BR0215988B1 - processo para fabricação de filtro de cigarro composto. - Google Patents

Description

PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DE FILTRO DE CIGARRO COMPOSTO

Antecedentes da Invenção

Esta invenção se refere a um processo e aparelho para uso na fabricação de filtros de cigarro. Mais especificamente, esta invenção refere-se a um processo e a um aparelho para enchimento a alta velocidade de matéria particulada em cavidades distintas definidas pelos plugues de filtro individuais adjacentes durante a operação de montagem do filtro.

Em filtros compostos tendo cavidades preenchidas com matéria particulada, a percentagem de enchimento das cavidades é muito importante. Isso porque, quando o cigarro é colocado na boca, o mesmo fica em um plano substancialmente horizontal. Desse modo, a gravidade puxa a matéria particulada para baixo afastando do topo da cavidade. Isso cria um desvio não-filtrado, desprotegido acima da matéria particulada que não inibe o fluxo de fumaça. O efeito que esse desvio tem na capacidade de filtração de um filtro não é ainda estimado, mas possivelmente pode ser desproporcionalmente grande em comparação com a proporção linear da largura do desvio em relação à largura do elemento de filtro. Na realidade, os princípios de fluxo de fluido determinam que o fluido prefere fluir ao longo de um caminho de menos resistência desse modo indicando que a eficiência de filtração da matéria particulada pode ser grandemente reduzida pela presença de qualquer tal porção de passagem direta.

Com referência à Patente US 3.312.152 de Williamson, cujo conteúdo é incorporado aqui como referência, é descrito um aparelho o qual tenta encher as cavidades de filtro. O aparelho de Williamson transfere material particulado para dentro de espaços distintos entre os plugues de filtro. Contudo, a velocidade de operação do aparelho é limitada devido à ineficiência de se basear apenas na gravidade para encher as cavidades que passam rapidamente.

Uma máquina do estado da técnica tal como aquela descrita na Patente US 4.063.494 e 5.908.030, cujos conteúdos são incorporados aqui como referência, incluem depósitos de recebimento no formato de roda alimentados pela gravidade que recebem segmentos de filtro dispostos adjacentes uns aos outros em relação espaçada em uma tira portadora de papel. A tira carregada é, então, colocada dentro de um canal de guia ou montagem e em direção a uma área de enchimento onde o papel é formado sobre rodas para dentro de uma calha de recebimento. Como descrito na Patente US 4.015.514 de Nichols, cujo conteúdo é aqui incorporado como referência, um vácuo é aplicado através dos segmentos adjacentes de filtro em um esforço para promover o enchimento da cavidade.

Contudo, devido ao fato de que varia o espaçamento dos segmentos, assim como também varia a densidade dos filtros de acetato de celulose, é impossível encher as cavidades com qualquer consistência. Isso significa que para garantir uma percentagem mínima de enchimento, o processo deve ser ajustado para significativamente encher em excesso as cavidades acima desse nível alvo. A indústria tem compensado isso ao não demandar uma alta percentagem de enchimento. Desse modo, o processo tolera uma variação muito alta desde que a percentagem de enchimento alvo seja suficientemente alta.

Adicionalmente, apesar do fato de ser baixa a percentagem de enchimento demandada pela indústria, é conveniente encher completamente a cavidade com grânulos. Como explicado acima, isso ocorre porque foi mostrado que uma cavidade que não é completamente preenchida permite que fumaça se desvie do enchimento de material particulado, desse modo falhando em termos de permitir que o material particulado remova os compostos indesejáveis na fumaça.

Além disso, enchimento excessivo da cavidade ou o escapamento do material particulado a partir das cavidades pode fazer com que o material particulado fique aderido à guarnição externa ou à tira portadora de papel e dessa forma se torne integrado próximo à superfície do produto final, deixando uma mancha ou marca pouco apresentável.

