Verfahren zur Behandlung von endlosen Bahnen aus faserhaltigem Material, zwecks Herstellung eines Filterstranges
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Behandlung von endlosen, faserhaltigen Materialbahnen, insbesondere Papierbahnen, um sie geeignet zur Zusammenraffung in Querrichtung und Umhüllung zu machen, zwecks Herstellung eines endlosen Filterstranges, der in Filterstäbe und eventuell Filterstöpsel, z. B. für Zigaretten oder andere Rauchwaren, unterteilt werden kann. Die Zusammenraffung und Umhüllung der längsgekreppten Materialoder Papierbahn kann in unmittelbarem Anschluss an deren Herstellung erfolgen, oder die längsgekreppten Bahnen können zu Bobinen aufgewickelt, gelagert und anschliessend den üblichen Strangmaschinen zur Erzeugung eines umhüllten Filterstrangs und Unterteilung desselben in Filterstäbe zugeführt werden.
Normalerweise wird als gekrepptes Papier ein Material bezeichnet, das bei seiner Herstellung auf Papiermaschinen in seiner Laufrichtung gestaucht wird, so dass es unregelmässige Querrippen aufweist und ein höheres Gewicht besitzt, als entsprechende, nicht zusammengestauchte Papierbahnen. Solche gekreppte Papiere wurden früher zur Herstellung von Zigarettenfil Lern in grossem Umfange verwendet, sind aber schwierig zu verarbeiten, da die Kreppung quer zur Laufrichtung der Papierbahn verläuft und besitzen ausserdem nur eine relativ geringe Abscheidungswirkung auf die, aus dem Tabakrauch durch Verwendung solcher Filter abzuscheidenden festen und flüssigen Partikel.
Es sind aber auch andersartige längsgekreppte Material- oder Papierbahnen bekannt und in den Patenten Nrn. 331 545 und 331 197 beschrieben, bei denen die Krepprillen parallel zur Laufrichtung der endlosen Bahnen verlaufen. Bei der Herstellung dieser längsge- kreppten Bahnen wird das Papier durch den Spalt zwischen ineinandergreifenden, mit Ringrippen versehenen Metallwalzen hindurchgeführt und dafür gesorgt, dass die Längsrillung der Papierbahn mindestens zum Teil auf Kosten der Papierdicke erfolgt. Zweckmässigerweise wird bei diesem Vorgang das Papier vor der Längsrillung nachgiebig gemacht, damit auch bei stärkerer Querreckung der Querzusammenhang der Papierbahn nicht zerstört wird, obwohl diese Querreckung bis zum Auftreten unzusammenhängender, kurzer Längsrisse im Papier gesteigert werden kann.
Nach dem Passieren der ineinandergreifenden Metallwalzen, also der eigentlichen Längskrepp-Einrichtung, wird die mit Längsrillen versehene Material- oder Papierbahn dann getrocknet. Solche längsgekreppten Material oder Papierbahnen haben sich für die Herstellung von Filterstöpseln für Zigaretten bewährt und werden in grossem Umfange kommerziell verwendet.
Gemäss einer ebenfalls bereits bekannten Weiterentwicklung dieses Verfahrens zur Behandlung von endlosen Bahnen aus faserhaltigem Material, insbesondere aus Papier, zwecks Herstellung eines endlosen, in Filterstäbe unterteilbaren Filterstrangs, wird die befeuchtete, praktisch unelastische Materialbahn ebenfalls durch den Spalt zwischen zwei geheizten Rillungs- und Reckwalzen hindurchgeleitet, die mit engen, ineinandergreifenden, einander aber nicht berührenden Ringrippen versehen sind, wodurch die Materialbahn längsgekreppt und quergereckt wird bis zur Lockerung und Freilegung von Fasern ohne vollständige Zerstörung des Querzusammenhangs der Bahn, aber nach dem Austritt aus dem Spalt längs eines bestimmten Umschlingungswinkels auf wenigstens einer der Walzen liegen gelassen, dabei an parallelen Längsbereichen teilweise getrocknet, versteift und dort die gelockerte Struktur fixiert.
Anschliessend kann die Materialbahn, auf der genannten Walze liegen bleibend, in einen zweiten Spalt zwischen dieser Walze und einer dritten identischen Walze hindurchgeführt und dann von dieser dritten Walze übernommen, also auf dieser längs eines Umschlingungswinkels liegen gelassen werden.
