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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer in Längsrichtung gekreppten, zu Filterzwecken verwendbaren Faserstoffbahn
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer in Längsrichtung gekreppten, zu Filterzwecken verwendbaren Faserstoffbahn.
Gekreppte Papiere sind bereits bekannt und werden, neben andern Verwendungszwecken, in bedeutendem Umfang zur Herstellung von Filterkörpern für Rauchwaren, insbesondere für Zigaretten gebraucht. Da bei derartigen Filterkörper flache Papierbahnen zu zylindrischen Stöpseln geformt werden müssen, dürfen die verwendeten Papierbahnen wenigstens in einer Richtung nur eine geringe Steifigkeit aufweisen. Ein nicht gekrepptes Papierband würde beim Zusammenpressen zu einem zylindrischen Strang einen unregelmässigen Faltenwurf und willkürliche Stauchungen aufweisen, was zu einem unregelmässigen Strangquerschnitt mit Hohlräumen und unzusammenhängenden Kanälen führen, also eine für Filtrierzwecke gänzlich ungeeignete Struktur ergeben würde.
Gekrepptes Papier weist dagegen diese Nachteile nicht auf, weshalb Papierfilterstöpsel fast ausschliesslich mit solchem Material hergestellt werden.
Nach den bisher bekannten Verfahren gekrepptes Papier zeigt jedoch in Filtern, beispielsweise Zigarettenfiltern, nur eine relativ geringe Filterwirkung. Dies ist in erster Linie auf die geringe filternde Oberfläche zurückzuführen.
Es ist nun ein Zweck der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer in Längsrichtung gekreppten, zu Filterzwecken verwendbaren Faserstoffbahn zu schaffen, welches den bisher verwendeten, gekreppten Filtermaterialbahnen überlegen ist.
Verfahren zum Kreppen von Faserstoffbahnen in Längsrichtung sind bereits bekannt. Bei diesen Verfahren wird eine kontinuierlich transportierte Papierbahn in Querrichtung zusammengefasst und dabei zu Rillen gefaltet. Weiterhin ist es bekannt, einen noch nicht getrockneten Papierbrei mittels umlaufender Verformungsmittel in Längsrichtung dadurch zu rillen bzw. zu kreppen, wobei eng benachbarte Materialzonen des Ausgangsmaterials festgehalten und auf die dazwischen, liegenden Mittelzonen mindestens angenähert senkrecht eine Kraft zur Verformung ausgeübt wird, so dass die Breite der Ausgangsbahn mindestens bis unmittelbar nach der Verformung erhalten bleibt. Da das Ausgangsmaterial bei diesem bekannten Verfahren ein Papierbrei ist, wird das Material durch die Behandlung etwas dünner, ohne dass die Homogenität in Mitleidenschaft gezogen wird.
Das Ergebnis dieses Verfahrens ist ein gerilltes bzw. gekrepptes Papier, dessen Struktur ähnlich dem üblichen Papier ist.
Die vorliegende Erfindung geht von diesem Verfahren aus, verwendet jedoch eine bereits verfestigte Faserstoffbahn als Ausgangsmaterial. Kennzeichnend für die vorliegende Erfindung ist, dass die Faserstoffbahn nachgiebig gemacht wird, so dass die Verformung eine Zerstörung des in der Faserstoffbahn bereits vorhandenen stabilen Fasergefüges bewirkt und quer zur Bahnlängsrichtung nebeneinanderliegende, dichtere und dünnere Materialzonen bedingt durch das Fehlen des Fliessens des Materials erzeugt werden. wobei gegebenenfalls die Faserstoffbahn vor bzw. nach der Längskreppung einer zusätzlichen Behandlung unterzogen wird.
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Durch die Zerstörung des Fasergefüges werden einzelne Fasern aus dem Verband befreit, stehen von der Oberfläche des Materials ab und bewirken eine gute Filtrierung. Gegebenenfalls kann die Zerstörung des Fasergefüges bis zur Bildung von willkürlich verteilten Rissen und Öffnungen gesteigert werden, die dann aus abstehenden Fasern gebildete Ränder aufweisen.
Das nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Material ist insbesondere zur Herstellung von Zigarettenfiltern geeignet, wobei die Filter eine ausserordentlich gute Filterwirkung zeigen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besitzt mindestens zwei parallel zueinander, angeordnete, mit ringförmigen Prägekanten versehene Walzen, wobei die Prägekanten einer Walze in den Zwischenraum zwischen zwei Prägekanten der andern Walze eingreifen. Die Vorrichtung zeichnet sich dabei aus durch eine in Durchlaufrichtung der Materialbahn vor den eine ungleichmässige Struktur der Faserstoffzonen bewirkenden Walzen angeordnete Befeuchtungsvorrichtung für das kontinuierlich zuzuführende Material und durch eine sich in Durchlaufrichtung an die Walzen anschliessende Trocknungsvorrichtung für das durch die Walzen bearbeitete Material.
Die Erfindung ist nachstehend in einigen Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen näher er-
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:Materialbahn an verschiedenen Stellen derselben, Fig. 9 und 10 je einen Querschnitt durch eine gereckte Bahn, Fig. 11 ein Beispiel einer erfindungsgemässen Materialbahn in perspektivischer Darstellung, Fig. 12 eine Materialbahn im Querschnitt, senkrecht zur Laufrichtung, Fig. 13 - 15 je eine mehrlagige Materialbahn im Querschnitt senkrecht zur Laufrichtung und Fig. 16,17 und 18 je eine Verformungswalze.
