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Verfahren und Vorrichtung zum fortlaufenden Behandeln eines
Bündels in Längsrichtung fortlaufend nebeneinander liegender, gekräuselter Fäden bei der
Herstellung von Tabakrauchfiltern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum fortlaufenden Behandeln eines Bündels in Längsrichtung fortlaufend nebeneinander liegender, gekräuselter Fäden bei der Herstellung von Tabak- rauchfiltern für Zigaretten, Zigarren und andere Rauchartikel.
Das in der brit. Patentschrift Nr. 765,963 beschriebene Verfahren zur Herstellung von Filterelementen für Tabakrauch wird in der Industrie bereits in grossem Umfang angewendet. In diesem Verfahren wird das Faserbündel durch mechanische Behandlung zu einem Band ausgebreitet. Das auf diese Weise geöff- nete Faserbündel wird durch eine eigene Vorrichtung geführt, die als Spritz-oder Weichmacherkoje be- zeichnet wird und in der bestimmte Zusatzstoffe auf das geöffnete Faserbündel aufgebracht werden. Das so behandelte Faserbündel wird dann zu der gewünschten Form des Filters verdichtet.
Die brite Patentschrift. Nr. 765, 961 sieht vor, dass das Fadenbündel durch eine Station geführt wird, in der ein Zusatzstoff auf dasselbe aufgebracht wird, dass es dann einem Luftstrom ausgesetzt wird, der mit möglichst geringer Turbulenz in der Vorschubrichtung des Fadenbündels eingeleitet wird, um dieses zu öffnen, worauf die Vorschubgeschwindigkeit des Fadenbündels verringert und dasselbe zu den gewünschten
Filtern verarbeitet wird. Dieser Vorschlag enthält aber keinen Hinweis, auf welche Weise die Verzögerung des Fadenbündels erzielt wird und welche Vorrichtung dazu dient.
Es kann daher nur angenommen werden, dass die auf die Düse folgende Transportvorrichtung für das Fadenbündel mit verringerter Geschwindigkeit 'läuft.,
Gegenstand der Erfindung ist nun zunächst ein Verfahren zum fortlaufenden Behandeln eines Bündels in Längsrichtung fortlaufend nebeneinander liegender, gekräuselter Fäden bei der Herstellung von Tabak- rauchfiltern, umfassend die Schritte des Aufbringens eines Zusatzstoffes zum Klebrigmachen der Fäden auf das Fadenbündel und des Durchganges des Fadenbüridels durch eine injektorartige Düse, in der es einem
Luftstrom von möglichst geringer Turbulenz, der annähernd in der Vorschubrichtung des Fadenbündels eingeleitet wird, ausgesetzt wird, um dasselbe zu öffnen und den Zusatzstoff auf und zwischen dessen
Fäden zu verteilen,
worauf es praktisch spannungsfrei der Verarbeitung zu Filtern zugeleitet wird, wel- ches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das Auftragen des Zusatzstoffes gleichzeitig mit der Ein- wirkung des Luftstromes erfolgt, und dass das Fadenbündel unmittelbar nach seinem Austritt aus der Düse einer Verzögerung unterworfen und dadurch beim Austritt aus der Düse auf einer kurzen Strecke zu- sammengestaut wird, um einen Filter zum Filtrieren der aus der Düse austretenden Luft zu bilden, wobei der Zusatzstoff vorzugsweise mit der Luft bei ihrem Eintritt in die Düse vermischt wird.
Dieses Verfahren ist sowohl dann anwendbar, wenn der Zusatzstoff mit der Luft bei seinem Eintritt in die Düse vermischt wird, als auch wenn der Zusatzstoff mit der Luft vor deren Eintritt in die Düse ver- mischt wird, so dass er in beiden Fällen gleichzeitig mit der Luft auf das Fadenbündel tritt.
Die Erfindung betrifft auch die zur Durchführung dieses Verfahrens dienende Vorrichtung.
Gegenüber den bekannten Verfahren bietet das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der Erfindung den Vorteil, dass die aus der Düse austretende Luft durch das behandelte Fadenbündel selbst gut gefiltert wird, so dass etwa mitgerissene Teilchen des Zusatzstoffes im Fadenbündel zurückgehalten werden. Da-
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durch braucht man keine Auffanghaube oder Absaugung zwecks Reinhaltung der Raumluft und vermeidet
Verluste an Zusatzstoff.