Auch dieses verbesserte Verfahren hat sich bewährt, und wegen der möglichen Vertiefung der im ersten Spalt erzeugten Längsrillen in der Materialbahn beim Durchgang durch den zweiten Spalt, wobei eine zusätzliche Querreckung erfolgt, kann eine stärker zerfaserte Material- oder Papierbahn mit erhöhter Filterwirksamkeit erzeugt werden.
Bei dem obengenannten Verfahren der Herstellung von längsgekreppten Materialbahnen besteht, besonders bei Verwendung dünnen Papiers von etwa 20 bis 50 g Gewicht pro m2 die Notwendigkeit, vor dem Einlauf der Bahn in den ersten Spalt zwischen ineinandergreifenden, mit Ringrippen versehenen Walzen, die Materialbahn anzufeuchten und dementsprechend hinterher die mit Längsrillen versehene Material- bzw. Papierbahn zu trocknen. Diese beiden Massnahmen führen zu Schwierigkeiten, wenn die Geschwindigkeit der zu behandelnden Bahn vergrössert wird, um eine stündliche Produktion zu steigern, also die betreffenden Maschinen möglichst rationell zu betreiben.
Hierbei wird nämlich einerseits die zur Anfeuchtung zur Verfügung stehende Zeit pro cm Bahnlänge immer kleiner und ebenso der zur Trocknung erforderliche Energieaufwand mit steigender B ahngeschwindigkeit immer grösser. Erfolgt beispielsweise die Befeuchtung der Bahn in der hierzu vorgesehenen Einrichtung beim Durchlaufen einer Wegstrecke von 10 cm Länge, so ist bei einer Bahngeschwindigkeit von etwa 240 Meter/min die Verweilzeit jedes Zentimeters der Bahn in der Befeuchtungseinrichtung nur noch 0,04 sec, was zu einer gleichmässigen Anfeuchtung nicht mehr ausreicht. Auch die Verweilzeit in den vorgesehenen Trocknungseinrichtungen wird entsprechend kurz, was für die erforderliche Trocknung einen grossen Raumaufwand oder eine entsprechende Energiesteigerung notwendig macht.
Diese Schwierigkeiten werden durch die vorliegende Erfindung überwunden, die ein Verfahren betrifft zur Behandlung von endlosen Bahnen aus faserhaltigem Material, insbesondere Papier, um es für die Zusammenraffung in Querrichtung und Umhüllung geeignet zu machen, zwecks Herstellung eines endlosen, in Filterstäbe unterteilbaren Filterstrangs, wobei die praktisch unelastische Materialbahn kontinuierlich durch mindestens einen Spalt zwischen zwei rotierenden Rillungs- und Reckwalzen hindurchgeführt wird, die mit engen ineinandergreifenden, einander aber nicht berührenden Ringrippen versehen sind, wobei die Materialbahn von den Ringrippen festgehalten, aber längs der sich frei im Spalt bis zu den jeweils benachbarten Ringrippen erstreckenden Materialbahnabschuitten quer zur Laufrichtung gereckt wird,
welche Querreckung bis zur Lokkerung und Freilegung von Fasern ohne vollständige Zerstörung des Querzusammenhangs des Materials erhöht wird.
Kennzeichnend hierbei ist, dass die Materialbahn vor dem Eintritt in den Spalt mit einem leichtflüchtigen Tränkungsmittel behandelt und nach dem Austritt aus dem Spalt von demselben wieder befreit wird.
Als leichtflüchtige Tränkungsmittel können im vorliegenden Zusammenhang solche Flüssigkeiten angewendet werden, deren Siedepunkt beim betreffenden Luftdruck unterhalb des Siedepunkts von Wasser gelegen ist und die eine niedrigere Verdampfungswärme als Wasser besitzen.
Die Erfindung ist nachstehend in einigen Ausführungsbeispielen anhand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert. Diese zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 2 einen vergrösserten Ausschnitt der ineinan dergreifenden Rillungs- und Reckwalzen der Einrichtung nach Fig. 1, in Richtung der durchlaufenden Materialbahn gesehen,
Fig. 3 eine Seitenansicht der Rillungs- und Reckwalzen von Fig. 2 in Richtung der Schnittlinie 3-3 gesehen,
Fig. 4 einen Querschnitt durch die Rillungs- und Reckwalzen der Fig.
3 längs der Schnittebene 4
Für das vorliegende Verfahren ist es wesentlich, dass die zu behandelnde flache und glatte faserhaltige Materialbahn, beispielsweise eine Papierbahn, bevor sie durch einen Rillungs- und Reckprozess in Längsrichtung gekreppt und dabei in Querrichtung gereckt wird, mit einem leichtflüchtigen Tränkungsmittel, behandelt, also beispielsweise mit Methylalkohol befeuchtet und dann nach dem Rillungs- und Reckprozess wieder von diesem Tränkungsmittel befreit, dasselbe also verdunstet oder verdampft wird.