Das vorliegende Verfahren zur Kreppung einer Faserstoffbahn unterscheidet sich grundsätzlich von allen bisherigen Kreppmethoden durch die experimentell erhärtete Erkenntnis, dass der Kreppvorgang nicht wie bisher angenommen eine Materialverdichtung pro Längeneinheit notwendigerweise zur Folge haben muss, sondern auch durch eine Reckung des Materialgefüges erzielt werden kann. Damit ergibt sich eine gekreppte Materialbahn, die pro Flächeneinheit höchstens das gleiche Gewicht, in den meisten Fällen sogar eine Gewichtsverminderung gegenüber der glatten Materialbahn aufweist. Trotzdem kann ein beträchtliches Kreppverhältnis erzielt werden, beispielsweise in'der Grössenordnung 1 : 2, so dass nach erfolgtem Glattbügeln der gekreppten Materialbahn dieselbe, pro Längeneinheit der ursprünglichen Bahn, im gleichen Verhältnis vergrösserte Dimensionen aufweist.
Gleichflächige Abschnitte der ursprünglichen und der wieder glattgebügelten gekreppten Materialbahn besitzen dann ein unterschiedliches Gewicht, u. zw. ist die glattgebügelte Bahn proportional dem Kreppverhältnis leichter.
Vor dem Kreppvorgang muss die zu behandelnde Faserstoffbahn nachgiebig gemacht werden, was je nach Art des Materials durch Besprühen mit Flüssigkeit, durch eine Dampfbehandlung, durch Erwärmung, durch einFlüssigkeitsbad oder auf andere geeignete Weise erfolgt. Dabei wird aber diese Behandlung kontinuierlich an der mit konstanter Geschwindigkeit bewegten Materialbahn vorgenommen.
Der Kreppvorgang wird am nachgiebig gemachten Flachmaterial im kontinuierlichen Durchlauf, beispielsweise durch geeignete Prägevorrichtungen vorgenommen, wobei eine Rillung erfolgt, bei der jeweils zwei schmale Materialzonen längs jeder Rille fixiert und die dazwischen gelegene Mittelzone verformt wird. Infolge der festgehaltenen seitlichen Zonen, kann die Verformung der Mittelzone nur unter gleichzeitiger Reckung des dortigen Materials stattfinden. Dieser Vorgang wird nacheinander oder gleichzeitig an einer Vielzahl paralleler Rillen durchgeführt und liefert eine gekreppte Materialbahn mit einer vergrösserten Oberfläche auf Kosten der Materialdichte an der betreffenden Stelle.
Die Dichteunterschiede quer zur Rillung der Materialbahn können dabei je nach Wunsch dünnere Rillenwandungen und dickere Kanten, oder umgekehrt dickere Wandungen und dünnere Kanten ergeben, (Fig. 11 und 12). Bei der Rillung bzw. Kreppung der Materialbahn in deren Längsrichtung, behält dieselbe angenähert die gleiche Breite wie vorher. Wird die derart gekreppte Bahn wieder glattgebügelt, so ergibt sich eine um das Kreppverhältnis vergrösserte Breite der Bahn.
Die Reckung des Flachmaterials hängt vor allem von der Tiefe der Einzelrillen ab, und kann je nach Art des Materials grössere oder kleinere Ausmasse besitzen. Soll eine Materialbahn tiefer gerillt werden als dem Reckvermögen des betreffenden Materials entspricht, so wird eine Rillung in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen vorgenommen, wobei zwischen je zwei Stufen das Materialband eine etwas geringere Breite einnehmen kann. Dann ergibt sich zuletzt ein gekrepptes Materialband, das zwar die gewünschte Rillentiefe aufweist, aber in seiner Breite gegenüber dem ursprünglichen glatten Band verringert ist, wobei aber auch hier ein Oberflächenzuwachs auf Kosten der örtlichen Materialdichte stattfindet.
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Die gekreppte Materialbahn bedarf meist einer Nachbehandlung, zwecks Verfestigung, beispielsweise einer Trocknung, und kann dann in schmälere Streifen aufgeteilt und auf Vorratsrollen aufgewikkelt oder unmittelbar verarbeitet werden.
Für gewisse Zwecke, beispielsweise zur Herstellung von Filtermaterialbahnen, kann eine Perforation des Flachmaterials erwünscht sein. Diese wird zweckmässigerweise vorgenommen, solange die Materialbahn noch nicht nachgiebig gemacht ist, oder nachdem dieselbe anschliessend an den Krepp-und Reckvorgang wieder mit oder ohne Nachbehandlung verfestigt wurde. Es kann auch vorteilhaft sein, die regelmässige Rillung des gekreppten Materials zu unterbrechen, was durch eine zweite Rillung mit anderer Rillenrichtung oder durch Prägen erzielt werden kann. Diese Kreuzrillung bzw. Prägung muss natürlich ebenfalls zu einem Zeitpunkt vorgenommen werden, an dem das Material noch nachgiebig ist.
Schliesslich sei noch darauf hingewiesen, dass zur Verbesserung der Abscheidungswirkung und Saugfähigkeit das Recken des Materials derart stark erfolgen kann, dass willkürlich verteilte Risse und Öffnungen in der gekreppten Materialbahn entstehen.
Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung endloser Filtermaterialbahnen mit Längskreppung, geeignet zur rationellen Filterstöpselfabrikation. Hiebei läuft die glatte Materialbahn 1, beispielsweise aus saugfähigem faserhaltigem Papier, von der Vorratsrolle 2 durch eine Perforiereinrichtung, bestehend aus einer Stachelwalze 3 und einer entsprechenden Gegenwalze 4, oder aus andern geeigneten Perforierorganen. Hinter dieser Perforiereinrichtung ist dann die Materialbahn in der in Fig. 3 und 4 angedeuteten Weise mit zerfaserten Löchern versehen. Das perforierte Band gelangt dann in eine Einrichtung 5, in welcher dasselbe beispielsweise angefeuchtet oder mit Wasserdampf behandelt wird, um die erwünschte Nachgiebigkeit des Materials zu erzielen.
Natürlich muss die Zugfestigkeit der Materialbahn weiterhin gross genug sein, um einen einwandfreien Durchlauf desselben durch die ganze Vorrichtung zu gewährleisten.
