DE4300635C2 - Verfahren und Vorrichtung zum elektro-erosiven Perforieren elektrisch nicht leitender Materialien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektro-erosiven Perfo­ rieren elektrisch nicht leitender Materialien zwischen mindestens zwei Elektroden, zwischen denen elektrische Entladungen stattfinden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 11.

Bekannte Vorrichtungen zum elektro-erosiven Perforieren, wie sie beispielsweise aus der DE 28 33 527 A1 bekannt sind, eignen sich zum Perforieren einer sich bewegen­ den Bahn, beispielsweise einer Papierbahn aus Mundstückpapier für Filterzigaretten. Dabei besitzt eine solche Vorrichtung eine Reihe getrennter Elektroden auf der einen Seite der Bahn und einer damit zusammenwirkenden Elektrodenanordnung auf der anderen Seite der Bahn. Die Bahn wird mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit an den feststehenden Elektroden vorbeigeführt, wobei die Perforation in der Bahn durch den Durchtritt einer Anzahl von Funken durch die Bahn gebildet wird. Durch Beein­ flussen der Frequenz der Wechselstromleistungsquelle sowie durch Verändern der Bahngeschwindigkeit kann die Porosität und Lochgröße beeinflußt werden.

Des weiteren offenbart die DE 31 26 545 A1 eine Vorrichtung zum elektro-erosiven Perforieren. Bei der bekannten Vorrichtung wird eine zu perforierende Materialbahn zwischen einer geerdeten Oberfläche und einer eine Vielzahl von Einzelelektroden aufweisenden Elektrodenanordnung durchgeführt. Die die Einzelelektroden aufwei­ sende Elektrodenanordnung ist dabei als Rotor und die geerdete Oberfläche als Ge­ genwalze ausgebildet. Rotor und Gegenwalze drehen sich um zwei parallel zueinan­ der angeordnete Achsen und bilden zwischen ihren Umfangsoberflächen einen Fun­ kenspalt, durch den die Materialbahn hindurchgeführt wird. Die Drehung des Rotors bzw. der Gegenwalze während des Perforierens bewirkt, daß eine rasche und un­ gleichmäßige punktuelle Erosion der Elektroden, wie sie bei sich nicht drehenden stiftförmigen Elektroden üblich ist, weitgehend vermieden wird. Zur Vermeidung einer ungleichmäßigen Erosion der Umfangsfläche der Gegenwalze bzw. der Ausbildung von um die Umfangsfläche der Gegenwalze verlaufenden Erosionslinien ist entweder die Gegenwalze oder der Rotor in begrenztem Maße axial bewegbar.

Sowohl die rotatorische Bewegung der Elektrodenanordnung und der Gegenwalze als auch die begrenzte - eindimensionale - Axialbewegung von entweder Elektroden­ anordnung oder Gegenwalze dienen ausschließlich der Vermeidung einer ungleich­ mäßigen Erosion. Die Funkenentladung findet dabei immer an derselben, im wesentlichen ortsfesten Stelle statt, nämlich am Ort des geringsten Abstandes zwi­ schen Elektrode und Gegenwalze. Die bekannte Vorrichtung ist explizit zum Erzeu­ gen von Perforationsreihen ausgebildet.

Weiterhin ist aus der EP 00 36 630 A1 ein Verfahren zum Perforieren von Papier, insbesondere Zigaretten- und Mundstückbelagpapier für Zigaretten, bekannt, bei dem das zu perforierende Papier als Bahn zwischen Elektroden hindurchgeführt wird, zwi­ schen denen elektrische Entladungen stattfinden, wobei zwei Papierbahnen mit glei­ cher Geschwindigkeit zwischen den Elektroden hindurchgeführt werden. Durch die­ ses Verfahren sollen die Produktivität und die Qualität der Perforation insbesondere bei bedrucktem Papier, verbessert werden.

Ferner ist aus der DE 27 40 613 A1 die Anwendung des elektro-erosiven Perforie­ rens auch auf andere nicht leitende Materialien, wie beispielsweise mit Kunststoff be­ schichtete Faservliese oder -gewebe oder deren Beschichtungsmaterialien, bekannt. Ferner gehört es zum Grundwissen des auf dem Fachgebiet der Mikroperforation tä­ tigen Fachmanns, daß auf Kunststoffolien oder Filme sowie diverse Acrylate, Neo­ pren oder verschiedene PVC-Sondermischungen solche elektro-erosiven Perforationsverfahren anwendbar sind.

Mit den bekannten Vorrichtungen und Verfahren ist es zwar möglich, den Perforati­ onsabstand zu variieren sowie die Lochgröße der Perforation zu beeinflussen, jedoch ist es nicht möglich, verschiedene Perforationsbahnenverläufe, geschweige denn beliebige Porositätsprofile, zu erzeugen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrich­ tung zum elektro-erosiven Perforieren elektrisch nicht leitender Materialien anzuge­ ben, mit welchen beliebige Perforationsmuster bzw. -verläufe auf einfache Weise er­ zeugt werden können.

