus in a filter tipping machine for manipulating in a web |
WO1999058006A1 (en) * | 1998-05-14 | 1999-11-18 | Molins Plc | Cigarette manufacture |
US20010038368A1 (en) * | 2000-05-08 | 2001-11-08 | Fujitsu Limited, Kawasaki, Japan | Display data conversion apparatus and led head using the apparatus |
US20020158050A1 (en) * | 2001-04-30 | 2002-10-31 | Helmut Voss | Device for perforating rod-shaped articles, particularly in the tobacco-processing industry |
US20030131865A1 (en) * | 2002-01-17 | 2003-07-17 | Richmond David J. | Rotatable hair brush |
DE10251610A1 (en) * | 2002-11-06 | 2004-05-27 | Werner Grosse | Simultaneous optical porosity measurement and detection of perforations in continuous material webs, especially paper webs, using powerful illumination sources which are moved transversely over the web |
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