Die nachgiebig gemachte und perforierte Materialbahn wird anschliessend in einer mehrstufigen Krepp- und Reckapparatur 6 verformt. Hiebei sei angenommen, dass die Kreppung mittels einer Anzahl von Walzenpaaren erfolgt, von denen das erste mit 7,8 und das letzte mit 9,10 bezeichnet ist. Um eine als erwünscht angenommene Breitenverminderung zu erzielen, sind die Prägekanten der aufeinanderfolgenden Walzenpaare jeweils in ihrem Abstand verringert. Im gleichen Sinne wirkt eine Drehzahlvergrösserung des Walzenpaares 9,10 gegenüber dem Walzenpaar 7,8. Die Breitenverringerung der Materialbahn 1 muss nicht notwendigerweise so gross sein wie in Fig. 1 und 2 angedeutet. Besonders bei stärkerer Reckung des Materials ergibt sich die strichpunktierte Bahnbreite.
Die Fig. 5, 6 zeigen das Aussehen der Materialbahn 1 hinter dem ersten Walzenpaar 7, 8 wobei die allerdings die Strukturveränderung des Materials bzw. die örtliche Materialverdünnung nicht zu erkennen ist. Je nach Gestaltung der Walzen kann dabei die Materialdichte entweder an den Rillenkanten gemäss Fig. ll oder an den Wandungen nach Fig. 12 grösser sein. Nach dem Verlassen der Krepp- und Reckapparatur 6 läuft die längsgewellte und perforierte Materialbahn 1 durch ein Walzenpaar 11,12 aus Prägeoder Rändelwalzen, oder andern geeigneten gestalteten Walzen, das die regelmässigen Längskreppfalten in unregelmässiger Weise deformiert, so dass die längsgewellte Materialbahn eine Vielzahl ineinander übergehender Längsrillen aufweist, wie in Fig. 7 und 8 angedeutet ist.
Anschliessend gelangt das Materialband l in eine Nachbehandlungsapparatur, die hier aus einer Trocknungsplatte 13 mit elektrischer Heizung 14 besteht. Die längsgekreppte Materialbahn 1 kann im nachgiebigen Zustand leicht beschädigt werden, darf also nicht durch mechanische Mittel an die Trocknungsplatte 13 gedrückt werden. Vielmehr ist hiefür ein über die Düsen 15 gegen die Materialbahn 1 gerichteter Luftstrom vorgesehen, der seinerseits, falls erwünscht, erhitzt sein kann, oder auch zur Kühlung der Metallbahn 1 dienen kann.
Normalerweise tritt beim Trocknen der längsgekreppten Materialbahn eine Verringerung der Bahnbreite auf (in Fig. l und 2 nicht gezeichnet). Falls erwünscht kann dieser Effekt noch vergrössert werden, indem ein leichtes seitliches Zusammendrücken der Materialbahn erfolgt, beispielsweise durch seitliche Pressluftströme aus besonderen Düsen. Das Ausmass der seitlichen Schrumpfung der trocknenden Bahn hängt natürlich auch von der Art des Materials ab sowie von denbeim Reckvorgang geschaffenen Dichteänderungen, die ihrerseits von der Form der Prägerillen bestimmt sind.
Falls erwünscht, kann die aus der Nachbehandlungsapparatur kommende verfestigte Materialbahn 1 eine aus den Walzen 16,17 bestehende zweite Perforiereinrichtung durchlaufen, in welchem Falle die erste Perforiereinrichtung 3,4 gegebenenfalls weggelassen werden kann. Die derart ihren endgültigen Zustand erhaltende Materialbahn 1 wird nunmehr durch rotierende Messerwalzen 18,19 in arei Streifen la, Ib, 1c unterteilt, die auf Vorratsspulen 20,21, 22 aufgewickelt werden.
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Die Vorrichtung nach Fig. l und 2 kann, je nach Art der zu verarbeitenden Materialbahn und dem Verwendungszweck der erzeugten Filtermaterialstreifen, wesentlich vereinfacht werden. Beispielsweise kann auf die Perforiereinrichtungen 3, 4 und 16, 17 vollständig verzichtet werden, besonders wenn durch genügend starke Reckung des Materials willkürlich verteilte Risse und Öffnungen entstehen. Ferner liefert bereits die Rillung mit nur einem Prägewalzenpaar 7, 8 ein ausgezeichnet verwendbares. längsgewelltes Materialband, wobei die Breite der ursprünglichen glatten Materialbahn praktisch unverändert bleibt. In diesem Falle, ist allerdings die Verwendung eines fein gerändelten Walzenpaares 11,12 empfehlenswert, um durchgehende Längskanäle zu vermeiden.
Bei gewissen Anwendungen des oben beschriebenen gekreppten Flachmaterials wird auf eine Einteilung der endlosen Bahnen in Längsstreifen unterschiedlicher Materialstruktur Wert gelegt. Hiezu ist lediglich erforderlich, dass mindestens eines der Walzenpaare, welche die Struktur der Flachmaterialbahn bei deren Herstellung bestimmen, in axialer Richtung voneinander getrennte Ringbereiche besitzen, deren Mantelflächen verschiedenartige Unebenheiten aufweisen. Beispielsweise muss hiezu die in Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung mit Rändelwalzen 11, 12 versehen werden, welche eine Einteilung der Materialbahn in sechs parallele Längsstreifen bewirkt, von denen benachbarte jeweils unterschiedliche Materialstruktur besitzen.
Hiebei wird also eine durch die Walzen 3,4 vorgelochte Materialbahn 1 über die ganze Breite gekreppt durch die Einrichtung 6, und dann durch die Walzen 11,12 und deren unterschiedlich geformte Ringbereiche in para1lelenLängsstreifen die gleichmässigen Krepprillen durch Rändelung gebrochen. Nach
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19 weist jede dieser Einzelbahnen z. B. zwei Längsstreifen auf, von denen der eine durchgehende Krepprillen besitzt, während der andere mit gerändelter Struktur versehen ist.
Eine derartige Einteilung der Walzenpaare in einzelne axiale Ringbereiche unterschiedlicher Mantelflächenstruktur kann natürlich an allen andern Walzenpaaren der Vorrichtung nach Fig. l und 2 ebenfalls vorgesehen werden, je nach Art der gewünschten strukturellen Eigenschaften der Materialbahn.