O que é necessário é um processo de encher completamente as cavidades de filtro de uma maneira comercialmente praticável. Mais especificamente, o que é necessário é um processo e um aparelho para encher rapidamente cavidades de filtro de carvão ativado em uma taxa excedendo 200 m/min.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

É apresentado um processo para fabricação de filtro de cigarro composto que inclui várias etapas:

a) depositar segmentos de filtro fibroso sobre uma tira portadora em uma relação espaçada, definindo, desse modo, cavidades entre segmentos adjacentes de filtro;

b) alimentar a tira portadora com os segmentos de filtro depositados ao longo de uma trajetória de deslocamento para dentro de uma câmara de suporte alongada, que substancialmente circunda a circunferência da tira portadora retendo os segmentos de filtro, e que deixa uma abertura de enchimento estreita oposta a uma abertura de enchimento de material particulado de uma montagem de enchimento, aplicando um vácuo ou sucção, enchendo as cavidades, e aplicando uma porção de vedação que encapsula os segmentos de filtro e o material particulado;

c) a abertura de enchimento de material particulado voltada simultaneamente para várias cavidades é alongada ao longo da direção de movimento da tira portadora sobre uma extensão correspondendo a uma trajetória predeterminada de deslocamento da tira portadora;

d) aplicar simultaneamente o vácuo ou sucção adjacente à abertura de enchimento estreita, a sucção, desse modo, aumentando um momento descendente de uma corrente de alimentação por gravidade de matéria particulada e removendo à vácuo a matéria particulada solta;

e) encher simultaneamente as cavidades com a matéria particulada sobre uma extensão correspondendo a uma trajetória predeterminada de deslocamento da tira portadora. Assim, em uma primeira etapa, uma tira portadora de papel ou guarnição é alimentada ao longo de um transportador. Ao longo de uma borda da tira portadora, o papel é dobrado sobre ele próprio. Segmentos de filtro fibroso são, então, depositados sobre a tira portadora em intervalos separados. 0 espaçamento define cavidades entre segmentos adjacentes de filtro. A tira portadora com os segmentos de filtro depositados é alimentada ao longo de uma trajetória de deslocamento para dentro de um guia alongado ou câmara de suporte que substancialmente circunda a circunferência dos segmentos envelopados em papel e a qual deixa uma abertura de enchimento estreita oposta a uma abertura de enchimento de material particulado que é alongada na direção de movimento da tira portadora. Sucção ou um vácuo é simultaneamente aplicado adjacente à abertura estreita, a sucção aumentando um momento descendente de uma corrente de alimentação por gravidade de matéria particulada e simultaneamente removendo à vácuo a matéria particulada solta. As cavidades são preenchidas simultaneamente com a matéria particulada sobre uma extensão correspondendo a uma trajetória de deslocamento predeterminada da tira portadora. A borda dobrada é então desdobrada e aderida para vedar a abertura de enchimento. Alternativamente, uma tira de vedação veda a abertura, encapsulando, desse modo, os segmentos de filtro e a matéria particulada. 0 filtro é então cortado na extensão, o corte sendo registrado para criar segmentos de filtro composto distintos.

Em uma outra característica, as cavidades de filtro podem ser preenchidas de forma rápida e completa com matéria particulada tal como carvão.

Em uma outra característica, a densidade do carvão ativado é controlada através da introdução de um material de carga inativa.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um segmento de filtro, parcialmente montado, da invenção. A Figura 2 é um diagrama esquemático de um aparelho capaz de praticar a invenção.

A Figura 3a é uma vista em perspectiva de uma montagem de enchimento de matéria particulada da invenção.

A Figura 3b é uma vista em perspectiva, em seção transversal escalonada da montagem de enchimento de matéria particulada, tomada substancialmente ao longo do plano A da Figura 3a.

A Figura 3c é uma vista frontal da seção transversal da Figura 3b.

A Figura 3d é uma vista frontal de uma vista em seção transversal da montagem de enchimento de matéria particulada, tomado ao longo do plano B da Figura 3a.

A Figura 3e é uma vista em seção transversal, em perspectiva da montagem da Figura 3a, tomada ao longo do plano C, mostrado na Figura 3d.

