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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Filterelementen für Zigaretten od. dgl.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Filterelementen für Zigaretten od. dgl. aus Textilfasersträngen oder-bündeln. Das Verfahren Ist dadurch gekennzeichnet, dass man Textilfasern eines Stranges oder Bündels zu einem Band spreizt, das Band einer Zugspannung unter- wirft, etwa 5 - 30 go der Fasern zerrend einmal oder mehrmals bricht bzw. durchschneidet, während sie unter Zug stehen, worauf man die Zugspannung des Bandes vermindert, es radial zu einem Strang zusammenpresst und in an sich bekannter Weise zu Filterelementen verarbeitet.
Die erfindungsgemäss hergestellten Filterelemente enthalten Textilfasern, z. B. Celluloseacetatfasern von etwa 0, 05 bis 0, 12 mm (2 - 5 denier gauge) Stärke beliebiger Länge, die derartig miteinander vermengt sind, dass, wenn sie zu einem Textilvorgespinst mit verhältnismässig grossem Durchmesser gesammelt sind, die grösseren Fasern im allgemeinen sich in der Längsrichtung erstrecken und dem Vorgespinst die notwendige Zugfestigkeit verleihen, während die kurzen Stücke und die freien Enden der Fasern sich in verschiedenen Winkeln zur Längsachse des Vorgespinstes erstrecken.
Dementsprechend bilden die kurzen Stücke und die freien Enden der Fasern mit den langen Fasern ein labyrinthartiges Filter, wenn das Vorgespinst radial zusammengepresst und in ein Papierröhrchen des für ein Zigarettenfilter benötigten geringen Durchmessers eingeschlossen ist, wodurch die Rauchteilchen in wirksamer Weise aus dem Rauch abgefangen oder in ihrem Weg abgelenkt werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Herstellung von Tabakrauchfiltern besteht darin, dass man einen kontinuierlich sich bewegenden und gestreckten Strang bzw. ein Bündel von Textilfasern, wie Celluloseacetatfasern, derartig behandelt, dass ein bestimmter Prozentsatz der Fasern einmal oder mehrere Male abgeschnitten wird und die entstehenden verhältnismässig kurzen Stücke und die freien Endender gebrochenen Fasern in verschiedenen Winkeln zur Längsrichtung des sich bewegenden Stranges oder Bündels unter Bildung einer heterogenen Mischung abgebogen werden, wobei die Lagerung der kür- zeren Stücke und der freien Enden durch die"aufplusternde"Wirkung erhöht wird, die mit der angedeuteten Behandlung einhergeht, und weiter dadurch unterstützt wird, dass man die Spannung an dem Strang oder dem Bündel lockert,
bevor man ihn radial auf einen wesentlich geringeren Durchmesser zusammenpresst, um ihn in ein Papierröhrchen zu packen und damit die Herstellung des Zigarettenfilters zu vollen- den.
Zwar kann man das oben genannte Verfahren zur Herstellung von Tabakrauchfiltern des beschriebebenen Typs in verschiedenen Vorrichtungen gemäss der vorliegenden Erfindung durchführen. Eine bevor- zugte Ausführung in einer derartigen Vorrichtung enthält Vorkehrungen, um die Fasern eines Stranges oder Bündels in bekannter Weise in ein Band zu spreizen, z. B. mit Hilfe eines Luftstrahls oder zwei Walzen oder beiden, durch die das Faserband durch zwei ineinandergreifende Walzen gezogen wird, von denen eine angetrieben wird, die durch Reibung die andere bewegt. Das Faserband geht dann durch eine zweite Reihe von Walzen hindurch, die mit etwas grösserer Umfangsgeschwindigkeit angetrieben werden, so dass sie auf die Fasern Zug ausüben und Sie dabei praktisch entfalten, falls sie anfänglich bei der Faserherstellung geknickt worden waren.
Hiedurch werden sie auch in verhältnismässig gespanntem Zustand beim Durchgang zwischen den beiden Reihen von angetriebenen Walzen gehalten.