Eine nach diesem Verfahren behandelte Bahn aus faserhaltigem Material, etwa Papier, weist eine zer- faserte Struktur auf und besitzt eine Vielzahl kurzer, unzusammenhängender, vorzugsweise in Längsrichtung verlaufende, rissartige Öffnungen. Die mechanische Festigkeit der Materialbahn in Längsrichtung ist aber ausreichend, um zu gewährleisten, dass beim Durchlauf der selben durch eine Strangmaschine zur Herstellung eines endlosen, in Filterstäbe unterteilbaren Filterstrangs, kein Abreissen zu befürchten ist. Die ganze, faserhaltige Materialbahn, vorzugsweise aber die Stellen mit Öffnungen oder starker Verringerung der Materialdicke weisen gelockerte und freigelegte Fasern auf, die einem Filterstöpsel, der eine solche in Querrichtung zusammengeraffte Materialbahn enthält, eine hohe Filterwirksamkeit verleihen.
Die Längskreppung einer solchen Materialbahn erleichtert nicht nur die Zusammenraffung in Querrichtung zu einem endlosen Strang beim Durchlauf durch die Strangmaschine, sondern gewährleistet auch die erwünschte Gleichmässigkeit der Füllung eines solchen Filterstrangs in Querrichtung. Mit einer Iängsgekreppten Papierbahn der angegebenen Struktur wird die unerwünschte Erweichung des Filterinhalts beim Gebrauch vermieden, und die Elastizität der Filterstöpsel in Querrichtung ist auch während des Rauchens ausreichend.
Vor der Durchführung der Längsrillung und der gleichzeitigen Querreckung muss die Materialbahn, also beispielsweise eine glatte Rohpapierbahn aus nur wenig gemahlenen Fasern, zunächst mit einer leichtflüchtigen Flüssigkeit, also beispielsweise Methylalkohol getränkt werden. Dies kann durch Befeuchtung der Materialbahn beispielsweise durch Aufsprühen, durch Tauchen, ober durch andere, in der papierverarbeitenden Industrie bekannte Methoden erfolgen. Es muss aber ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren verwendet werden, da der Rillungs- und Reckprozess mit hohen Geschwindigkeiten durchgeführt werden soll.
Der Rillungs- und Reckprozess des angefeuchteten Materials erfolgt während des kontinuierlichen Durchlaufs der Materialbahn durch Rillungs- und Reckwalzen, die weiter unten noch näher beschrieben werden. Es wird angenommen, dass beim Durchlauf einer angefeuchteten Papierbahn durch solche Rillungs- und Reckwalzen das Papier an einer Vielzahl nebeneinanderliegender Stellen mehr oder weniger festliegt und in den dazwischen befindlichen Bereichen in Querrichtung gereckt und ausgedehnt wird, denn die längsgekreppte Papierbahn zeigt tatsächlich deutlich unterscheidbare parallele Längszonen und in Längsrichtung verlaufende Rinnen und Rippen. Jedenfalls wird durch die Rillungs- und Reckbehandlung die Oberfläche des Materials stellenweise auf Kosten der Materialdicke stark vergrössert, was zur Erhöhung der Filterwirksamkeit von Bedeutung ist.
Beispielsweise besteht die Möglichkeit, den Rillungs- und Reckvorgang so durchzuführen, dass die längsgekreppte Papierbahn beim Austritt aus der Kreppeinrichtung praktisch die gleiche Breite aufweist, wie die Rohpapierbahn beim Eintritt, also eine Schrumpfung in Querrichtung vermieden ist.
Nach der Rillungs- und Reckbehandlung der vorher angefeuchteten Material- oder Papierbahn ist eine Trocknung erforderlich, um die längsgekreppte Bahn wieder zu versteifen und die gelockerte Struktur zu fixieren. Nach vollständiger Trocknung weist die gemäss dem vorliegenden Verfahren längsgekreppte Papierbahn eine grössere Breite als die der Kreppeinrichtung zugeführte, mit einer leichtflüchtigen Flüssigkeit getränkte glatte Rohpapierbahn auf. Hierin unterscheidet sich das vorliegende von den bekannten Verfahren, bei denen eine Anfeuchtung mit Wasser erfolgt.