Diese Aufgabe wird in erfindungsgemäßer Weise bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art in überraschend einfacher Weise dadurch gelöst, daß mindestens eine Elektrode vor und/oder während des Perforierens in einer Ebene relativ zu dem zu perforierenden Material und/oder das zu perforierende Material in einer Ebene relativ zu den Elektroden frei in X- und Y-Richtung der jeweiligen Ebenen bewegt werden bzw. wird.

Wie sich aus dem letztgenannten, fakultativen Merkmal ergibt, ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht mehr zwingend, daß das zu perforierende Material in Bahnform geschnitten an den Elektroden vorbeigezogen wird. Gleichwohl schließt das er­ findungsgemäße Verfahren eine Bewegung des zu perforierenden Materials nicht aus, sondern läßt sogar eine freie Bewegung des zu perforierenden Materials in einer Ebene relativ zu den Elek­ troden zu. Die durch die freie Beweglichkeit des zu perforie­ renden Materials in einer Ebene eröffnete zweite Bewegungsdi­ mension ermöglicht es auf einfache Art und Weise, eine Perfora­ tion an jeder gewünschten Stelle des Materials zu erzeugen.

In der Mehrzahl der Anwendungsfälle wird man allerdings von der Bewegung des zu perforierenden Materials in zwei Freiheitsgra­ den absehen und dafür mindestens eine Elektrode vor und/oder während des Perforierens relativ zu dem zu perforierenden Mate­ rial bewegen. Eine Bewegung der Elektrode vor dem Perforieren hat zur Folge, daß jeder beliebige Punkt auf dem zu perforie­ renden Material als Ausgangspunkt weiterer Perforationen ange­ fahren werden kann. Ein Bewegen der Elektrode während des Per­ forierens hat zur Folge, daß bei stillstehendem zu perforieren­ dem Material ein dem Bewegungsverlauf der Elektrode entspre­ chender Perforationsverlauf auf dem Material erzeugbar ist.

Durch die Überlagerung der Bewegung von Elektrode und zu perfo­ rierendem Material lassen sich beispielsweise fortlaufende und dabei - falls gewünscht - geschlossene Perforationen erzeugen.

Besondere Effekte, wie beispielsweise ellipsen- oder wellenför­ mige Perforationen, lassen sich durch Verändern der Bewegungs­ geschwindigkeit und -richtung der Elektroden und/oder des zu perforierenden Materials während des Perforierens erzielen.

Eine Variation der Perforationsdichte kann durch synchrones oder auch asynchrones Zu- bzw. Abschalten einzelner Elektroden er­ reicht werden, die beispielsweise in Kaskaden oder Matrizen an­ geordnet sein können. Der Lochdurchmesser der Perforationslö­ cher kann sowohl vor als auch während des Perforierens durch Verändern der Entladungsenergie, beispielsweise durch Variation des Elektrodenabstands, beeinflußt werden. Schließlich kann der Perforationslochabstand und die Perforationslochgröße durch Steuerung der Frequenz der zwischen den Elektroden stattfinden­ den Entladungen beeinflußt werden. Während oder nach dem Perfo­ rieren sorgt im Bereich der Elektroden zugeführte Kühlluft für eine entsprechende Kühlung der Elektroden sowie des perforier­ ten Materials. Zusätzlich zugeführte Preßluft unterstützt einerseits den Kühleffekt, andererseits lassen sich die perfo­ rierten Konturen direkt nach ihrer Bearbeitung automatisch mit­ tels einer speziellen Düsen- und nachgeschalteten Saugein­ richtung aus dem Material herauslösen und entfernen, so daß der eingangs erwähnte, gewünschte Stanzeffekt erzielt wird.