Beispielsweise können die Kreppwalzenpaare der Kreppeinrichtung 6 derart ausgestaltet werden, dass benachbarte Längsstreifen der Materialbahn beim Kreppen verschieden stark gereckt werden, u. zw. quer zur Laufrichtung der Materialbahn durch verschiedenartige Rillen auf den Walzen oder auch in Bahnlängsrichtung durch unterschiedlicheDurchmesser einzelnerwalzenteile. Eine lockere Materialbahn kann auch in den benachbarten Längsstreifen verschieden stark in ihrer Struktur verdichtet werden, sei es senkrecht zur Materialbahnfläche durch Zusammenpressen oder quer zur Materialbahn, wobei der eine Längsstreifen gereckt und der andere etwa in gleichem Ausmass verdichtet wird, so dass die Gesamtbahnbre te, falls erwünscht, vollkommen unverändert beibehalten werden kann.
Ferner können einzelne der Längsstreifen perforiert oder geprägt werden, und die jeweils benachbarten Längsstreifen gar keine oder eine andersartige Perforation bzw. Prägung erhalten. Schliesslich können einzelne der Längsstreifen auch an ihrer Oberfläche mindestens einseitig aufgerauht werden.
Die unterschiedliche Struktur benachbarter Längsstreifen kann auch, wie'bereits oben erwähnt, an
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ner Längsstreifen, wid bzw. oder durch Verdichtung der nicht perforierten Längsstreifen. Auch eine Perforation und anschliessende einheitliche Kreppung der ganzen Bahn, mit nachfolgender Perforierung nur einzelner Längsstreifen, ergibt eine unterschiedliche Struktur einander benachbarter Längsstreifen.
Bei Strukturen mit in Längsrichtung der Bahn sich periodisch wiederholenden Unebenheiten, also Prägehöckern, Perforationslöchern usw., ist bei einer für Rauchfilterherstellung bestimmten Materialbahn von Wichtigkeit, dass der Abstand derartiger aufeinanderfolgender Unebenheiten klein gegenüber einer Bahnlänge von 10 mm ist. Dadurch wird gewährleistet, dass bei der Herstellung eines endlosen und dann in einzelne Filterstöpsel unterteilten Filterstranges aus der Materialbahn die einzelnen Filterstöpsel in ihrer Struktur keine merklichen Unterschiede aufweisen können.
Der Zweck aller obengenannten streifenweise unterschiedlichen Behandlungen ist die Schaffung einer endlosen Materialbahn, die quer zur Laufrichtung benachbarte Längsstreifen mit grösserer und geringerer mechanischer Festigkeit aufweisen. Ferner ist erwünscht, dass von den Längsstreifen diejenigen mit grö- sserer mechanischer Festigkeit auch eine geringere Quell- und Saugfähigkeit besitzen. Diese beiden Eigenschaften machen derartige Materialbahnen für die Herstellung von Filterstöpseln besonders geeignet, da die mechanisch festeren Längsstreifen die Stabilität des Filterkörper auch dann noch gewährleisten, wenn die mechanisch weniger festen Längsstreifen während des Gebrauches infolge Absorption der abzuscheidenden unerwünschten Rauchbestandteile aufquellen.
Die Ringbereiche der die Strukturunterschiede bei den einzelnen Längsstreifen bewirkenden Walzen sind mit verschiedenartigen Unebenheiten auf der Mantelfläche versehen. Beispielsweise können einzel-
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ne Ringbereiche als Stachelwalzen ausgestaltet sein, oder je zwei zusammenwirkende Walzen bilden eine Prägematrize bzw. Prägepatrize. Auch längs des Umfanges verlaufende Rillen, Mantelflächenteile mit Schrägverzahnung und solche mit bürstenartigen Aufrauhorganen können vorgesehen werden. Zweckmässigerweise wird bei den einzelnen Walzenpaaren jeweils eine mit einem Mantel aus gummiartigem, nachgiebigem Material versehen.
Die in Fig. 1 und 2 vorgesehenen Messerwalzen 18,19 werden zweckmässigerweise derartig eingerichtet, dass bei der Auftrennung des Materialbandes 1 in die Einzelbahnen la, lb, 1c jede derselben mindestens zwei Längsstreifen unterschiedlicher Struktur aufweist.
Die Fig. 11 - 16 zeigen verschiedene Beispiele für Filtermaterial. bahnen, die nach dem oben beschriebenen Verfahren mit Strukturunterschieden in parallelen Längsstreifen herstellbar sind. Eine Ma- terialbahn mit nur einem längsgekreppten Streifen 23 in der Mitte zeigt die Fig. 11. Der Längsstreifen 24 ist durch Dehnung quer zu der vom Pfeil 26 angedeuteten Laufrichtung so stark gereckt, dass dabei eine Vielzahl unregelmässig verteilter Risse auftreten, aber der Zusammenhang der Materialbahn trotzdem erhalten bleibt. Der Längsstreifen 25 weist dagegen eine Vielzahl von Perforationen mit ausgefransten Rändern auf, wobei die Perforationsrichtung teils von oben nach unten, teils umgekehrt verläuft. Die Lochabstände in Pfeilrichtung 26 sind dabei klein gegenüber einer Bahnlänge von 10 mm.
Ausser dieser Grobperforation ist ausserdem vor dem Längskreppen eine Feinperforation der Längsstreifen 23 und 25 vorgenommen worden.
Eine längsgekreppte Materialbahn mit unterschiedlichen Rillenabmessungen in benachbarten Längsstreifen ist aus Fig. 12 ersichtlich, wobei eine stärkere Querreckung des Materials bei den grösseren Rillen feststellbar ist, was deren mechanische Festigkeit verringert, aber die Saugfähigkeit des Materials dort erhöht.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht die Verwendung verschiedenartiger Materialien zur Herstellung derartiger Bahnen mit Längsstreifen. Beispielsweise kann die Bahn aus Faserstoffen, etwa aus saugfähigem Papier, aus versteiftem Vlies oder aus Geweben bestehen. Ferner sind folienartige Kunststoffe, beispielsweise verdichteter Kunstharzschaum, als Bahnmaterial verwendbar. Für gewisse Zwecke kann auch eine Bahn mit einseitiger oder doppelseitiger, zusammenhängender oder nur Teile bedeckender metallischer Oberfläche verwendet werden, etwa metallisiertes Papier oder Metallfolie.