Es ist bekannt, und kann bei der Herstellung längsgekreppter, mit Wasser angefeuchteter Papierbahnen beobachtet werden, dass die aus der Kreppeinrichtung herauslaufenden Papierbahnen praktisch gleiche Breite wie das angefeuchtete Rohpapier besitzen, aber während des Durchlaufs durch die Trocknungseinrichtung beim Erreichen eines bestimmten Trocknungsgrades sich in Querrichtung mehr oder weniger stark zusammenziehen. Verglichen mit der Breite der Rohpapierbahnen beträgt der sogenannte Schrumpfungsgrad der getrockneten längsgekreppten Papierbahn bis zu 40 %. Das nicht mit Wasser, sondern mit Methylalkohol getränkte Rohpapier verhält sich aber ganz anders und zeigt nach vollständiger Trocknung eine Verbreiterung gegenüber der Rohpapierbahn um einen sogenannten Dehnungsgrad von 30 % und mehr.
Wird beispielsweise ein einseitig glattes Rohpapier von 38 g Gewicht pro m2 verwendet, das eine mittlere Faserlänge von 2 bis 4 mm aufweist, die nur leicht gemahlen bzw. geschlagen sind, so ergibt ein Streifen solchen Papiers von 10 cm Breite, nach dem Durchlaufen einer Kreppstation der nachstehend an Hand von Fig. 2 bis 4 beschriebenen Bauart, in unveränderter Einstellung des Eingriffs der Walzen: - Bei Befeuchtung mit Wasser eine Breite des längs gekreppten Streifens von
9,8 cm in feuchtem Zustand,
7,0 cm in trockenem Zustand, - Bei Befeuchtung mit Methylalkohol eine Breite des längsgekreppten Streifens von
10,0 cm in feuchtem Zustand,
12,8 cm in trockenem Zustand.
Dementsprechend war der Schrumpfungsgrad bei Wasser etwa 30 i%, aber der Dehnungsgrad bei Methylalkohol etwa 28 S.
Die nach dem vorliegenden Verfahren erzeugten längsgekreppten Papierbahnen zeigen aber nicht nur eine Dehnung anstelle der bei Befeuchtung mit Wasser bekannten Schrumpfung, auch die Struktur der so behandelten Papierbahnen ist deutlich verschieden. Trotz der gleichen Eingriffstiefe und gleichen Dimensionen der verwendeten Kreppwalzen wird anscheinend eine wesentlich grössere Zahl riss ähnlicher Öffnungen erzeugt, die aber vorwiegend kürzer sind, so dass der Eindruck einer stärkeren Zerfaserung entsteht. Dementsprechend fühlt sich eine derart erzeugte Papierbahn wesentlich weicher an und scheint eine samtartige, faserige Oberfläche zu besitzen.
Um die stärkere Zerfaserung der Papierbahn bei der Behandlung nach dem vorliegenden Verfahren zu prüfen, wurden Streifen des oben erwähnten Rohpapiers von 24 cm Breite in einer weiter unten, anhand der Fig. 1 bis 4 noch näher erläuterten Einrichtung zu entsprechenden längsgekreppten Papierbahnen umgeformt. Diese wurden unmittelbar einer handelsüblichen Strangmaschine zugeführt und Filterstäbe von 8,05 mm Durchmesser und 90 mm Länge hergestellt.
Dabei wurde, bei gleichbleibender Einstellung der Eindringstiefe aller Walzen, zuerst die Befeuchtungseinrichtung mit Wasser gefüllt und dieses dann durch reinen Methylalkohol ersetzt. Die hergestellten Filterstäbe wurden wie üblich zuerst auf ihren Zugwiderstand geprüft und dann jeweils in 6 Filterstöpsel von je 15 mm Länge unterteilt, die an die Tabaksäule der gleichen filterlosen Zigarettensorte montiert und dann mit einer standardisierten Rauchmaschine abgeraucht wurden; es wurde der im Rauch hinter den Filtern enthaltene Anteil an flüssigen und festen Partikeln von Teer und Nikotin bestimmt (in Milligramm) und aus je 10 derartigen Messungen der Mittelwert gebildet. Es ergaben sich folgende Werte:
Filterstäbe bzw.
Filterstöpsel aus mit Methylalkohol getränkten aus mit Wasser getränkten
Papierbahnen Papierbahnen Zugwiderstand (Mittelwert aus
10 Filterstäben) 280 mm WS 113 mm WS Partikelmenge im Rauch hinter dem Filter, pro Zigarette 8 mg 18 mg
Schon aus dem Unterschied der Zugwiderstände ist ersichtlich, dass die hierfür wesentliche Zerfaserung der Papierbahn bedeutend grösser ist. Trotz gleicher Papiermenge in den verglichenen Filterstäben ist eine Vergrösserung des Zugwiderstandes um etwa 115 % festgestellt worden.