A Figura 4 é um fluxograma do processo da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDA

É provido um aparelho (10), e um processo (12) para fabricação de filtro de cigarro composto (14), tendo cavidades (16) (mostrado melhor na Figura 2) preenchidas com matéria particulada (20). Com referência agora à Figura 1, a cavidade (20) é definida entre dois plugues de filtro (22), tais como são tradicionalmente usados na fabricação de filtros de acetato de celulose. A matéria particulada (20) é preferivelmente carvão ativado (24), porém, pode ser qualquer outro componente ativo ou inativo adequado, incluindo sepiolita, silica gel, e carvão não ativado. Essa matéria particulada (20) também pode incluir material particulado aromático.

O aparelho (10) capaz de realizar o processo (12) é substancialmente aquele como mostrado na Patente US 4.223.597 (cujo conteúdo é incorporado aqui como referência), em que o processo de enchimento, a parte de enchimento (12) da patente 35 x597, e os artefatos de recebimento são aperfeiçoados.

Com referência agora à Figura 2, o aparelho (10) é mostrado em mais detalhe. O aparelho (10) inclui uma guarnição ou corpo de ferramenta (26), um transportador de tira (30), um funil (32), um transportador (34), uma tremonha (36) contendo material sólido (20), uma câmara separadora (40), e uma unidade de força de vácuo (42); conectadas em conjunto, como descrito abaixo com linhas de vácuo associadas (por exemplo, 44, 46) e outras conexões.

Em operação, uma unidade de força a vácuo (42) cria um vácuo na câmara separadora (40) mediante a ação de expelir o ar através do orifício de saída (92). 0 separador de ciclone e filtro (56) filtra a poeira a partir do ar no qual o material particulado (20) está suspenso, tendo sido aspirado através das linhas de vácuo (44) a partir da montagem de enchimento (64). Essa ação de vácuo evacua qualquer material particulado que possa estar solto dentro da montagem de enchimento (64), através de ranhuras de evacuação (60), dispostas em qualquer dos lados da abertura (62) para as cavidades (16). O material particulado (20) no ar cai para o fundo da câmara de separação (40) e encontra o seu caminho para dentro da tremonha (36), através da comporta de ar giratória vedada (52). A comporta de ar (52) giratória permite que a câmara de separação (40) e a tremonha (36) tenham pressões substancialmente diferentes na qual a pressão da tremonha é substancialmente ambiente. Uma linha de alimentação (54) provê à tremonha material sólido (20) adicional como necessário. A tremonha (36) deposita matéria particulada (20) sobre a correia transportadora 34. A correia transportadora (34) transporta o material sólido (20) a partir da tremonha (36) para uma área acima do funil (32) e, então, para dentro do funil (32). A entrada no formato de funil (33) do funil (32), tendo uma abertura ampla que se estreita gradualmente ao longo da direção de fluxo provoca aceleração da matéria particulada (20).

A guarnição (26) e o transportador de tira (30) guiam e posicionam a tira (50) (mostrada na Figura 3a) na montagem de enchimento (64). O funil (32) direciona o material sólido (20) para dentro das cavidades (16). O material sólido (20) é alimentado pela gravidade a partir da correia transportadora (34) com o auxilio de vácuo, em uma amplitude limitada, (através das ranhuras de evacuação 60).

Com referência agora às Figuras 3a - 3e, é mostrada a montagem de enchimento (64) do aparelho (10). Com o propósito de clareza, as seções transversais AeB são consideradas transversais à linha de movimento e a seção transversal C é tomada ao longo da linha de movimento da montagem de filtro (14) .

A montagem de enchimento (64) inclui uma guarnição inferior (66) e uma guarnição superior tendo uma porção esquerda (70) e uma porção direita (72). Uma tubulação (74) cobre a guarnição (26) e provê uma montagem para o funil (32), o qual tem duas tampas (76 e 80) de extremidade. A tubulação (74) define passagens de vácuo incluindo a ranhura de avaliação (60), canais (82) e (84), e orifícios de saída (86 e 90) . Os orifícios (86 e 90) de saída são conectados a linhas de vácuo (44). O vácuo ajuda a puxar as partículas (20) para dentro de cada cavidade (16) enquanto ao mesmo tempo aspirando para longe as partículas que caem para qualquer dos lados da abertura (62) e sobre a porção exposta do segmento de filtro (22).