Das beschriebene Verfahren ist nicht auf die Herstellung nur einlagiger Materialbahnen beschränkt, sondern ermöglicht auch die Fabrikation mehrlagiger endloser Materialbahnen, wie sie für Filterstränge gelegentlich erwünscht sind. Die Fig. 13 - 15 zeigen Beispiele von zweilagigen bzw. dreilagigen Materialbahnen.
Die zweilagige Materialbahn nach Fig. 13 besteht aus einer Trägerbahn 27 nach Art der Fig. 12 aus einem der obengenannten Materialien, und einem Belag 28, beispielsweise aus lockeren Fasern mit Faserrichtungen entsprechend der Bahnlängsrichtung, oder aus einem Vlies, wobei Fasern natürlicher Herkunft, wie Zellulosefasern oder Baumwollwatte, sowie solche künstlicher Herkunft, etwa Kunstseidefasern verwendbar sind. Der Belag wird an den Stellen, an denen er auf den Oberkanten der Längsrillen aufliegt mehr verdichtet, als an den übrigen Stellen. Zur Herstellung solcher Materialbahnen ist lediglich erforderlich, dass an einer geeigneten Stelle der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2, beispielsweise vor oder nach dem Walzenpaar 16,17 der Belag der Trägerbahn über eine geeignete Umlenkwalze von oben her zugeführt wird.
Der Belag kann dann, falls er zusammen mit der Trägerbahn durch das Walzenpaar 16, 17 läuft, gemeinsam mit dieser perforiert werden.
Natürlich können auch, wie in Fig. 14 angedeutet, zwei MaterialbahLen gleicher Streifenstruktur übereinandergelegt werden, wobei zweckmässigerweise eine Versetzung um eine Streifenbreite erfolgt.
Derartige zweilagige Bahnen lassen sich mittels zweier Vorrichtungen nach Fig. 1 und 2 herstellen, wobei die beiden Materialbahnen beispielsweise vor dem Walzenpaar 16,17 aufeinandergelegt werden und gemeinsam durch dieselben hindurchlaufen, wobei die Perforierung gleichzeitig die beiden Materialbahnen zusammenheftet.
Es besteht auch die Möglichkeit, einen Belag aus einem der obengenannten Materialien bereits unmittelbar vor der Längskreppeinrichtung 6 auf die nachgiebig gemachte, aber noch nicht gekreppte Trägerbahn aufzubringen und zusammen mit dieser dem Kreppvorgang und den Nachbehandlungen zu unterziehen. Hiebei entsteht dann eine Materialbahn ähnlich der in Fig. 15 angedeuteten, die aus einer Trägerbahn 29 und einem Belag 30 besteht, wobei der Belag 30 den Krepprillen sich anschmiegt und durchgehende Perforationen 31 vorhanden sind.
Die Fig. 16 - 18 zeigen Beispiele von weiteren Verformungs- bzw. Prägewalzen.
Die Verformungswalzen nach Fig. 16 sind alsPrägepatrize 76 und Prägematrize 77 ausgebildet. Diese
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Walzen können beispielsweise als Perforierwalzen 34 (Fig. 1 und 2) verwendet werden. Es können beliebig geformte Unebenheiten vorgesehen werden, wobei lediglich zu beachten ist, dass der Abstand in Laufrichtung aufeinanderfolgender Unebenheiten der Walzen klein gegenüber 10 mm ist, um bei einer Unterteilung des endlosen Filterstranges in einzelne Filterstöpsel stets eine angenähert gleiche Anzahl solcher Prägungen pro Filterstöpsel zu erhalten. Es können auch Mantelflächenbereiche solcher Verformungswalzen, wie in Fig. 17 angedeutet, mit Schrägverzahnungen 78 versehen werden. Diese Walzen können insbesondere als Prägewalzen 11 bzw. 12 (Fig. 1 und 2) verwendet werden.
Sie dienen dabei wie ausgeführt dem Zweck, die Längsrillen örtlich zu unterbrechen, damit keine durchgehenden Längskanäle entstehen.
Die Rillenformen der Längskreppwalzen 7,8, 9 und 10 (Fig. 1 und 2) können beispielsweise wie die in Fig. 18 mit 40 und 41 bezeichneten Walzen ausgebildet sein. Aus Fig. 18 sind zwei verschiedene Formen der ineinandergreifenden Rillen zu ersehen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung einer in Längsrichtung gekreppten, zu Filterzwecken verwendbaren Faserstoffbahn, bei welchem eng benachbarte Materialzonen des Ausgangsmaterials festgehalten und auf die dazwischen liegenden Mittelzonen mindestens angenähert senkrecht eine Kraft zur Verformung des Materials ausgeübt wird, so dass die Breite der Faserstoffbahn mindestens bis unmittelbar nach der Verformung erhalten bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffbahn nachgiebig gemacht wird, so dass die Verformung eine Zerstörung des in der Faserbahn bereits vorhandenen,, stabilen Fasergefüges bewirkt und quer zur Bahnlängsrichtung nebeneinanderliegende, dichtere und dünnere Materialzonen bedingt durch das Fehlen des Fliessens des Materials erzeugt werden, wobei gegebenenfalls die Faserstoffbahn vor bzw.
nach der Längskreppung einer zusätzlichen Behandlung unterzogen wird.
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Method and device for producing a longitudinally creped fibrous web that can be used for filtering purposes
The present invention relates to a method and an apparatus for producing a longitudinally creped fibrous web which can be used for filtering purposes.