Nähere Einzelheiten über die Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung zu ersehen, die an Hand der Zeichnung einige Anwendungsbeispiele der Erfindung erläutert.
In der Zeichnung zeigen Fig. l ein Schema eines Verfahrens zur Herstellung von Tabakrauchfiltern, worin die Erfindung Anwendung finden kann ; Fig. 2 in ganz schematischer Art die dabei verwendete Ap- paratur ; Fig. 3 teilweise in Ansicht und teilweise im Längsschnitt eine Ringdüse aus dieser Apparatur mit einer daran befestigten Vorrichtung zum Verzögern des Fadenbündels gemäss der Erfindung und Fig. 4 in
Seitenansicht eine ähnliche Düse mit zusätzlichen Teilen zur Einführung des Zusatzstoffes und mit der erfindungsgemässen Verzögerungsvorrichtung.
Fig. 1 stellt die einzelnen Behandlungsstufen des Fadenbündels dar und bedarf keiner weiteren Er- läuterung.
An Hand der Fig. 2 sei das erfindungsgemässe Verfahren wie folgt erläutert : Ein Bündel 1 von in
Längsrichtung fortlaufend nebeneinander liegenden, gekräuselten Fäden wird von dem Vorratswickel 2 mittels eines Einzugswalzenpaares 4 über eine Führung 3 abgezogen. Unter einer Spannung, die durch den Sog einer Auflockerungsdüse 6 erzeugt wird, gelangt das Fadenbündel, gegebenenfalls über
Führungen 5, in die Düse 6, in der es in einer besonders ausgebildeten Venturidüse, die nachstehend ausführlicher beschrieben wird, einer explosiven Expansion von Druckluft ausgesetzt wird. In der Düse wird das Fadenbündel einem Sprühnebel ausgesetzt, der aus einer zerstäubten Flüssigkeit besteht, die ein
Weichmacher für das zu verarbeitende Fadenbündel ist.
Das mit dem Weichmacher versehene Faden- bündel tritt unter der Wirkung der expandierenden Luftströmung aus der Düse aus und gelangt zu Abzugs- walzen 7, die mit etwas langsamerer Geschwindigkeit angetrieben werden als das Walzenpaar 4, so dass das Fadenbündel zwischen der Düse 6 und den Walzen 7 keine oder eine äusserst minimale
Spannung hat. Dann gelangt das Fadenbündel zu einer Stopfdüse 8 und anschliessend zu einer Zigaret- tiermaschine 9.
An Hand der Fig. 3 sei jetzt die Grundform der Kreisdüse beschrieben. Ausgedehnte Studien haben gezeigt, dass die hinsichtlich minimaler Energieverluste mit dem höchsten Wirkungsgrad arbeitenden
Venturidüsen einen im Verhältnis zu seinem Durchmesser relativ kurzen Drosselkanal haben. Dagegen hat es sich gezeigt, dass sich Venturidüsen üblicher Ausbildung für das Öffnen von Mehrfadenbündeln, die mehrere tausend stark gekräuselte, ununterbrochene Fäden mit einem Fadentiter von 0,6 bis 16 Denier aufweisen, nicht gut eignen. Es wurde gefunden, dass die wirksamste Öffnung des Faserbündels erhalten wird, wenn das Verhältnis zwischen der Länge und dem Durchmesser des Drosselkanals der Venturidüse auf etwa 6 : 1 erhöht wird.
Ausserdem soll der sich erweiternde Teil der Düse einen Kegelwinkel von etwa
3 bis 5 an Stelle von 7 bis 100 haben. Es sei auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung nur eines langen, geraden Rohres ohne divergierende Austrittsstrecke, keine gute Öffnung bewirkt. Die Ausbildung der Venturidüse ist daher von einiger Bedeutung für eine optimale Öffnung des Fadenbündels bzw. die
Trennung der Einzelfäden voneinander.