Com referência agora à Figura 4, o processo (12) inclui várias etapas. Em uma primeira etapa (100), uma fita de papel ou tira portadora (50) é alimentada ao longo do transportador de tira (30) . Ao longo de uma borda (102) da tira portadora (50), o papel é dobrado sobre ele próprio, formando uma dobra (104). Em uma segunda etapa (106), segmentos de filtro fibroso (22) são depositados sobre a tira portadora (50) em intervalos espaçados. O espaçamento entre os segmentos de filtro (22) define cavidades (16) entre segmentos adjacentes de filtro. Em uma terceira etapa (108), a tira portadora (50) junto com os segmentos de filtro depositados (22) são alimentados ao longo de um caminho (110) de deslocamento para dentro da guarnição (26) a qual circunda substancialmente a circunferência dos segmentos (22) e a qual deixa uma abertura de enchimento estreita (62), geralmente entre 2 e 3 mm de largura, oposta a uma abertura de enchimento de material particulado (112). A abertura de enchimento (112) é alongada ao longo da direção de movimento (110), indicada pela seta Y na Figura 3e, da tira portadora (50).

Em uma quarta etapa (114), sucção ou um vácuo é aplicado simultaneamente à ranhura de avaliação (60) em lados opostos adjacentes à abertura estreita (62), a sucção aumentando, desse modo, um momento descendente de uma corrente auxiliada por vácuo, alimentada por gravidade de matéria particulada (20) e removendo à vácuo a matéria particulada solta (20) (também conhecida como matéria de transbordamento). Isso também ajuda a impedir que as partículas (20) tornem-se laminadas entre uma área sobreposta (116) ( (na qual a dobra (104) irá aderir)) e a dobra, quando a dobra (104) é trazida de volta transversalmente à abertura estreita (62) para vedar a abertura. Essa matéria particulada aprisionada (20) é considerada um defeito de produto e é uma razão para rejeição de um ciclo de produção. Em uma quinta etapa opcional (118), a matéria removida a vácuo é então reciclada, sendo outra vez pressurizada quando passa através da comporta de ar (52), após o que, ele é depositado na tremonha (36) . Dessa forma, tais defeitos devem ser evitados.

Em uma sexta etapa (120), as cavidades (16) são preenchidas simultaneamente com a matéria particulada (20) sobre uma extensão L predeterminada (mostrada na Figura 3e) correspondendo à trajetória (110) de deslocamento da tira portadora (50). Em uma sétima etapa (122), a borda dobrada (104) é então desdobrada e aderida para vedar a abertura de enchimento (62). Alternativamente, uma tira de vedação como descrito na Patente US 4.225.597 veda a abertura (62), encapsulando, desse modo, os segmentos de filtro (22) e matéria particulada (20), criando um filtro que sai da guarnição (26). Em uma oitava etapa (124), o filtro é, então, cortado na extensão, o corte sendo registrado de modo a cortar através dos segmentos de filtro (22), criando, desse modo, segmentos de filtro compostos distintos os quais podem ser montados juntos com um papel e tabaco para formar um cigarro.

Experimentos mostraram que, utilizando-se o processo (12) e o aparelho (10) da invenção, a percentagem de enchimento permanece diretamente proporcional à taxa de fluxo da matéria particulada, até uma percentagem de enchimento de 95%. Desse modo, o processo (12) permite ajuste fácil e preciso da percentagem de enchimento às demandas de um cliente.