Die jeweils eine gleich grosse Papiermenge enthaltenden Filterstöpsel zeigen dementsprechend bei dem, nach dem vorliegenden Verfahren behandelten Papier, auch eine wesentlich grössere Abscheidungswirkung, somit kann durch die Verwendung von Methylalkohol als Tränkungsmittel die Oberfläche der im Papier enthaltenen und durch den Krepp- und Querreckungsprozess gelockerten bzw. freigelegten Fasern keinerlei nachteilige Einwirkung erfahren haben. Es wird im Gegenteil vermutet, dass die Reinigungswirkung eines leichtflüchtigen Tränkungsmittels, wie z. B. Methylalkohol, die Aufnahmefähigkeit der Fasern für die aus dem Rauch abzuscheidenden Partikel erhöht.
Die oben beschriebenen Messergebnisse wurden unter Verwendung von Methylalkohol als leichtflüchtiges Tränkungsmittel erzielt. Andere leichtflüchtige Flüssigkeiten, wie Benzol, Spiritus, Benzin, Pentan, Hexan, Heptan, Oktan, Ather, Chloroform, Trichloräthylen und Glykole wurden in bezug auf den Schrumpfungs- bzw.
Dehnungsfaktor von längsgekreppten Papierbahnen untersucht und ergaben ähnliche Dehnungswerte wie Me thylalkohol. Für das vorliegende Verfahren sind alle jene Tränkungsmittel geeignet, deren Siedetemperatur (bei 760 mm Hg Druck) niedriger als etwa 800 C und deren Verdampfungswärme kleiner als etwa 250 cal/g ist. Die für das vorliegende Verfahren geeigneten leichtflüssigen Tränkungsmittel müssen nicht unbedingt völlig wasserfrei, also hochkonzentriert sein. Eine gewisse Verdünnung mit Wasser ist zulässig, auch im Hinblick darauf, dass die getrockneten längsgekreppten Papierbahnen ohnedies aus der Umgebungsluft eine gewisse Feuchtigkeit aufnehmen, falls sie nach Verdunstung des leichtflüchtigen Tränkungsmittels praktisch völlig wasserfrei sind. Die Wirkung einer Verdünnung von reinem Alkohol mit Wasser auf den Schrumpfungs- bzw.
Dehnungsgrad von längsgekreppten Papierbahnen beim Trocknen zeigt die nachstehende Tabelle, die sich auf Rohpapierstreifen aus der obengenannten Papierqualität bezieht: Tränkungsflüssigkeit Breite der Papierbahnen vor dem Tränken nach Trocknung Reines Wasser 120 mm 90 mm 90% Wasser + 10% Alkohol 120 mm 100 mm 50% Wasser + 50% Alkohol 120 mm 120 mm 10% Wasser + 90% Alkohol 120 mm 160 mm Reiner Alkohol 120 mm 168 mm
Bei den obengenannten Untersuchungen wurde zur Herstellung der längsgekreppten Bahnen ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens verwendet, die in Fig. 1 schemaltisch dargestellt und eingerichtet ist für den kontinuierlichen Durchlauf einer Papierbahn 1, die von einer Rohpapierrolle 2 abgewickelt wird.
Die Papierbahn muss ausreichende Festigkeit in Längsrichtung besitzen und sollte zweckmässigerweise aus wenig oder gar nicht gemahlenen oder geschlagenen Fasern bestehen.
Die Papierbahn 1 läuft durch eine Apparatur, in der sie angefeuchtet wird, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer rotierenden Walze 5 besteht, die in eine leichtflüchtige Flüssigkeit 6 eintaucht und beim Betrieb auf ihrer Oberfläche einen Flüssigkeitsfilm aufweist, der die durchlaufende Papierbahn 1 auf ihrer Unterseite befeuchtet. Die beispielsweise aus elastischem Material bestehende Gegenwalze 7 drückt die Papierbahn gegen die rotierende Walze 5. Durch mehr oder weniger tiefes Tauchen der Walze 5 in das Tränkungsbad 6 und durch Regulierung des Anpressdruckes der Walze 7 kann innerhalb gewisser Grenzen die Anfeuchtung der durchlaufenden Papierbahn reguliert werden.