Creped papers are already known and, among other uses, are used to a significant extent for the production of filter bodies for tobacco products, in particular for cigarettes. Since flat paper webs have to be shaped into cylindrical plugs in such filter bodies, the paper webs used may only have a low rigidity in at least one direction. A non-creped paper tape would have irregular folds and random compression when pressed together to form a cylindrical strand, which would lead to an irregular strand cross-section with cavities and incoherent channels, i.e. a structure that would be completely unsuitable for filtering purposes.
Creped paper, on the other hand, does not have these disadvantages, which is why paper filter plugs are almost exclusively made with such a material.
However, paper creped according to the previously known methods shows only a relatively low filter effect in filters, for example cigarette filters. This is primarily due to the low filtering surface.
It is now an object of the present invention to provide a method for producing a longitudinally creped, filter material web which is superior to the creped filter material webs previously used.
Processes for creping fibrous webs in the longitudinal direction are already known. In this process, a continuously transported paper web is gathered together in the transverse direction and then folded into grooves. Furthermore, it is known to groov or crepe a not yet dried paper pulp in the longitudinal direction by means of circumferential deformation means, with closely adjacent material zones of the starting material being held and a force for deformation being exerted at least approximately perpendicularly on the central zones in between, so that the The width of the original track is maintained at least until immediately after the deformation. Since the starting material in this known process is a paper pulp, the material becomes somewhat thinner as a result of the treatment without the homogeneity being impaired.
The result of this process is a creased or creped paper, the structure of which is similar to conventional paper.
The present invention is based on this method, but uses an already consolidated fibrous web as the starting material. A characteristic of the present invention is that the fibrous web is made flexible, so that the deformation causes a destruction of the stable fiber structure already present in the fibrous web and denser and thinner material zones lying next to one another transversely to the longitudinal direction of the web are created due to the lack of flow of the material. where appropriate, the fibrous web is subjected to an additional treatment before or after the longitudinal creping.
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By destroying the fiber structure, individual fibers are released from the bandage, protrude from the surface of the material and cause good filtration. If necessary, the destruction of the fiber structure can be increased up to the formation of randomly distributed cracks and openings, which then have edges formed from protruding fibers.
The material produced by the process according to the invention is particularly suitable for producing cigarette filters, the filters showing an extremely good filter effect.
The device according to the invention for carrying out the method has at least two rollers arranged parallel to one another and provided with ring-shaped embossed edges, the embossed edges of one roller engaging the space between two embossed edges of the other roller. The device is characterized by a moistening device for the continuously fed material, arranged in the direction of passage of the material web in front of the rollers, which cause an uneven structure of the fiber zones, and by a drying device for the material processed by the rollers, which adjoins the rollers in the direction of passage.
The invention is explained in more detail below in some exemplary embodiments with reference to the
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9 and 10 each a cross section through a stretched web, FIG. 11 a perspective illustration of an example of a material web according to the invention, FIG. 12 a material web in cross section, perpendicular to the running direction, FIGS. 13-15 each a multi-layer material web in cross section perpendicular to the running direction; and FIGS. 16, 17 and 18 each have a deformation roller.
The present method for creping a fibrous web differs fundamentally from all previous creping methods through the experimentally confirmed knowledge that the creping process does not necessarily have to result in a material compression per unit length, as previously assumed, but can also be achieved by stretching the material structure. This results in a creped material web which has at most the same weight per unit area, and in most cases even has a weight reduction compared to the smooth material web. Nevertheless, a considerable crepe ratio can be achieved, for example of the order of magnitude 1: 2, so that after the creped material web has been ironed smooth, the same, per unit length of the original web, has enlarged dimensions in the same ratio.
Uniform sections of the original and ironed-on creped web of material then have a different weight, u. between the ironed-out web is proportionally lighter in proportion to the crepe ratio.
Before the creping process, the fibrous web to be treated must be made flexible, which is done, depending on the type of material, by spraying with liquid, by steam treatment, by heating, by a liquid bath or in another suitable manner. However, this treatment is carried out continuously on the web of material moving at constant speed.
The creping process is carried out continuously on the flexible flat material, for example by means of suitable embossing devices, with a grooving in which two narrow material zones are fixed along each groove and the central zone in between is deformed. As a result of the fixed lateral zones, the deformation of the central zone can only take place with simultaneous stretching of the material there. This process is carried out successively or simultaneously on a large number of parallel grooves and provides a creped material web with an enlarged surface at the expense of the material density at the point in question.
The differences in density transversely to the grooving of the material web can result in thinner groove walls and thicker edges or, conversely, thicker walls and thinner edges, as desired (FIGS. 11 and 12). When the material web is creased or creped in its longitudinal direction, it retains approximately the same width as before. If the web creped in this way is ironed smooth again, the result is a width of the web which is increased by the crepe ratio.
The stretching of the flat material depends primarily on the depth of the individual grooves and can have larger or smaller dimensions depending on the type of material. If a material web is to be grooved deeper than corresponds to the stretching capacity of the material in question, grooving is carried out in several successive stages, the material strip being able to assume a somewhat smaller width between each two stages. This then finally results in a creped strip of material which, although it has the desired groove depth, is reduced in width compared to the original smooth strip, but here too an increase in surface area takes place at the expense of the local material density.
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The creped material web usually requires an aftertreatment for the purpose of solidification, for example drying, and can then be divided into narrower strips and wound up on supply rolls or processed immediately.
For certain purposes, for example for the production of filter material webs, a perforation of the flat material may be desirable. This is expediently carried out as long as the material web has not yet been made flexible, or after it has been consolidated again with or without post-treatment following the creping and stretching process. It can also be advantageous to interrupt the regular creasing of the creped material, which can be achieved by a second creasing with a different groove direction or by embossing. This cross-grooving or embossing must of course also be carried out at a time when the material is still flexible.
Finally, it should be pointed out that, in order to improve the deposition effect and absorbency, the material can be stretched to such an extent that randomly distributed cracks and openings arise in the creped material web.