Herkömmliche Vorrichtungen zur Durchführung des elektro-erosi­ ven Perforationsverfahrens weisen eine Auflagefläche für das zu perforierende Material mit mindestens einer ersten Elektrode auf der einen Seite des Materials und mindestens einer damit zusammenwirkenden Gegenelektrode auf der anderen Seite des Ma­ terials sowie einen Generator zur Erzeugung von Hochspannungs­ impulsen, die an der zwischen den Elektroden befindlichen Fun­ kenstrecke gesetzt werden, auf. Die zuvor beschriebene Vorrich­ tung wird für das erfindungsgemäße Verfahren dadurch tauglich gemacht, daß die erste Elektrode in der Materialebene in X/Y-Richtung frei verschiebbar ist und daß die flächig ausgebildete Gegenelektrode sich mindestens über den Bewegungsradius der ersten Elek­ trode erstreckt. Zwar wäre grundsätzlich eine punktförmige Ge­ genelektrode, die im wesentlichen der Ausbildung der ersten Elektrode entspricht, denkbar, jedoch wäre hiermit ein wesent­ lich größerer konstruktiver Aufwand verbunden, da diese dann in gleicher Weise wie die erste Elektrode mit einer Vorrichtungen für die freie, jedoch zwangsgekoppelte Verschieblichkeit in X/Y-Richtung ausgerüstet werden müßte. Dieser hohe konstruktive Aufwand ist allerdings zur Lösung der der Erfindung zugrunde­ liegenden Aufgabe nicht erforderlich, da bereits die freie Ver­ schiebbarkeit der ersten Elektrode eine Perforation an beliebi­ ger Stelle des Materials ermöglicht, zumal sich zwischen einer verschieblich angeordneten ersten Elektrode und einer stati­ schen, flächig ausgebildeten Gegenelektrode in gleicher Weise eine Funkenstrecke ausbildet, wie dies zwischen zwei jeweils synchron zu verschiebenden punktförmigen Elektroden der Fall ist. Mittels einer in X/Y-Richtung zwischen den Elektroden beweglich angeordneten Auflagefläche für das zu perforierende Material läßt sich auf einfache Art und Weise die Verfahrensalternative gemäß Patentanspruch 1 realisieren, wonach das zu perforierende Material in einer Ebene relativ zu den Elektroden bewegt wird.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn zwischen der Gegenelektrode und dem zu perforierenden Material ein Luftpolster ausgebildet ist, da auf diese Weise das Entste­ hen von Brandrändern und Streuungen des Linienbandes innerhalb des Perforationsbereichs vermieden werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Elektrode integraler Bestandteil eines Perforationskopfes, der zugleich eine die Elektrode ummantelnde Kühlluftzufuhr aufnimmt. Der Zweck und die Notwendigkeit der Kühlluftzufuhr wurde bereits zuvor erläutert, so daß sich weitere Ausführungen hierzu an dieser Stelle erübrigen.

Um die Anordnung und Ausbildung der Perforationslöcher zu be­ einflussen, können einerseits mehrere feststehende Elektroden in Längs- und Querrichtung, beispielsweise kaskadenförmig, an­ geordnet sein. Die Elektroden können aber auch als Gitter, Ma­ trix oder mit linienförmigen Kontaktflächen ausgebildet sein.

Zur Herstellung konventioneller Perforationslöcher wird als er­ ste Elektrode gewöhnlich eine sog. Stiftelektrode verwendet. Eine drehbare Anordnung der ersten Elektrode in einer Elektro­ denhalterung ermöglicht insbesondere im Zusammenhang mit Elek­ troden mit linienförmigen Kontaktflächen oder auch mit Gitter­ elektroden besondere Perforationsmuster, wie insbesondere al­ ternierende Kreuzmuster.

Bei einer konventionellen Stiftelektrode läßt sich auf beson­ ders einfache Art und Weise die bereits erwähnte Preßluft durch eine koaxial in die Stiftelektrode eingebettete Düse auf die Perforationsstelle aufbringen und das zwischen den Perforatio­ nen befindliche Material entfernen. Durch entsprechende Erhö­ hung des Preßluftdruckes lassen sich in weiter vorteilhafter Weise perforierte Konturen direkt nach deren elektro-erosiver Bearbeitung herausstanzen. Sollte der Preßluftdruck auf eine größere Fläche, beispielsweise bei dünneren zu verarbeitenden Materialien, verteilt werden, ist es empfehlenswert, die Preß­ luftdüse ringförmig um die Stiftelektrode anzuordnen.

Unabhängig von einer elektronischen Steuerung für die Bewegung der ersten Elektrode läßt sich über die Wahl der Gegenelek­ trode, beispielsweise als in Bahnrichtung mitlaufende Gitter­ elektrode oder Stahlband, der Perforationsverlauf und die Per­ forationsdichte erheblich beeinflussen. Eine entsprechende Wahl der Maschenweite des Elektrodengitters bewirkt, daß trotz der an den Elektroden anliegenden Hochspannung in bestimmten Posi­ tionen der beweglichen Elektrode keine Entladungen stattfinden. Durch einen geeigneten räumlichen Versatz der einzelnen als er­ ste Elektrode dienenden Stiftelektroden bezüglich dem Gitter der Gegenelektrode bei stationären Ausführungen ist eine beson­ ders gute und hohe Querperforationsleistung zu erzielen.

Zur Erzielung eines weitgehend gleichbleibenden Perforationser­ gebnisses besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise eine automatische Elektrodenabstands-Nachstellvorrichtung, die dem natürlichen Kontaktabbrand entgegenwirkt.