Zweckmässigerweise wird der Grad der Anfeuchtung so gewählt, dass das Papier noch eine genügende Reissfestigkeit in Längsrichtung aufweist, um ohne Abzureissen die nachfolgenden Stationen der in Fig. 1 wiedergegebenen Einrichtung durchlaufen zu können. Anderseits muss aber die Papierbahn genügend stark getränkt sein, um für den gewünschten Grad der Längskreppung eine entsprechende Querreckung zu erlauben.
Nach dem Verlassen der Befeuchtungsapparatur gelangt die Materialbahn in eine Rillungs- und Reckapparatur und läuft dort zunächst in den Spalt zwischen den Rillungs- und Reckwalzen 8 und 9 ein. Jede die ser beiden Walzen ist mit einer Vielzahl, eng benachbarter Ringrippen versehen, die, ohne sich zu berühren, um einen einstellbaren Betrag ineinandergreifen.
Je nach Art des verwendeten leichtflüchtigen Trän knngsmittels kann es zweckmässig sein, die Rillungsund Reckwalzen 8, 9 und ebenfalls die später noch zu beschreibende Rillungs- und Reckwalze 10, auf eine gewisse Temperatur zu erwärmen, natürlich nur so, hoch, dass sich die aus der Papierbahn austretenden Dämpfe nicht entzünden können. Hierzu können die Walzen mit geeigneten elektrischen Heizelementen im Inneren versehen werden, die entweder stillstehen und dann über die hohlen Achsen dieser Walzen gespeist werden, oder aber mit den Walzen mitrotieren, so dass die Stromzuführung über äussere Schleifringe erfolgen muss.
Natürlich kann eine Heizung auch mit anderen geeigneten Mitteln erfolgen, beispielsweise durch Verwendung von Heissdampf, der durch die hohlen Walzen strömt.
Es ist dabei wichtig, dass die Temperatur nicht über einen zulässigen Höchstwert ansteigen kann; die Heizung soll aber auch bei einer Durchlaufgeschwindigkeit der getränkten Papierbahn bis zu mehreren Metern pro Sekunde die Rillungs- und Reckwalzen auf der gewünschten Temperatur halten können. Beim Durchlaufen der angefeuchteten Papierbahn durch den Spalt zwischen den Rillungs- und Kreppwalzen 8 und 9 wird sie an den die Rippen berührenden Stellen anscheinend etwas festgehalten, so dass die Querreckung besonders stark an den Stellen zwischen diesen anhaftenden Zonen des Papiers erfolgt. Jedenfalls weist das durch den Spalt zwischen den Walzen 8 und 9 laufende Papier parallele streifenartige Längszonen unterschiedlicher Struktur auf, die in der Papierbahn deutlich erkennbar sind.
Zur Regulierung der Eingriffstiefe der beiden Rillungs- und Reckwalzen 8 und 9 ist es vorteilhaft, wenn die Drehachse der Walze 8 relativ zu der Drehachse der Walze 9 verstellt werden kann. Diese Verstellung muss aber beispielsweise durch zwei, gemeinsam angetriebene und die Drehachse der Walze 8 am vorderen und rückwärtigen Ende tragende Schraubenspindeln erfolgen, damit gewährleistet ist, dass bei einer Höhenverstellung der Drehachse der Walze 8 diese Drehachse genau parallel zur Drehachse der Walze 9 bleibt. Die Höhenverstellung selbst muss so fein einstellbar sein, dass es möglich ist, den Eingriff der gegenseitigen Ringrippen, etwa im Bereich zwischen 0 und 1 mm Eingriffstiefe auf Bruchteile eines Zehntels mm genau und reproduzierbar einzujustieren.
Zweckmässigerweise ist die Verstelleinrichtung mit einer geeichten Skala und einer Markierung versehen, um gewährleisten zu können, dass eine gewünschte Eingriffstiefe jederzeit wieder einge stellt werden kann, wenn aus irgendwelchen Gründen der Eingriff verändert wurde. Ausserdem ist vorgesehen, dass die Rillungs- und Reckwalze 8 auf ihrer Drehachse in axialer Richtung justiert werden kann, um die Ringrippen der Walze 9 genau in die Mitte zwischen die Ringrippen der Walze 8 zu stellen. Es hat sich auch gezeigt, dass anscheinend durch geringfügige axiale Verschiebung der Walze 8 relativ zur Walze 9 der Charakter der Längskreppung in der Papierbahn verändert werden kann.