FIGS. 1 and 2 show an embodiment of a device for producing endless filter material webs with longitudinal creping, suitable for efficient filter plug production. In this case, the smooth material web 1, for example made of absorbent fiber-containing paper, runs from the supply roll 2 through a perforating device consisting of a spiked roller 3 and a corresponding counter roller 4, or of other suitable perforating elements. Behind this perforating device, the material web is then provided with frayed holes in the manner indicated in FIGS. 3 and 4. The perforated band then passes into a device 5 in which it is, for example, moistened or treated with steam in order to achieve the desired flexibility of the material.
Of course, the tensile strength of the material web must continue to be large enough to ensure that it passes through the entire device without any problems.
The material web, which has been made flexible and perforated, is then deformed in a multi-stage creping and stretching apparatus 6. It is assumed here that the creping is carried out by means of a number of pairs of rollers, the first of which is designated with 7.8 and the last with 9.10. In order to achieve a reduction in width assumed to be desirable, the embossing edges of the successive pairs of rollers are each reduced in their spacing. An increase in the speed of the roller pair 9, 10 compared to the roller pair 7, 8 acts in the same way. The reduction in width of the material web 1 does not necessarily have to be as great as indicated in FIGS. 1 and 2. The dash-dotted web width results especially when the material is stretched more strongly.
5, 6 show the appearance of the material web 1 behind the first pair of rollers 7, 8, although the structural change of the material or the local material thinning cannot be seen. Depending on the design of the rollers, the material density can be greater either on the groove edges according to FIG. 11 or on the walls according to FIG. After leaving the creping and stretching apparatus 6, the longitudinally corrugated and perforated material web 1 runs through a pair of rollers 11, 12 of embossing or knurled rollers, or other suitable designed rollers, which deform the regular longitudinal crepe folds in an irregular manner, so that the longitudinally corrugated material web is a multitude of merging into one another Has longitudinal grooves, as indicated in FIGS. 7 and 8.
The material strip 1 then passes into an aftertreatment apparatus, which here consists of a drying plate 13 with an electrical heater 14. The longitudinally creped material web 1 can be easily damaged in the resilient state, so it must not be pressed against the drying plate 13 by mechanical means. Rather, an air flow directed towards the material web 1 via the nozzles 15 is provided for this purpose, which in turn, if desired, can be heated or can also serve to cool the metal web 1.
Normally, when the longitudinally creped material web is dried, a reduction in the web width occurs (not shown in FIGS. 1 and 2). If desired, this effect can be increased by slightly compressing the material web from the side, for example by means of lateral streams of compressed air from special nozzles. The extent of the lateral shrinkage of the drying web naturally also depends on the type of material and on the changes in density created during the stretching process, which in turn are determined by the shape of the embossing grooves.
If desired, the solidified material web 1 coming from the aftertreatment apparatus can pass through a second perforating device consisting of the rollers 16, 17, in which case the first perforating device 3, 4 can optionally be omitted. The material web 1, thus maintaining its final state, is now divided by rotating knife rollers 18, 19 into arei strips 1 a, 1 b, 1 c, which are wound up on supply spools 20, 21, 22.
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The device according to FIGS. 1 and 2 can, depending on the type of material web to be processed and the intended use of the filter material strips produced, be significantly simplified. For example, the perforating devices 3, 4 and 16, 17 can be completely dispensed with, especially if arbitrarily distributed cracks and openings arise as a result of sufficiently strong stretching of the material. Furthermore, the creasing with only one pair of embossing rollers 7, 8 already provides an excellent usable one. Longitudinally corrugated material strip, the width of the original smooth material web remaining practically unchanged. In this case, however, the use of a finely knurled pair of rollers 11, 12 is recommended in order to avoid continuous longitudinal channels.
In certain applications of the creped flat material described above, emphasis is placed on dividing the endless webs into longitudinal strips of different material structures. For this purpose, it is only necessary that at least one of the roller pairs, which determine the structure of the flat material web during its production, have annular areas which are separated from one another in the axial direction and whose outer surfaces have different types of unevenness. For example, the device shown in FIGS. 1 and 2 must be provided with knurled rollers 11, 12, which divide the material web into six parallel longitudinal strips, of which neighboring strips each have a different material structure.
In this case, a material web 1 prepunched by the rollers 3, 4 is creped over the entire width by the device 6, and then the even crepe grooves are broken by knurling by the rollers 11, 12 and their differently shaped ring areas in parallel longitudinal strips. To
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19 each of these individual tracks z. B. two longitudinal strips, one of which has continuous crepe grooves, while the other is provided with a knurled structure.
Such a division of the roller pairs into individual axial ring areas of different surface structure can of course also be provided on all other roller pairs of the device according to FIGS. 1 and 2, depending on the type of desired structural properties of the material web.
For example, the pairs of creping rollers of the creping device 6 can be designed in such a way that adjacent longitudinal strips of the material web are stretched to different degrees during creping, u. between transversely to the running direction of the material web through different types of grooves on the rollers or also in the longitudinal direction through different diameters of individual roller parts. A loose material web can also be compressed to different degrees in its structure in the adjacent longitudinal strips, be it perpendicular to the material web surface by pressing together or transversely to the material web, whereby one longitudinal strip is stretched and the other is compressed to about the same extent, so that the total web width, if desired, can be kept completely unchanged.
Furthermore, some of the longitudinal strips can be perforated or embossed, and the respective adjacent longitudinal strips can have no perforation or a different type of perforation or embossing. Finally, some of the longitudinal strips can also be roughened on at least one side on their surface.
The different structure of adjacent longitudinal stripes can also, as already mentioned above, on
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ner longitudinal strips, wid or or by compression of the non-perforated longitudinal strips. Perforation and subsequent uniform creping of the entire web, with subsequent perforation of only individual longitudinal strips, also results in a different structure of adjacent longitudinal strips.
In the case of structures with periodically repeating unevenness in the longitudinal direction of the web, i.e. embossed bumps, perforation holes, etc., it is important for a material web intended for smoke filter production that the distance between such successive unevenness is small compared to a web length of 10 mm. This ensures that in the production of an endless filter rod from the material web that is then subdivided into individual filter plugs, the structure of the individual filter plugs cannot be noticeable.