Die in X/Y-Richtung freie Verschieblichkeit der ersten Elek­ trode wird vorzugsweise mittels zwei, jeweils für sich ange­ triebenen Linearvorschubseinheiten für die X- bzw. Y-Richtung erreicht. Solche gewöhnlich mit Schrittmotoren ausgerüsteten Linearvorschubseinheiten besitzen den Vorteil, daß sie eine na­ hezu ruckfreie Bewegung der ersten Elektrode über das zu perfo­ rierende Material ermöglichen, was besonders gleichmäßige Per­ forationslinien zur Folge hat. Dies ist insbesondere im Hin­ blick auf das Schneiden von Konturen, deren Umrisse nicht aus­ gefranst oder wellig sein sollen, von Bedeutung. Insbesondere beim Schneiden geometrischer Figuren, wie Ellipsen oder Krei­ sen, würde sich eine einer stärkeren Gleichlaufschwankung unterworfene Antriebseinheit für die erste Elektrode ungünstig auswirken.

Werden mindestens zwei Elektroden an vorzugsweise nebeneinander angeordneten Linearvorschubeinheiten für die X- bzw. Y-Richtung parallel betrieben, so sind beidseitige Randperforationen oder auch geradlinige Vorperforationen als Abrißlinien, beispiels­ weise für Vordrucke, Zahlkarten usw., möglich. Durch synchronen Betrieb der nebeneinander angeordneten Linearvorschubeinheiten lassen sich beispielsweise auch gekrümmte Bahnrandperforationen oder sogar wellenförmige Bahnrandperforationen realisieren. Eine solche Ausführungsform empfiehlt sich insbesondere im Zu­ sammenhang mit Bahnmaterialien.

Eine alternative Vorrichtung zur Bewegung der ersten Elektrode in der Materialebene besteht aus einem um eine Welle drehbaren Ausleger, an dem die Elektrode linearbeweglich angeordnet ist. Mit einer solchen Vorrichtung lassen sich besonders vorteilhaft in sich geschlossene Konturen bei stillstehendem, zu perforie­ rendem Material herstellen.

Unabhängig von der Elektrodenart sowie deren Bewegungsantrieb läßt sich durch kaskadierte Anordnung mehrerer Elektroden sowohl die Lochdichte als auch die Anordnung beeinflussen.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorlie­ genden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und wei­ terzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprü­ che, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung von drei Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugten Ausgestaltungen und Weiterbil­ dungen der Lehre erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Perfo­ rieren mit Linearvorschubeinheiten für die X/Y-Richtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungs­ beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer an einem drehbaren Ausleger befestig­ ten Elektrode,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungs­ beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Längs- und Querperforationseinrichtungen,

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 4,

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein zu perforierendes Material während der Erzeugung von Linienperforationen,

Fig. 7 eine Draufsicht auf ein zu perforierendes Material während der Erzeugung von Konturperforationen und

Fig. 8 eine Prinzipdarstellung einer Perforationsma­ trix.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einer Stiftelektrode 1 und einer mit ihr zusammenwirkenden Gegenelek­ trode 2, die zugleich als Auflagefläche für die im Schnitt dar­ gestellte Papierbahn 3 dient. Die Papierbahn 3 wird senkrecht zur Bildebene zwischen der Stiftelektrode 1 und der Gegenelek­ trode 2 hindurchgezogen und auf einer in der Fig. 1 nicht dar­ gestellten Rolle, die motorisch angetrieben ist, aufgewickelt. Ebenfalls nicht dargestellt ist ein Luftpolster, das zwischen der Gegenelektrode 2 und der Papierbahn 3 erzeugt wird, um das Entstehen von Brandrändern und zu großer Streuung der zu erzeu­ genden Perforationen zu vermeiden. Die Papierbahn 3 liegt also genaugenommen nicht auf ihrer Auflagefläche auf, sondern schwebt über ihr.

Die Stiftelektrode 1 wird von einem ebenfalls in der Fig. 1 nicht dargestellten Generator mit Hochspannungsimpulsen beauf­ schlagt, die an der zwischen der Stiftelektrode 1 und der Ge­ genelektrode 2 befindlichen Funkenstrecke 4 über eine Erdung 5 abgesetzt werden.

Im dargestellten Beispiel ist die Gegenelektrode 2 als festste­ hende, glattflächige leitende Platte ausgebildet, so daß die Papierbahn 3 problemlos in Verbindung mit dem ausgebildeten Luftpolster darübergleiten kann.

Die Gegenelektrode 2 ist an einem Maschinenrahmen 6 der Perfo­ rationsvorrichtung befestigt, der weiterhin, wie in Zusammen­ hang mit Fig. 2 ersichtlich, eine Linearvorschubseinheit 7 für die X-Achse und 8 für die Y-Achse aufnimmt.

Die über Schrittmotoren 9 bzw. 11 angetriebenen Linearvor­ schubseinheiten 7 bzw. 8 ermöglichen das Anfahren jedweden Punktes im Bereich der Gegenelektrode 2 mit der Stiftelektrode 1, wie dies insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, in der die Bewegungsrichtungen der Linearvorschubeinheit 7 bzw. 8 mittels Pfeilen 12 und 13 gekennzeichnet sind.