Zwischen den beiden Reihen von angetriebenen Walzen befindet sich eine in ihrem Umfang mit
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vielen gebogenen Haken versehene Walze, die so mit dem Band der Fasern in Verbindung steht, dass sie durch diese angetrieben wird. Diese Haken durchdringen das Faserband. so dass sie einige der Fasern packen, ziehen und dann abschneiden. wenn sie aus dem Band zurückgezogen werden. Die obere Hälfte der Haken ist vorzugsweise entgegen der Bewegungsrichtung des Bandes gerichtet und infolgedessen-auch entgegen derDrehrichtung der mit den Haken Versehenen Walzen. so dass sie sich bei der Rotation der Walze leicht aus dem Band zurückziehen können, wobei diejenigen Fasern, die durch die Haken gepackt weiden, nicht eher losgelassen werden, bis sie in der beschriebenen Weise abgeschnitten sind.
Um sicherzustellen, dass die Haken durch das Faserband hindurchtreten, wird dieses zwischen feststehende Führungskörper geführt und die mit Haken versehene Walze wird derartig angeordnet, dass das Band so abgelenkt wird, dass es direkt auf die Haken niedergedrückt wird. Die Haken packen und brechen einen bestimmten Prozentsatz der Fasern. Diejenigen Haken, welche diese Wirkung nicht ausüben und die die Mehrzahl der Haken dar- stellt, üben eine Art Kratzen bzw. Karden aus, wodurch die Fasern aufgeplustert werden und dadurch das
Band grösser erscheint.
Da die Fasern im Band unter Zug stehen und weitergezerrt werden, wenn sie von einem Haken gepackt und gezogen werden, winden sie sich auf, wenn sie gebrochen sind, so dass die kürzeren gebroche- nen Stücke und die freien Enden der gebrochenen Fasern sich in einem Winkel bewegen, der zur Haupt- sache quer zur Längsrichtung des Bandes liegt. Diese Querbewegung ist dort verstärkt, wo die Fasern ur- sprünglich geknickt wurden, da sie die Neigung besitzen, den geknickten Zustand wieder einzunehmen und sich dementsprechend zu wickeln. Die im allgemeinen heterogene Anordnung der Fasern im Band und ihr Aufplustern wird weiter verstärkt, nachdem das Band die zweite Reihe der angetriebenen Walzen verlässt, da nun die Spannung in den Fasern nachlässt, wodurch nunmehr die Fasern wieder ihre ursprung- liche geknickte Gestalt annehmen.
Die gleichzeitige Zusammenziehung bringt die kurzen Stücke und die freien Enden der gebrochenen Fasern weiter aus ihrer Längslagerung im aufgeplusterten Band heraus.
Das entlassene Band wird zu einem Bündel grossen Durchmessers heterogen angeordneter Fasern, die radial zusammengepresst auf ein "Seil" mit wesentlich kleinerem Durchmesser und in ein Papierrhrchen ge- packt ein sehr wirksames labyrinthartiges Rauchtabakfilter ergeben. Die Fasern können miteinander durch Behandlung mit einem geeigneten Weichmacher oder Klebemittel verbunden werden, vorzugsweise bevor das Faserbündel in das Papierröhrchen eingepackt wird.
Es ist zu erkennen, dass das Verfahren und die Vorrichtung zur Herstellung von Rauchtabakfilterngemäss der Erfindung die schnelle, kontinuierliche und einwandfreie Herstellung von hochwirksamen Filtereinheiten gleichmässiger Filterwirksamkeit und guten "Zug" und mit niedrigen Kosten gestattet.
Die Erfindung soll nun an Hand der beigegebenen Zeichnungen näher erläutert werden : Fig. 1 stellt einen senkrechten Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung dar, die sich zur Durchführung eines bevorzugten Verfahrens eignet, in der das Faserband gezeigt ist, das durch die Vorrichtung hindurchgeht und in ihr verarbeitet wird. Fig. 2 zeigt in vergrösserter Ansicht einen Teil der mit Haken versehenen Walzen und die Anordnung der Haken auf der Walze. Fig. 3 zeigt vergrössert einen der Haken mit seiner gebogenen scharfen Spitze.