The purpose of all of the above-mentioned different treatments in strips is to create an endless web of material which has longitudinal strips that are adjacent transversely to the running direction and have greater and lesser mechanical strength. Furthermore, it is desirable that of the longitudinal strips those with greater mechanical strength also have a lower swelling and absorbency. These two properties make such material webs particularly suitable for the production of filter plugs, since the mechanically stronger longitudinal strips ensure the stability of the filter body even if the mechanically less strong longitudinal strips swell during use as a result of absorption of the undesired smoke components to be separated.
The ring areas of the rollers causing the structural differences in the individual longitudinal strips are provided with various types of unevenness on the outer surface. For example, single
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ne ring areas be designed as spiked rollers, or two interacting rollers each form a stamping die or stamping die. Grooves running along the circumference, lateral surface parts with helical teeth and those with brush-like roughening elements can also be provided. It is expedient for each pair of rollers to be provided with a jacket made of rubber-like, flexible material.
The knife rollers 18, 19 provided in FIGS. 1 and 2 are expediently set up in such a way that when the material strip 1 is separated into the individual webs 1 a, 1 b, 1 c, each of them has at least two longitudinal strips of different structures.
FIGS. 11-16 show various examples of filter material. tracks that can be produced in parallel longitudinal strips with structural differences using the method described above. A material web with only one longitudinally creped strip 23 in the middle is shown in FIG. 11. The longitudinal strip 24 is so strongly stretched by stretching transversely to the running direction indicated by the arrow 26 that a large number of irregularly distributed cracks occur Material web is still preserved. The longitudinal strip 25, on the other hand, has a large number of perforations with frayed edges, the direction of perforation running partly from top to bottom and partly reversed. The hole spacings in the direction of arrow 26 are small compared to a track length of 10 mm.
In addition to this coarse perforation, a fine perforation of the longitudinal strips 23 and 25 has also been made before the longitudinal creping.
A longitudinally creped material web with different groove dimensions in adjacent longitudinal strips can be seen in FIG. 12, with a greater transverse stretching of the material in the larger grooves, which reduces their mechanical strength, but increases the absorbency of the material there.
The present method enables the use of various materials to produce such webs with longitudinal stripes. For example, the web can consist of fibrous materials such as absorbent paper, stiffened fleece or woven fabrics. In addition, film-like plastics, for example compressed synthetic resin foam, can be used as the web material. For certain purposes, a web with one-sided or double-sided, continuous or only parts of the metallic surface can be used, such as metallized paper or metal foil.
The method described is not limited to the production of only single-layer material webs, but also enables the production of multi-layer endless material webs, as are occasionally desired for filter rods. FIGS. 13-15 show examples of two-layer or three-layer material webs.
The two-layer material web according to FIG. 13 consists of a carrier web 27 according to the type of FIG. 12 made of one of the above-mentioned materials, and a covering 28, for example made of loose fibers with fiber directions corresponding to the longitudinal direction of the web, or of a fleece, with fibers of natural origin, such as Cellulose fibers or cotton wool, as well as those of artificial origin, such as rayon fibers, can be used. The pavement is more compacted at the points where it rests on the upper edges of the longitudinal grooves than at the other points. To produce such material webs it is only necessary that at a suitable point of the device according to FIGS. 1 and 2, for example before or after the pair of rollers 16, 17 the covering of the carrier web is fed from above via a suitable deflection roller.
If the covering runs through the pair of rollers 16, 17 together with the carrier web, it can be perforated together with the latter.
Of course, as indicated in FIG. 14, two strips of material with the same strip structure can be placed one on top of the other, expediently being offset by one strip width.
Such two-layer webs can be produced by means of two devices according to FIGS. 1 and 2, the two material webs being placed on top of one another for example in front of the pair of rollers 16, 17 and running through them together, the perforation simultaneously stapling the two material webs together.
There is also the possibility of applying a covering made of one of the above-mentioned materials directly in front of the longitudinal creping device 6 to the flexible, but not yet creped carrier web and, together with this, to subject it to the creping process and subsequent treatments. This then results in a material web similar to that indicated in FIG. 15, which consists of a carrier web 29 and a covering 30, the covering 30 clinging to the crepe grooves and continuous perforations 31 being present.
16-18 show examples of further deformation or embossing rollers.
The deforming rollers according to FIG. 16 are designed as an embossing die 76 and an embossing die 77. This
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For example, rollers can be used as perforating rollers 34 (FIGS. 1 and 2). Unevenness of any shape can be provided, whereby it is only necessary to ensure that the distance between successive unevenness of the rollers in the running direction is small compared to 10 mm in order to always obtain an approximately equal number of such embossments per filter plug when the endless filter rod is divided into individual filter plugs . It is also possible to provide circumferential surface areas of such deforming rollers, as indicated in FIG. 17, with helical teeth 78. These rollers can be used in particular as embossing rollers 11 and 12 (FIGS. 1 and 2).
As stated, they serve the purpose of locally interrupting the longitudinal grooves so that there are no continuous longitudinal channels.
The groove shapes of the longitudinal creping rollers 7, 8, 9 and 10 (FIGS. 1 and 2) can, for example, be designed like the rollers designated 40 and 41 in FIG. Referring to Fig. 18, two different shapes of interlocking grooves can be seen.
PATENT CLAIMS:
1. A process for the production of a longitudinally creped fibrous web that can be used for filtering purposes, in which closely adjacent material zones of the starting material are held and a force to deform the material is exerted at least approximately perpendicularly on the intermediate zones, so that the width of the fibrous web is at least immediately is retained after the deformation, characterized in that the fibrous web is made flexible, so that the deformation causes a destruction of the already existing, stable fiber structure in the fibrous web and transversely to the longitudinal direction of the web adjacent, denser and thinner material zones due to the lack of flow of the Material are generated, where appropriate, the fibrous web before or
is subjected to an additional treatment after the longitudinal creping.