Im hier gewählten Ausführungsbeispiel ist die Stiftelektrode 1 integraler Bestandteil eines Mikroperforationskopfes 14 mit ei­ ner nicht dargestellten, die Stiftelektrode 1 ummantelnden Kühlluftzufuhr, durch die von einem in den Figuren nicht dargestellten Kühlluftge­ bläse geförderte Kühlluft auf die Papierbahn 3, die Funken­ strecke 4 sowie die Elektroden 1, 2 gefördert wird, um nachtei­ lige Folgen einer Überhitzung der vorgenannten Komponenten zu verhindern.

Die Linearvorschubeinheiten 7, 8 erlauben es, die Stiftelek­ trode 1 vor und/oder während des Perforierens relativ zu der zu perforierenden Papierbahn 3 zu bewegen, ohne daß hierzu, wie bei den bekannten Systemen, eine Papierbahnvorschubvorrichtung zwingend erforderlich ist. Gleichwohl ist in dem hier gewählten Ausführungsbeispiel eine solche Papiervorschubvorrichtung vor­ gesehen, um die Papierbahn zusätzlich relativ zu den Elektroden 4 bewegen zu können, wodurch sich beispielsweise durch eine peri­ odische Hin- und Herbewegung der Linearvorschubeinheit für die X-Achse 7 bei gleichmäßiger Geschwindigkeit der Papierbahn 3 eine sinusähnliche Perforation herstellen läßt.

Durch gleichzeitige Aktivierung der Linearvorschubeinheit 7 für die X-Achse sowie der Linearvorschubseinheit 8 für die Y-Achse lassen sich auch ohne weiteres Kreisgebilde oder verschiedene Konturen und Motive in die Papierbahn 3 perforieren.

Der Einsatz von in den Figuren ebenfalls nicht dargestellten mikroelektronischen Baugruppen, wie sie zur Achsführung von CNC-Maschinen eingesetzt werden, sorgt für eine präzise Bahn­ führung der Stiftelektrode 1, insbesondere durch eine Konstant­ haltung der Taktfrequenz der Entladungen im Verhältnis zur Vorschubgeschwindigkeit der Papierbahn 3 sowie in Anlehnung an die Bewegungsgeschwindigkeit der Linearvorschubeinheiten 7 bzw. 8 für die X- bzw. Y-Achsen, so daß hohe Produktqualitäten in Be­ zug auf die Steuerung der Porösität und den Abstand der einzel­ nen Poren erzielbar sind.

In Fig. 3 wird eine alternative Vorrichtung zum elektro-erosi­ ven Perforieren von elektrisch nicht leitenden Materialien in Seitenansicht gezeigt, die sich im wesentlichen von dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispielen dadurch un­ terscheidet, daß sie anstelle der linearen Vorschubeinheiten 7, 8 für die X- bzw. Y-Achse eine an einem Maschinenrahmen 21 drehbar gelagerte Hohlwelle 22 mit einem am unteren Ende der Hohlwelle 22 rechtwinklig abgehenden Ausleger 23 aufweist, an dem verfahrbar der Mikroperforationskopf 24 mit der Stiftelek­ trode 25 angeordnet ist. Gegenüber der Stiftelektrode 25 ist in gleicher Weise wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbei­ spiel eine glattflächige, plattenförmige Gegenelektrode 26 an­ geordnet.

Die Gegenelektrode 26 dient auch im hier gezeigten Ausführungs­ beispiel zugleich als Auflage für das zu perforierende Papier 27, das jedoch im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 nicht bewegt wird. Auch bei der Verwendung dieser Vorrichtung wird vorteilhafterweise ein Luftpolster von ca. 0,5 mm Stärke zwischen der Gegenelektrode 26 und dem zu perforie­ renden Papier 27 aufgebaut.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist der Mikroperforationskopf 24 längs des Auslegers 23 verfahrbar, so daß sich der Radius a der Elektrode 25 von der Mittelachse M der Hohlwelle 22 aus stufen­ los einstellen läßt. Diese Einstellung läßt sich vorzugsweise mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten, in den Ausleger 23 integrierten Schrittmotor bewerkstelligen. Die Hohlwelle 22 ist mittels eines an dem Grundrahmen 21 befestigen Antriebs 28 um die Mittelachse M drehbar.

Der Antrieb 28 läßt sich in seiner Drehzahl stufenlos regulie­ ren, so daß in Verbindung mit der Beweglichkeit der Elektrode 25 längs des Auslegers 23 zum einen jeder beliebige Punkt auf dem Papier 27 mit den Mikroperforationskopf 24 angefahren und somit perforiert werden kann, aber auch beim kontinuierlichen Perforieren nahezu jede erdenkliche Kontur in das Papier 27 stanzbar ist.