In der Zeichnung 1 bedeutet 10 das Gestell der erfindungsgemässen Vorrichtung. An der Eingangsseite der Vorrichtung ist an einem Ende eines Bügels 11 ein Arm 12 befestigt, der an seinem freien Ende einen zylindrischen Leitbügel trägt, unter dem ein praktisch kontinuierliches Bündel 14 von Textilfasern hindurchgeht, das vorzugsweise aus Celluloseacetatfasem der Stärke 0, 025-0, 24 mm (1-10 denier) besteht. Fasern dieser Art wurden bei der Herstellung von Zigarettenfiltern verwendet und sind unter dem Namen "Tau" (tow) bekannt, von denen eine Form in der USA-Patentschrift Nr. 2, 794, 239 beschrieben ist, obwohl die vorliegende Erfindung sich nicht nur auf diese Art von Fasern beschränkt, sondern auch gleichwertige faserige Stoffe mit einschliesst.
Der Faserstrang 14 läuft über einen durchlöcherten Auflagetisch, durch den ein Luftstrom nach oben aus der Düse 16 strömt, so dass die auf dem Tisch liegenden Fasern zerzaust werden und sich zu einem dünnen Band 17 in bekannter Weise anordnen, wie es in der USA-Patentschrift Nr. 2, 794, 239 beschrieben ist.
Weiteres und hilfsweises Spreizen der Fasern zu einem weiten aber dünnen Band kann'in der ersten Reihe von Laufwalzen 18a und 18b bewirkt werden, nachdem das Band 17 unter einer Führungsrolle 19 hindurchgegangen ist, die auf einem am Gestell 10 angebrachten Bügel 20 befestigt ist. Die Laufwalzen 18a und 18b werden nicht direkt sondern indirekt durch das Band 17 angetrieben, wobei dieses durch eine zweite Reihe von Walzen 21a und 21b gezogen wird. Die obere Walze 21a wird über einen Riemen 22 durch einen Motor 23 bewegt. Der Motor 23 ist auf dem Gestell 10 befestigt.
Die Walzen 18a, 18b, 21a und 21b sind wie gezeigt in der Längsrichtung oder axial geriffelt, wobei
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die zahnähnlichen Rippen locker ineinandergreifen, so dass sie das Gespinst nicht verletzen, jedoch ausreichend packen, um es im Falle der angetriebenen Walzen 21a und 21b voranzuführen und zu verursa- chen, dass das Gespinst die Walzen 18a und 18b antreibt, wenn das Band 17 durch die ineinandergreifen- den Walzen gezogen wird. Die Walze 21b ist auf dem Gestell 10 locker gelagert und wird nach oben ge- gen einen Anschlag mit Hilfe einer Feder 24 gedrückt, die so befestigt ist, dass sie zurückzieht, falls der Faserstrang zu dick wird. Die Walze 21b kann statt mit Riffeln mit einer Gummioberflächeversehen sein.
Die Laufwalzen 18a und 18b werden durch das Band 17 angetrieben, das durch sie mit Hilfe der Wal- zen 21a und 21b hindurchgezogen wird. Die obere Laufwalze 18a wird zum Beispiel durch eine Ölpum- pe 25 abgebremst, die durch die Laufwalze 18a gegen einen Widerstand im Ölstrom, z. B. ein Drosselventil, in bekannter Weise angetrieben wird. Reibungsbremsen oder andere Massnahmen zu diesem Zweck können ebensogut angewendet werden. Der durch die gebremste Laufwalze 18a auf das Faserband 17 er- zeugte Zug verursacht ein Entfalten der Fasern und zu gewissem Grade ein Aufplustern und richtet sie auch für den nächsten Arbeitsgang aus.