Em uma modalidade alternativa da invenção, a matéria particulada (20) é composta de matéria ativa ((carvão ativo (24)) e matéria inativa ((por exemplo, uma carga inerte (25)). O formato do material granulado, seja para matéria particulada ativa ou inativa, é muito importante uma vez que essa característica afeta a velocidade na qual ele pode ser acelerado em direção à abertura estreita da cavidade. Desta forma, a quantidade de carvão (24) no filtro pode ser variada e otimizada, com base em experimento. Além disso, o efeito que a matéria ativa (24) tem sobre o sabor e sobre as propriedades de filtração do cigarro, também pode ser controlado. Controlar a quantidade de carvão ativo (24) desse modo (através da adição de carga) é necessário porque não é possível reduzir o tamanho da cavidade (16), devido à variação em comprimento da abertura (62) entre os elementos de filtro (22) (isto é, a velocidade da operação de montagem global é tal que os elementos de filtro (22) não podem ser espaçados na tira portadora (50) de forma muito precisa e assim variam a partir de uma posição relativa ideal em tanto quanto 0,5 mm em qualquer uma das direções). Além disso, o carvão ativo (24), a carga ativa mais amplamente usada e disponível, só está disponível em um único estado. O carvão (24) não pode ser pedido com um preço econômico em um estado que é, por exemplo, 50% ativo. Ainda adicionalmente, a percentagem de matéria ativa versus inativa pode ser precisamente controlada mediante pré-mistura da matéria ativa e inativa antes de se colocar a mistura na tremonha 40 de material particulado do aparelho (10).

Em uma vantagem da invenção, é possível encher 250 m/min ou cinco vezes mais rápido do que qualquer processo competitivo que enche integralmente a cavidade.

Em uma outra vantagem da invenção, é agora possível, como uma função da taxa de alimentação e comprimento da abertura de enchimento alongada, completamente encher as cavidades de filtro (até 100% cheias é possível).

Múltiplas variações e modificações são possíveis nas modalidades da invenção descrita aqui. Embora certas modalidades ilustrativas da invenção tenham sido mostradas e descritas aqui, diversas modificações, alterações e substituições são consideradas na revelação anterior. Em alguns casos, algumas características da presente invenção podem ser empregadas sem um uso correspondente de outras características. Conseqüentemente, é apropriado que a descrição anterior seja interpretada de forma ampla, e entendida como sendo provida apenas como ilustração e exemplo, o espírito e escopo da invenção sendo limitados apenas pelas reivindicações anexas.

Claims (8)

1. Processo para fabricação de filtro de cigarro composto, compreendendo as etapas de: a) depositar segmentos de filtro fibroso sobre uma tira portadora em uma relação espaçada, definindo, desse modo, cavidades entre segmentos de filtro adjacentes; b) alimentar a tira portadora com os segmentos de filtro depositados ao longo de uma trajetória de deslocamento no interior da câmara de suporte alongada, que substancialmente circunda a circunferência da tira portadora retendo os segmentos de filtro, e que deixa uma abertura de enchimento estreita oposta a uma abertura de enchimento de material particulado de uma montagem de enchimento, aplicando um vácuo ou sucção, enchendo as cavidades, e aplicar uma porção de vedação que encapsula os segmentos de filtro e o material particulado, caracterizado pelo fato de que: na etapa b), a abertura de enchimento de material particulado voltada simultaneamente para várias cavidades é alongada ao longo da direção de movimento da tira portadora sobre uma extensão correspondendo a uma trajetória predeterminada de deslocamento da tira portadora; c) aplicar simultaneamente o vácuo ou sucção adjacente à abertura de enchimento estreita, a sucção, desse modo, aumentando um momento descendente de uma corrente de alimentação por gravidade de matéria particulada e removendo à vácuo a matéria particulada solta; d) encher simultaneamente as cavidades com a matéria particulada sobre uma extensão correspondendo a uma trajetória predeterminada de deslocamento da tira portadora.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que sucção é aplicada com duas entradas de sucção, cada uma delas disposta ao longo de bordas opostas da abertura de enchimento estreita.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a matéria particulada é uma mistura de componentes ativos e inativos.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a matéria particulada inclui material particulado aromático.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a matéria particulada removida a vácuo é reciclada.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o filtro composto é cortado no comprimento através dos segmentos de filtro para criar segmentos de filtro composto distintos.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a montagem de enchimento inclui uma abertura no formato de funil direcionada no sentido do fluxo de matéria particulada que chega, ajudando, desse modo, a direcionar e acelerar a matéria particulada para dentro das cavidades.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a abertura de enchimento estreita tem entre 2 e 3 mm de largura.