Durch entsprechende, in Fig. 3 nicht dargestellte elektronische Steuer-/Speichereinheiten lassen sich die zur Erzielung be­ stimmter Perforationskonturen erforderlichen, aufeinander abge­ stimmten Dreh-/Längsbewegungen der Hohlwelle 22 bzw. des Mikro­ perforationskopfes 24 längs des Auslegers 23 abspeichern und jederzeit wieder abrufen.

Die für die elektro-erosive Mikroperforation erforderliche, zwischen der Stiftelektrode 25 und der Gegenelektrode 26 anlie­ gende Wechselspannung läßt sich wie im gezeigten Ausführungs­ beispiel auf einfache Art und Weise durch einen gegen den Aus­ leger 23 isolierten Schleifring 29, der mittels eines Bürsten­ kontaktes 31 mit der Hochspannungsquelle verbunden ist, anle­ gen.

Zur besseren Kühlung der beiden Elektroden 25, 26 sowie des zu perforierenden Papiers 27 besitzt die Vorrichtung in der Hohl­ welle 22 sowie dem Ausleger 23 angeordnete Kanäle 32, die in der Zeichnung lediglich gestrichelt dargestellt sind. Die Ver­ bindung der Kanäle 32 mit der in der Zeichnung nicht darge­ stellten Kühlluftzufuhr erfolgt durch den Maschinenrahmen 21.

Der in Fig. 3 mit Pfeilen 33 gekennzeichnete Kühlluftstrom mün­ det an dem Mikroperforationskopf 24 im Bereich der Elektroden 25, 26. Der Hauptunterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und dem nach den Fig. 1 und 2 besteht im wesentli­ chen darin, daß sich die Vorrichtung mit den Linearvorschubein­ heiten für die X- bzw. Y-Achse insbesondere im Zusammenhang mit der Verarbeitung von kontinuierlich bewegten Papierbahnen 3 eignet, während die Vorrichtung mit Hohlwelle 22 und Ausleger 23 ent­ sprechend Fig. 3 in erster Linie zur Verarbeitung von nicht be­ wegtem Papier oder dgl. geeignet ist. Gleichwohl muß hier be­ tont werden, daß unabhängig von der Konstruktion der Vorrich­ tung zur Bewegung des Mikroperforationskopfes 24 grundsätzlich beide Vorrichtungen sowohl mit bewegtem zu perforierendem Mate­ rial 3 als auch mit ruhendem zu perforierendem Material 3 nutzbar sind.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zum elektro-erosiven Perforieren, die im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung nicht eine einzelne erste Stiftelektrode 1 aufweist, die ggf. relativ zu dem zu perforierenden Material 3 bewegbar ist, sondern mehrere Elektrodenanordnungen 34 und 35 umfaßt. In dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind Elektrodenanordnungen 34 zur Erzeugung von Längsperforationen und Elektrodenanordnun­ gen 35 zur Erzeugung von Querperforationen vorgesehen. Jede Elektrodenanordnung 34, 35 besteht aus mehreren Stiftelektroden 1, die in einer gemeinsamen Halterung angeordnet sind. Diese Halterungen können entweder fest bezüglich der Gegenelektrode 2 angeordnet sein oder auch beweglich, so daß ihre Position ge­ zielt veränderbar ist. Wesentlich ist, daß sich die Stiftelek­ troden 1 jeder Elektrodenanordnung auch einzeln ansteuern las­ sen. Wie auch in dem in Fig. 1 dargestellten Aus­ führungsbeispiel ist die Gegenelektrode 2 über eine Erdung 5 geerdet. Ein Bahnmaterial 3, bspw. eine Papierbahn, wird mit Hilfe von einer Einlaufrolle 37 und einer Auslaufrolle 38 über die Gegenelektrode 2 gezogen, wobei das Bahnmaterial 3 in die­ sem Ausführungsbeispiel nicht direkt auf der Gegenelektrode 2 aufliegt, da zwischen der Gegenelektrode 2 und dem Bahnmaterial 3 ein Luftpolster 36 ausgebildet ist.

Fig. 5 zeigt eine Aufsicht auf die in der Fig. 4 dargestellten Elektrodenanordnungen 34, 35. Die Vorrichtung umfaßt drei Elektrodenanordnungen 35 für Querperforationen, die in einem Abstand x parallel zueinander und entsprechend quer zur Lauf­ richtung des Bahnmaterials 3 angeordnet sind. Zwischen diesen Elektrodenanordnungen 35 sind jeweils drei Elektrodenanordnun­ gen 34 für Längsperforationen senkrecht zu den Elektrodenanord­ nungen 35 angeordnet. Die in dem Bahnmaterial 3 erzeugten Längsperforationen 40 sind wie die erzeugten Querperforationen 41 durch gestrichelte Linien angedeutet. Es sei an dieser Stelle noch darauf hingewiesen, daß zwischen den benachbarten Stiftelektroden 1 jeder Elektrodenanordnung 34, 35 ein Elektro­ denspalt 39 besteht. Außerdem besteht ein Stiftversatz y zwi­ schen den Stiftelektroden 1 der verschiedenen Elektrodenanord­ nungen 35 zur Querperforation.