Nach dem Verlassen der Walzen 21a und 21b läuft das Band 17 durch eine stationäre Führung 26 und wird dann weiter durch die Transportwalzen 27a und 27b gespannt, die auf dem Gestell gelagert sind und aus geriffelten, locker aufeinanderpassenden Walzen bestehen, ähnlich den Walzen 18a und 18b, wobei die obere Walze 27a mit Hilfe eines Riemens 28 über eine Transmission mit variierbarer Geschwindigkeit angetrieben wird. Hiebei wird die Geschwindigkeit so eingerichtet, dass die obere Walze 27a mit etwas grösserer Umfangsgeschwindigkeit rotiert als die Walze 21a, so dass die Fasern weiter gestreckt, aber nicht derartig gezerrt werden, dass sie aus diesem Grunde brechen. Die untere Walze 27b kann statt mit Rillen mit einer Gummioberfläche versehen sein ; gegebenenfalls können beide Walzen 27a und 27b an derOberfläche gummiert sein.
Zwischen den beiden Reihen der angetriebenen Transportwalzen 21a, 21b und 27a, 27b und nach der Führung 26 befindet sich eine mit Haken versehene Walze 30, die auf dem Gestell derartig gelagert ist, dass ihr Umfang über den geraden Weg des Faserbandes 17 zwischen der Führung 26 und einer festen auf dem Gestell befestigten Führung 31 hinausragt.
Die im allgemeinen radial aus der Hakenwalze 30 herausragenden Haken 32 sind von besonderer Konstruktion. Es sind nicht nur nach rückwärts abgebogene Haken einer Textilkratzwalze vorhanden, sondern auch Haken, deren Spitzen geschliffen oder anderweitig geschärft sind, so dass sie einen verhältnismässig scharfkantigen Haken 33 besitzen, wie aus der vergrösserten Fig. 3 hervorgeht. Diese gekrümmten Haken 32 sind in enger räumlicher Anordnung auf der Walze in der in Fig. 1 und 2 gezeigten Weise aufgebracht, wobei die gekrümmten Teile und Haken 33 nach rückwärts, d. h. gegen die Drehungsrichtung der Walze 30, gebogen sind.
Wie auch in Fig. 2 gezeigt ist, sind die gekrümmten Haken 32 auf Streifen 34 befestigt, die spiralig um die Walze 30 gewunden sind, so dass die oberen Spitzen 33 der Haken 32 in einem geringen Winkel zur Ebene der Rotation der Walze 30 stehen und infolgedessen teilweise quer zur Bewegungsrichtung des Faserbandes 17 stehen, was durch die Pfeile in Fig. 2 angedeutet werden soll.
Die Hakenwalze 30 wird nicht aktiv angetrieben, sondern wird durch das über ihr in der beschriebenen Weise gezogene Band 17 bewegt. Ihre Drehung wird durch eine Ölpumpe 35 gehemmt, die in ähnlicherweise arbeitet wie die Ölbremse 25, die weiter oben bereits beschrieben wurde. Selbstverständlich lässt sich gleich gut jede andere geeignete Reibungsbremse verwenden, die die Drehung der Hakenwalze 30 zu verlangsamen vermag. Der Zweck des Bremsens der Hakenwalze 30 ist der, dass man sicherstellen will, dass die Haken 32 durch das Band 17 hindurchstechen.
Beim Hindurchgehen bzw. Hindurchstechen der Haken 32 durch das Band 17 packen die Haken die Fasern noch nicht, aber beim Zurückziehen fassen einige der Haken 33 nicht nur auf Grund ihrer gekrümmten Stellung, sondern auch weil sie in einem Winkel gegen die im Band befindlichen Fasern geneigt sind, einzelne Fasern. Wenn die Haken aus dem Band zurückgezogen werden, schneiden oder brechen ihre verhältnismässig scharfen gekrümmten Spitzen die gepackten Fasern. Der Anteil an abgeschnittenen oder gebrochenen Fasern beträgt etwa 5 - 30 cl der Fasern, je nach den Bedingungen. Manche der Fasern sind mehr als einmal zerschnitten, wodurch kurze Faserstücke mit beliebiger Länge hinterbleiben.