Die den Spalt zwischen den Rillungs- und Reckwalzen 8 und 9 durchlaufende Papierbahn bleibt nach dem Verlassen dieses Spaltes auf der Oberfläche der Walze 9 liegen, im vorliegenden Ausführungsbeispiel längs eines Umschlingungswinkels von etwa 1890 und gelangt dann in den Spalt zwischen dieser Walze 9 und einer dritten Rillungs- und Reckwalze 10. Während des Verweilens der bereits längsgerillten und quergereckten Papierbahn auf der Oberfläche der Walze 9 werden die, in Kontakt mit den Ringrippen dieser Walze befindlichen Teile der Papierbahn etwas getrocknet und versteift, wodurch die in der ersten Rillungs- und Reckzone erzeugte gelockerte Struktur das Papier fixiert wird.
also keine Gefahr mehr besteht, dass durch die Weichheit und Nachgiebigkeit des Papiers diese Struktur nachteilig beeinflusst werden kann.
Die Rillungs- und Reckwalze 10 ist identisch wie die Walze 9 gestaltet, besitzt entsprechende Ringrippen und rotiert um eine Drehachse parallel zu derjenigen der Walze 9. Auch die Drehachse der Walze 10 ist relativ zur Drehachse der Walze 9 höhenverstellbar, und ausserdem ist eine geringfügige axiale Verstellung der Walze 10 auf ihrer Drehachse vorgesehen, in gleicher Weise wie dies bereits oben für die Rillungs- und Reckwalze 8 beschrieben ist. Beim Durchlauf der bereits längsgerillten und in gewissem Grade quergereckten Papierbahn durch den zweiten Spalt zwischen den ineinandergreifenden Walzen 9 und 10 kann eine weitere Vertiefung der Längskreppung und eine Steigerung der Querreckung erzeugt werden, wobei gewährleistet ist, dass die Lage der Papierbahn im zweiten Spalt zwischen den Walzen 9 und 10 die gleiche ist, wie im ersten Spalt zwischen den Walzen 8 und 9.
Nach dem Verlassen des zweiten Spaltes bleibt die nun in zwei Stufen längsgekreppte und quergereckte Papierbahn längs eines Umschlingungswinkels von 1800 auf der Walze 10 liegen und wird von dort über eine Umlenkrolle 11 in horizontaler Richtung abgezogen.
Es sei erwähnt, dass während der Verweilzeit der Papierbahn auf der Walze 10 jene Teile die erwärmten Ringrippen berühren, die sich beim Durchlaufen des Umschlingungswinkels der Walze 9 jeweils zwischen benachbarten Rippen befanden, also die Ringrippen der Walze 9 nicht berührt haben. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die von der Walze 10 abgezogene Papierbahn auf ihrer Ober- und Unterseite in gleicher Weise vorgetrocknet und versteift ist.
Falls erwünscht, kann die aus den drei Walzen 8, 9 und 10 bestehende Kreppeinrichtung mit einer Abdeckhaube 14 versehen werden, damit die aus der Papierbahn austretenden Dämpfe nach oben in Pfeilrichtung
15 abziehen oder abgesaugt werden können.
Die so in zwei Stufen längsgekreppte und quergereckte Papierbahn wird durch den Kontakt rnit den Walzen 9 bzw. 10 in den meisten Fällen von der enthaltenen Flüssigkeit vollständig befreit. Sollte diese Trocknung nicht ausreichen, kann die Papierbahn über die Umlenkrollen 11 und 12 noch einer weiteren Trocknungseinrichtung 13 zugeführt werden, die in bekannter Weise, also etwa durch elektrische Heizung oder durch Heissluft den restlichen Flüssigkeitsgehalt der durchlaufenden längsgekreppten Papierbahn beseitigt. Bei Verwendung der leichtflüchtigen Tränkungsmittel gemäss dem vorliegenden Verfahren ist es aber möglich, auf eine solche zusätzliche Trocknungseinrichtung 13 zu verzichten, da der Trocknungseffekt der erwärmten Walzen 9 und 10 ausreicht, um die längsgekreppte Papierbahn vollständig zu trocknen.
Gegenüber dem hohen Heizenergiebedarf bei den bisher bekannten, mit einer Wasseranfeuchtung arbeitenden Verfahren, ist der nur geringe Energiebedarf für die Verdampfung der leichtflüchtigen Tränkungsmittel ein wesentlicher Vorteil des vorliegenden Verfahrens.
Falls erwünscht, kann das aus der Papierbahn verdampfende Tränkungsmittel auch zurückgewonnen werden, wozu bekannte Einrichtungen am Absaugrohr der Haube 13 vorgesehen werden können.