Die Fig. 6 und 7 zeigen zwei Möglichkeiten der Verfahrensfüh­ rung. Fig. 6 zeigt das Erstellen von parallel verlaufenden Längsperforationslinienbändern 40 in einem Bahnmaterial 3 mit entsprechenden Elektrodenanordnungen 34 zur Längsperforation. Eines der beiden Längsperforationslinienbänder 40 weist Perfo­ rationsunterbrechungen 42 auf. Die Teillängen der Perforations­ linienbänder 40 nach Unterbrechungen 42 werden von der Art der Ansteuerung der Elektrodenanordnungen 34 bzw. der einzelnen Stiftelektroden 1 und auch von der Transportgeschwindigkeit des Bahnmaterials 3 bestimmt.

Fig. 7 zeigt ein Bahnmaterial 3, in dem eine kreisförmige Per­ forationskontur 43 mit Hilfe eines Mikroperforationskopfes 24 mit einer Stiftelektrode 1 erzeugt ist. Aufgrund der Streuung der einzelnen Perforationen um eine Perforationsmittellinie weist die kreisförmige Kontur 43 einen Innendurchmesser 44 und einen Außendurchmesser 45 auf, welche sich geringfügig unter­ scheiden.

Es ist schließlich auch möglich, die einzelnen Stiftelektroden 1 in Form einer Matrix anzuordnen, was in Fig. 8 schematisch dar­ gestellt ist. Die einzelnen Stiftelektroden 1 sind hier entspre­ chend ihrer Position in der Matrix mit X1.X bis X7.X für die Reihen von Stiftelektroden 1 quer zur Laufrichtung und mit XX.1 bis XX.8 für die Reihen von Stiftelektroden 1 in Laufrichtung be­ zeichnet. Auch mit solchen Matrixanordnungen lassen sich Längs­ perforationslinienbänder 40 und Querperforationslinienbänder 41 gleichzeitig erzeugen. Bei der in Fig. 8 dargestellten Matrixanordnung besteht zwischen den einzelnen Stiftelektroden 1 in Laufrichtung ein Abstand c und quer zur Laufrichtung ein Ab­ stand d. Zusätzlich besteht zwischen den einzelnen Reihen von Stiftelektroden 1, die quer zur Laufrichtung des Bahnmaterials 3 verlaufen, ein Versatz y. Diese Anordnung in Verbindung mit ei­ ner geeigneten Ansteuerung der Stiftelektroden 1 eröffnet viel­ fältige Möglichkeiten der Anordnung von Perforationen und der Gestaltung von Perforationskonturen. Dazu muß der Zeitpunkt, an dem eine bestimmte Stiftelektrode 1 bzw. eine Elektrodenanordnung angesteuert wird, auch auf die Geschwindigkeit abgestimmt bzw. synchronisiert werden, mit der das Bahnmaterial 3 durch die Vor­ richtung bewegt wird. Diese Steuerinformationen können in Form einer Tabelle, in der die Zeitpunkte der Ansteuerung einer be­ stimmten Stiftelektrode 1 bzw. Elektrodenanordnung aufgelistet sind, abgespeichert werden. Nachfolgend wird beispielhaft eine solche Tabelle angegeben. Entsprechend dem hier angegebenen Zeitablauf in Verbindung mit dem Synchronismus zur Transportge­ schwindigkeit des zu perforierenden Bahnmaterials 3 werden wech­ selweise Längs- und Querperforationen erzeugt. Eine gewisse Gleichmäßigkeit der Perforationslinienbänder 40, 41 wird durch Mehr­ fachperforation erreicht.

Beispiel

- Der Abstand der Querperforationen soll 6×c betragen.
- Der Abstand der Längsperforationen soll 3×d betragen.

Der Perforationsvorgang schreitet jeweils zu den Zeitpunkten t1, . . ., tn um aufeinanderfolgende Schritte s der Größe s = c/2 fort.

Um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verbundenen Vorteile zu kombinieren, kommt es letztlich nur darauf an, daß minde­ stens eine der Elektroden - hier die Stiftelektrode 1 - relativ zu dem zu perforierenden Material 3 bewegt wird oder daß das zu perforierende Material 3 in einer Ebene relativ zu den Elektroden 1 frei beweglich ist.