Der prozentuale Anteil an Fasern, der durch die Haken 32 zerschnitten oder gebrochen ist, kann entweder durch Veränderung der Neigung des spiralig auf die Walze 30 aufgewundenen Bandes 34 geregelt werden oder durch Schrägstellen der Walze 30 in bezug auf ihre Drehachse zur Bewegungsrichtung des Faserbandes, wie es durch die Pfeile in Fig. 2 angedeutet ist. Dieses Schrägstellen kann durch Schwenken eines Lagers 36 der Hakenwalze 30 auf ihrem Lagerbock 37 bewirkt werden, wobei man das gegenüberliegende Lager 38 auf seinem Lagerbock 3P verstellbar macht, indem die Verschlussbolzen 40 durch den
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Schlitz 41 in den Lagerbock 3 9, wie in Fig. 2 gezeigt. hindurchgehen.
Wird das Lager derartig eingestellt, dass die Achse der mit Haken versehenen Walze 30 in eine Stellung bewegt wird, wie sie durch die ge- strichelte Linie 42 angedeutet ist, so wird die Winkelstellung zwischen den Haken 32 und der Fortbewe- gungsrichtung des Faserbandes erhöht, wodurch die Anzahl von Fasern zunimmt, die durch die Haken 32 gepackt und geschnitten bzw. gebrochen wird. Es ist selbstverständlich, dass man zur Erhöhung oder Er- niedrigung des Anteils an Fasern im Band 17, die zerschnitten oder gebrochen werden, entweder ein Ver- ändern bei dem spiraligen Aufwinden des mit Haken versehenen Bandes 34 oder eine Winkelveränderung der Walze 30, oder beides, vornehmen kann.
In dem Mass, wie die Hakenwalze 30 durch das sich fortbewegende Faserband 17 gegen den Wider- stand der Ölpumpe 35 oder andere Bremsvorrichtungen rotiert wird, werden durch die entgegen dem Uhr- zeigersinn erfolgende Rotation der Walze und der Abbiegung der Haken 32 nach rückwärts die Haken 32 aus dem Band in der in Fig. 1 gezeigten Weise herausgezogen. Hiebei werden nur diejenigen Fasern durch die Haken 33 in Mitleidenschaft gezogen, die von den Haken gepackt und aus dem verhältnismässig gera- den Gang des unter Zug stehenden Bandes 17 heruntergezogen werden. Diese werden in der oben angedeu- teten Weise zerschnitten oder gebrochen. Die nicht zerschnittenen oder ungebrochenen Fasern werden dementsprechend in üblicher Weise gekardet.
Diejenigen Fasern, die zerschnitten oder zerbrochen sind, werden entspannt und winden sich dementsprechend wieder auf, nicht nur weil der auf sie durch die Rol- len 21a, 21bund 27a, 27b ausgeübte Zug nachlässt. sondern auch auf Grund ihrer Neigung, ihre ursprüngli- che geknickte oder gekräuselte Gestalt wieder anzunehmen. Infolgedessen nehmen die zerschnittenen oder zerbrochenen Faserenden sowie die kurzen Stücke, die mehr als einmal zerschnitten waren, eine voll- ständig verschiedenartige Stellung gegenüber den intakten Fasern ein, wodurch die labyrinthähnliche
Struktur innerhalb des Bandes 17 entsteht.
In dem Masse, wie das Band 17 kontinuierlich unter dem Zug zwischen den Transportwalzen 21a, 21b und 27a, 27b sich bewegt, werden die Fasern zerschnitten und gekardet. Nach den Transportwalzen 27a und 27b kann man den Zug auf die Fasern im Band 17 völlig aufheben. Vorzugsweise wird jedoch der Zug nur teilweise aufgehoben, jedoch ist in beiden Fällen die Neigung der Fasern, ihren ursprünglichen ge- knickten oder gekräuselten Zustand wieder einzunehmen, erhöht, wodurch sich die gegenseitige Vernet- zung und Verquickung sowohl der zerbrochenen wie der zerschnittenen Fasern erhöht unter gleichzeiti- gem Aufplustern des Bandes, das etwa wie ein Vorgespinst 17'mit grossem Durchmesser aussieht und die Zugfestigkeit eines Textilgespinstes aufweist.