Gemäss Fig. 3 besteht die Düse aus einem Aussenmantel 10, der mehrere Innenkörper 11,13 und
14 enthält, die mit Schraubstöpseln 12 und 15 festgehalten werden, Die Düse wird von einem Ka- nal 16 durchsetzt, so dass das fortlaufende, gekräuselte Mehrfadenbündel von der Eintrittsöffnung 17 in dem Körper 11 zu einer Austrittsöffnung 18 in dem Körper 14 gelangen kann. In dem Kör- per 11 hat der Kanal im wesentlichen einen konstanten Durchmesser. Die Aussenfläche 19 des unteren Endes des Körpers 11 ist mit einem Winkel von etwa 40 bis 800 abgeschrägt und bildet zusam- men mit der abgeschrägtenFläche 20 der dünnenBlendenscheibe 13 einenRingkanal für den dosier- ten Eintritt der Luftströmung in den Venturidüsenteil 14.
Der Venturidüsenteil 14 besitzt eine sich verengende Eintrittsstrecke 21 mit einem Kegel- winkel von etwa 30 bis 400 und in Reihe damit einen geraden, zylindrischen Rohrkanal 22, dessen
Länge das Zwei-bis Zehnfache des Innendurchmessers des Kanals 22 beträgt sowie eine sich erwei- ternde Austrittsstrecke 23 mit einem Kegelwinkel von 2 bis 70.
Die genaue Ausbildung dieses Teiles der Düse ist für die Erzielung einer maximalen Öffnungswirkung auf das Fadenbündel von beträchtlicher Bedeutung. Wenn der Kanal 22 von gleichbleibendem Durch- messer zu kurz oder der Kegelwinkel der Austrittsstrecke 23 zu gross ist, wird das Fadenbündel nicht optimal geöffnet. Wenn der Kanal 23 nur einen kleinen oder keinen Kegelwinkel hat, wird das Faden- bündel ebenfalls nicht gut geöffnet. Die besten Ergebnisse erhält man, wenn die Länge des Kanals 22 etwa das Sechsfache seines Innendurchmessers und der Kegelwinkel der Austrittsstrecke 23 etwa 3 - 50 beträgt.
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Um eine gute Wirkung der Düse zu gewährleisten, muss ferner der Innendurchmesser'des Kanals 22 bei einem Fadenbündel von etwa 37000 Denier etwa 19 mm betragen. Der Innendurchmesser des Kanals 22 soll ferner'etwa 1639lu des Durchmessers der Blendenöffnung 20 in der Blendenscheibe 13 und 4000/0 des Innendurchmessers des Kanals 16 in dem Eintrittsrohr 11 betragen. Die Schrägfläche 19 des Rohres 11 soll einen Winkel von etwa 600 haben, der etwa 300 kleiner sein soll als der Winkel der Wandung der Öffnung 20 in der Platte 13, der etwa 900 betragen soll. Bei richtiger Bemessung dieser Teile erzeugt die Düse an der Eintrittsöffnung 17 einen Sog, der das Einfädeln des Fadenbündels in die Düse erleichtert.
Ferner wird dann die Dosierung der Luft und das richtige Auftreffen derselben auf das in die Blendenscheibe eintretende Fadenbündel gewährleistet. Ferner müssen die Kanäle in der Düse genau konzentrisch sein und axial fluchten, damit die Luft um den ganzen Umfang des Fadenbündels herum auf diesem einheitlich auftrifft und in der Luft nur eine minimale Turbulenz, Verwirbelung oder Verdrehung entsteht. Eine wirbelnde Luftströmung trachtet, das Fadenbündel zu verdrehen, so dass es verdichtet wird, anstatt dass es geöffnet wird und seine Fäden voneinander getrennt werden.
Die Luftzuführung zu demDüsenmantel 10 erfolgt durch eine oder mehrere Öffnungen 24und24 , die in eine Ringkammer münden, welche von der Aussenfläche des Eintrittsteiles 11 und dem Man- tel 10 gebildet wird und am einen Ende mit dem Schraubstöpsel 12 abgeschlossen ist. Es hat sich gezeigt, dass zwar eine Eintrittsöffnung 24 oft genügt, mit zwei oder mehreren gleichmässig um den Umfang des Mantels herum verteilten Öffnungen, aber eine bessere Verteilung der Luftströmung erzielt werden kann. Die aus der Kammer 25 kommende Luft trifft dann auf das Fadenbündel auf, indem sie durch die Ringöffnung tritt, die durch den abgeschrägten Teil 19 des Eintrittsrohres 11 und die abgeschrägte Öffnung 20 der Blendenscheibe 13 gebildet wird.