Claims (27)

1. Verfahren zum elektro-erosiven Perforieren elektrisch nicht leitender Materialien zwischen mindestens zwei Elektro­ den, zwischen denen elektrische Entladungen stattfinden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode (1; 25) vor und/oder während des Perforierens in einer Ebene relativ zu dem zu perforierenden Material (3; 27) und/oder das zu perforierende Material (3; 27) in einer Ebene relativ zu der Elektroden (1, 2; 25, 26) frei in X- und Y-Rich­ tung der jeweiligen Ebenen bewegt werden bzw. wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu perforierende Material als Bahn (3) in einer vorgegebenen Richtung zwischen den Elektroden (1, 2) hindurchgeführt wird, und in Abhängigkeit der Bahngeschwindigkeit und der gewünschten Perforation die Elektrodenbewegung gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsgeschwindigkeit der Elektroden (1, 2; 25, 26) und/oder des zu perforierenden Materials (3) während des Perfo­ rierens verändert wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der wirksamen Elektroden (1; 25) verändert wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor und/oder während des Perforie­ rens die Entladungsenergie, vorzugsweise über den Elektroden­ abstand, verändert wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der zwischen den Elek­ troden (1, 2; 25, 26) stattfindenden Entladungen variiert wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Perforation des zu perforieren­ den Materials (3; 27) gleichzeitig oder alternierend in seiner Bewegungsrichtung (Linienperforation) und quer zu seiner Bewe­ gungsrichtung (Querperforation) erfolgt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß während und/oder nach dem Perforie­ ren des Materials (3; 27) Kühlluft (33) und/oder Preßluft in den Bereich der Elektroden (1, 2; 25, 26) zugeführt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Perforieren des Materials (3; 27) entstandene perforierte Konturen automatisch mit Hilfe einer Düsen- und/oder Saugeinrichtung, vorzugsweise einer Vaku­ umsaugeinrichtung, entfernt werden.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung, insbesondere die Bahngeschwindigkeit, des zu perforierenden Materials (3; 27) und/oder die Bewegung der Elektroden (1, 2; 25, 26), und/oder die Anzahl der wirksamen Elektroden und/oder die Frequenz der Entladungen aufeinander abgestimmt und gesteuert, vorzugsweise computergesteuert, werden.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Auflagefläche für das zu perforierende Material, mit mindestens einer ersten Elektrode auf der einen Seite des Materials und mindestens einer damit zusammenwirkenden Gegen­ elektrode auf der anderen Seite des Materials und mit einem Ge­ nerator zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen, die an der zwischen den Elektroden befindlichen Funkenstrecke abgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (1; 25) in der Materialebene in X/Y-Richtung frei verschiebbar ist und die flächig ausgebildete Gegenelektrode (2; 26) sich mindestens über den Bewegungsradius der ersten Elektrode erstreckt und/oder daß die Auflagefläche für das zu perforierende Material (3; 27) in X/Y-Richtung beweglich zwischen den Elektroden (1; 25) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß sich zwischen der Gegenelektrode (2; 26) und dem zu perforierenden Material (3; 27) ein Luftpolster (36) befindet.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (1; 25) in­ tegraler Bestandteil eines Perforationskopfes (14; 24) mit ei­ ner die erste Elektrode (1; 25) ummantelnden Kühlluftzufuhr (15) ist.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (1; 25) als Gitter bzw. Matrixelektrode ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (1; 25) eine lini­ enförmige Kontaktfläche aufweist.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (1; 25) eine Stift­ elektrode ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Elektrode (1; 25) drehbar in einer Elektrodenhalterung angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Preßluftdüse auf die zwi­ schen den Elektroden (1, 2; 25, 26) abgesetzte Funkenstrecke (4) ausgerichtet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Stiftelektroden ausgebildete erste Elektrode (1; 25) eine koaxial eingebettete Preßluftdüse aufweist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die als Stiftelektrode (1; 25) ausgebildete erste Elektrode ringförmig von einer Preßluftdüse ummantelt wird.

21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (2; 26) eine feststehende leitende Platte ist.

22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (2; 26) als feststehendes oder mitlaufendes Gitter oder Stahlband ausgebil­ det ist.

23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 2; 25, 26) eine automatische Elektrodenabstand-Nachstellvorrichtung aufweisen.

24. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß zwei, jeweils motorisch ange­ triebene Linearvorschubeinheiten (7, 8) für die X- bzw. Y-Rich­ tung (12, 13) die erste Elektrode (1; 25) gegenüber dem zu perforieren­ den Material (3) bewegen.

25. Vorrichtung nach Ansprüche 24, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Elektroden (1; 25) der nebeneinander angeordneten Line­ arvorschubeinheiten (7, 8) für die X- bzw. Y-Richtung parallel betrie­ ben werden.

26. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (25) an einem um eine Welle (22) drehbaren Ausleger (23) längs beweglich ange­ ordnet sind.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle eine Hohlwelle (22) ist, daß der sich rechtwinklig von der Hohlwelle (22) erstreckende Ausleger (23) einen Innen­ kanal (32) besitzt und daß die Hohlräume der Welle (22) und des Auslegers (23) zur Zuführung von Kühl- und/oder Preßluft die­ nen.