Gegebenenfalls treten die in dem Band 17 befindlichen Fasern durch eine Sprühkammer 43, während sie noch in Bandform ausgebreitet sind. Zu diesem Zweck können weitere Walzen 44a und 44b hinter der Sprühkammer 43 vorgesehen sein. In der Sprühkammer 43 werden von oben und von unten her Weichmacher auf die Fasern niedergeschlagen, z. B. Phthalsäuredibutylester, Triacetintriacetat, Citronensäuretriäthylester oder andere geruchs-und geschmacklose Weichmacher oder Klebemittel, z. B. eine Lösung von Celluloseacetat in der Weise, wie sie in der USA-Patentschrift Nr. 2, 794, 239 beschrieben ist. Auf diese Weise werden die Fasern klebrig und haften an ihren Berührungsstellen zusammen.
Die Sprühkam- mer 43 kann zwischen der Hakenwalze 30 und den auf der Ausgangsseite befindlichen Transportwalzen27a und 27b angeordnet sein, wobei in diesem Falle die zusätzlichen Walzen 44a und 44b zum Halten des Faserbandes nicht notwendig sind, um eine bessere Bedeckung mit Weichmacher oder Klebemittel sicherzustellen.
Das Faserband 17, das auf die beschriebene Weise in ein ausgebreitetes Bündel oder Vorgespinst ausgedehnt ist und bei dem die Fasern entweder klebrig gemacht wurden oder nicht, wird dann in eine Vorrichtung eingeführt, um es in Filterpfröpfchen zu formen. Diese Vorrichtung kann eine Maschine zur Stöpsel- bzw. Pfropfenherstellung sein und soll durch die Zahl 45 angedeutet werden. Vorzugsweise wird durch verstellbare Beschickungsrollen, die in der Vorrichtung 45 angeordnet sind, der Zug auf das Bündel des Vorgespinstes 17'nach Wunsch variiert, in der Weise, wie sie imZusammenhang mit den Transportwalzen 21a, 21b und 27a, 27b bereits angedeutet wurde. Auf diese Weise kann man den "Zug" und die Filterwirkung des schliesslich erhaltenen Zigarettenfilters anpassen und genau regeln. z.
B. indem man Zug auf die gekrümmten Fasern ausübt, damit sie ausgestreckt werden, wodurch man den Sogwiderstand für den Rauch erniedrigt und umgekehrt. Auf die gleiche Weise wird durch eine Erhöhung oder Erniedrigung der Spannung auf die Fasern die Filtrierwirksamkeit des Filters verändert, da auf diese Weise die gegenseitige Verquickung der Fasern untereinander verändert wird.
Das vergrösserte Vorgespinst oder Bündel 17'wird zunächst zu einem Seil mit kleinem Durchmesser zusammengepresst, dann in eine Papierumhüllung mit dem Durchmesser von Filterstopfen eingepackt und in Filterstopfen zerschnitten.
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Die Hakenwalze 30 kann auch oberhalb des Bandes 17 befestigt sein, anstatt wie im Bilde gezeigt, unterhalb des Bandes. Eine Kratzwalze ähnlich der Walze 30 kann der Hakenwalze 30 folgen. jedoch wären die Haken einer derartigen nachfolgenden Walze nicht gekrümmt und sie liegen parallel zu den Fasern und vollführen nur ein Karden, um das Aufplustern zu verbessern und das Ausmass der gegenseitigen Verquickung der Fasern zu verändern. Eine zweite Hakenwalze 30 könnte dieser Walze folgen, um die gleiche Aufgabe zu erfüllen wie jene. Diese zweite Walze könnte in Reihe mit der ersten oder oberhalb, jedoch vor der in Fig. 1 gezeigten Hakenwalze 30, angeordnet sein.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung von Filterelementen für Zigaretten od. dgl. aus Textilfasersträngen oder - bündeln, dadurch gekennzeichnet, dass man Textilfasern eines Stranges oder Bündels zu einem Band spreizt, das Band einer Zugspannung unterwirft, etwa 5-30 lu der Fasern zerrend einmal oder mehrmals bricht bzw. durchschneidet, während sie unter Zug stehen, worauf man die Zugspannung des Bandes vermindert, es radial zu einem Strang zusammenpresst und in an sich bekannter Weise zu Filterelementen verarbeitet.