Vorstehend wurde eine besondere Ausbildung der Düse beschrieben. Im Rahmen des Erfindungsgedankens kann natürlich die Grösse der Düse, der Zusammenbau ihrer Bestandteile und die Form von unkritischen Flächen abgeändert werden.
Es hat sich gezeigt, dass das Öffnen des Fadenbündels wesentlich verbessert werden kann, wenn die Bewegung des aus dem Venturikörper 14 der Düse austretenden Fadenbündels gemäss der Erfindung verlangsamt und das Fadenbündel dabei teilweise festgehalten wird. Zu diesem Zweck sind mehrere flache, federnde Finger 26, 26', 26" und weitere (nicht gezeigte) in gleichen Abständen voneinander auf der Aussenfläche des Venturikörpers angeordnet und erstrecken sich um 76 - 203 mm über das Ende des Körpers 14 hinaus. Die Finger 26 sind bei 27 leicht auswärts gekrümmt, um ein Hängenbleiben des Fadenbündels zu vermeiden. Sie sind auf dem Körper 14 axial verschiebbar und werden von einem Klemmring 28 und geeigneten, mit einer Flügelschraube versehenen Spannmitteln 29 gehalten.
Die Kraft, mit der die Finger auswärts federn, kann dadurch verstellt werden, dass der Klemmring 28 näher zu dem Ende 18 des Körpers 14 hin oder von ihm weg bewegt wird.
Diese Finger bremsen den Austritt des Fadenbündels aus der Düse und bewirken eine zeitweilige Aufstauung einer Masse von unorientierten- Fäden, durch welche die aus der Düse austretende Luft hindurchtreten muss. Damit werden zwei Zwecke erfüllt. Zunächst bewirkt die kinetische Energie der austretenden Luft, dass die Fäden des Bündels weiter voneinander getrennt und daher das Bündel besser geöffnet wird. Zweitens wird die austretende Luft an dieser Stelle durch das Fadenbündel stark filtriert, so dass Weichmachermengen, die noch nicht auf die Fäden des Bündels-verteilt und auf ihnen abgelagert worden sind, jetzt verteilt und abgelagert werden. Man braucht daher keine Absaugehaube zum Entfernen von Weichmachern aus der austretenden Luft.
Fig. 4 zeigt eine gegenüber Fig. 3 abgeänderte Ausbildungsform der Kreisdüse. In dieser Ausbildungform kann der Weichmacher od. dgl. dem Fadenbündel einverleibt werden, während dieses durch die Düse tritt. Gemäss Fig. 4 sind in der Luftzuleitung 30 ein Druckregler 31 und ein Flüssigkeitszerstäuber 32 hintereinander eingeschaltet. Hinter dem Zerstäuber 32 verzweigt sich die Luftleitung bei 33 in so viele kleinere Zweigzuleitungen, wie es für den Düsenmantel 10 erforderlich ist. Der Zerstäuber 32 gibt den flüssigen Weichmacher in Form eines Aerosols ab, das in der Luft der Düse zugeführt wird und zusammen mit der Luft auf dem Fadenbündel auftrifft, wenn dieses durch die Blendenscheibe der Düse tritt.
Zur Erzeugung des Weichmacheraerosols sind verschiedene im Handel erhältliche Einrichtungen verwendbar, beispielsweise die von der Alemite Company in Chicago, Illinois, USA, erzeugten Schmiervorrichtungen für Luftleitungen. Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Type eines Aerosolgerätes eingeschränkt. In vielen Fällen ist die in Fig. 4 gezeigte Einrichtung zum Weichmachen des Fadenbündels in der Herstellung von bestimmten Filterelementen anwendbar.
Die Funktion der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtungsteile geht in beträchtlichem Masse bereits aus der vorstehenden Beschreibung hervor. Zum besseren Verständnis der Funktion und zum Ver-
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Erfindung beschrieben.
Beispiel l : Mit Hilfe der runden Venturidüse und der allgemeinen Anordnung nach Fig. 2 mit den erfindungsgemässen flachen Federfingern 26, 26', 26" und andern Teilen (Fig. 3 und 4) wurde ein Fadenbündel mit einem Gesamttiter von 18500 Denier und einem Fadentiter von 1,6 Denier zu Filterstangen verarbeitet, die einen Druckabfall von 424 mm Wassersäule, eine genügende Härte, einen genügenden Umfang und eine genügende Entteerungswirkung besassen. Das Gewicht des Fadenmaterials in diesen Stangen war 710 geringer als das von Stangen mit vergleichbaren Eigenschaften, die mit Hilfe der Schlitzventuridüse erhalten wurden, welche in der brit. Patentschrift Nr. 918, 598 beschrieben und unter Schutz gestellt ist.
Beispiel 2 : Mit Hilfe der allgemeinen Anordnung nach Fig. 2 mit der runden Venturidüse und den erfindungsgemässen flachen Federfingern nach Fig. 3 und 4. wurde ein Fadenbündel mit einem Gesamttiter von 33000 Denier und einem Fadentiter von 3 Denier zu Filterstangen verarbeitet, die eine genügende Härte, ein einwandfreies Aussehen und einen einwandfreien Umfang hatten und einen Druckabfall von 305 mm Wassersäule und eine Entteerung von 29, 70/0 bewirkten. Nach dem bekannten mechanischen (mit Walzen durchgeführten) Verfahren aus einem Fadenbündel mit einem Gesamttiter von 80 000 Denier und einem Fadentiter von 3 Denier hergestellte Filterstangen, die denselben Druckabfall und dieselbe Entteerung bewirkten, wie die erfindungsgemässen Filter, enthielten um 24ego mehr Fadenmaterial.
Aus den vorstehenden Beispielen geht daher hervor, dass mit Hilfe des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung Filter hergestellt werden können, die bei gleichen Eigenschaften eine geringere Materialmenge erfordern. Ferner kann das verwendete Fadenbündel beträchtlich kleiner sein als das in dem bekannten mechanischen Verfahren verwendete. Dies führt zu einigen weiteren Vorteilen.
In den vorstehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung können alle üblichen Weichmacher, wie Triacetin, Tripropionin usw. verwendet werden. Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung eines bestimmten Zusatzstoffes eingeschränkt. Die Wahl des Zusatzstoffes ist in gewissem Grade von den Eigenschaften des Fadenbündels abhängig, das in der Vorrichtung verarbeitet wird, und von der Art des herzustellenden Filterelementes oder der Filterstangen. In der Beschreibung und den Ansprüchen ist als Zusatzstoff jeder Stoff bezeichnet, der auf den Fäden verteilt werden soll.
Die Erfindung wurde zwar an Hand der Behandlung von zur Herstellung von Filtern verwendeten Celluloseacetat-Fadenbündelnmit einem Fadentiter der Grössenordnung von 0, 6 bis 16 beschrieben, weil diese Fadenbündel derzeit am häufigsten zur industriellen Filterherstellung verwendet werden, doch kann die Erfindung auch auf Fadenbündel angewendet werden, die nicht aus Celluloseacetat bestehen. Beispielsweise können Fadenbündel aus Polyester- und Polyolefinfäden auf ähnliche Weise verarbeitet werden. Bei den zuletztgenannten Fäden, die nicht weichgemacht werden können, kann auf die gekräuselten Fäden ein Zusatzstoff in Form eines flüssigen Monomers aufgebracht werden, das die Fäden in den anschliessenden Verfahrensschritte : ! zur Bildung des Filters an geeigneten Stellen, Bereichen oder Zonen miteinander verbindet.
Die kreisförmige Düse braucht nur mit einem niedrigen Luftdruck beaufschlagt zu werden, was gewöhnlich aus wirtschaftlichen Gründen erwünscht ist. Der Druck kann jedoch bis auf 0, 35 - 6, 3 atü gesteigert werden.
Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, dass ein vereinfachtes Verfahren und eine vereinfachte Vorrichtungskombination zur Herstellung von Filterelementen oder-Stangen aus Faserbündeln, insbesondere von speziell zur Filterherstellung geeigneten Faserbündeln, geschaffen wurden, die sich von den bekannten Verfahren wesentlich unterscheiden. Ferner geht aus der vorstehenden Beschreibung hervor, dass infolge des Entfallens von Walzen, Sprühkojen u. dgl. Einrichtungen Ersparnisse möglich sind. Die Prüfungen der erfindungsgemäss hergestellten Filterelemente haben ergeben, dass sie den besten derzeit im Handel erhältlichen Filterstangen gleichwertig und in verschiedenen Eigenschaften überlegen sind.
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