Die in Fig. 1 in einem Ausführungsbeispiel dargestellte Einrichtung zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens für die Herstellung von längsgekreppten und quergereckten faserhaltigen Materialbahnen kann mit einer Aufwickelvorrichtung allgemein bekannter Bauart versehen werden, um die längsgekreppte Papierbahn zu Bobinen aufzuwickeln. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die hergestellte längsgekreppte Papierbahn direkt in die Zusammenraffeinrichtung einer Strangmaschine bekannter Bauart einzuführen; hierbei ist es gelegentlich von Vorteil, wenn die Papierbahn nicht vollständig getrocknet ist, sondern nach erfolgter Umhüllung und Unterteilung in Filterstäbe nachtrocknen kann.
Besonders für schnellaufende Strangmaschinen, die unmittelbar mit einer längsgekreppten Papierbahn gespeist werden sollten, ist das vorliegende Verfahren vorteilhaft, da die rasche Beseitigung des leichtflüchtigen Tränkungsmittels aus der längsgekreppten Papierbahn ohne Schwierigkeiten möglich ist.
Anstelle der mit drei ineinandergreifenden Walzen 8, 9 und 10 ausgestatteten Rillungs- und Reckstation der Einrichtung nach Fig. 1 können auch Stationen anderer Bauart verwendet werden, wie sie beispielsweise im Patent Nr. 484 743 beschrieben sind.
Die für den vorliegenden Rillungs- und Reckproress verwendeten Walzen besitzen vorzugsweise Ringrippen mit ebenen, senkrecht zur Walzenachse verlaufenden Flanken und angenähert rechteckiger Querschnittsform mit zylindrischen Stirnseiten, die vorzugsweise scharfkantig an die Flanken grenzen. Beispielsweise haben sich Ringrippen bewährt, die einen gegenseitigen Abstand von 0,7 mm und eine Dicke von 0,3 mm besitzen, bei einer radialen Flankenhöhe von etwa 1,0 bis 1,5 mm.
Da der Rillungs- und Reckprozess vorzugsweise, aber nicht ausschliesslich, mit faserhaltigem Flachmaterial einer Dicke unterhalb von 0,1 mm durchgeführt wird, beispielsweise an Rohpapieren mit einer mittleren Dicke von etwa 0,07 mm, verläuft die Papierbahn im Spalt zwischen zwei Walzen mit derartigen Ringrippen, wenn dieselben beispielsweise 0,5 mm tief ineinandergreifen, ohne die Seitenflanken der Rippen zu berühren, wenn die Rippen der einen Walze jeweils genau in die Mitte der Rinne zwischen den beiden gegenüberliegenden Walzen hineinragen. Bei den obengenannten Abmessungen weist jede der ineinandergreifenden Ringrippen einen seitlichen Abstand von 0,2 mm auf, und eine durch diesen Spalt laufende Papier bahn berührt die Ringrippen jeweils nur an ihren zylindrischen Stirnseiten.
Der Rillungs- und Reckprozess zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens kann auch mit nur zwei ineinandergreifenden, mit Ringrippen versehenen Walzen durchgeführt werden, jedoch findet hierbei eine so kurzzeitige und heftige Beanspruchung der Papierbahn statt, dass die einzelnen Fasern brechen oder zerreissen können. Deshalb wird vorzugsweise eine Kreppstation mit mehr als zwei ineinandergreifenden Walzen verwendet, etwa gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der, auch beim vorliegenden Verfahren verwendeten Rillungs- und Reckwalzen ist in Fig. 2 bis 4 in einem grösseren Massstab dargestellt, wobei aber der Einfachheit halber der Durchmesser der Walzen kleiner als in Wirklichkeit gezeichnet ist. Die drei, ineinandergreifenden Rillungs- und Reckwalzen 8, 9 und 10 sind bezüglich ihrer Ringrippen 21 und der dazwischen sich bildenden Ringkanälen 20 identisch. Die Ringrippen 21 der Walzen 8 und 10 greifen in die entsprechenden Ringkanäle 20 der Walze 9 ein. Wie in den Fig. 2 und 3 angedeutet, läuft die Papierbahn 1 durch den gewundenen Spalt zwischen den ineinandergreifenden Ringrippen.
Vorzugsweise wird (in der Zeichnung nicht angegeben) der Eingriff zwischen der unteren Walze 8 und der mittleren Walze 9 geringer eingestellt, als der Eingriff zwischen den Ringrippen der oberen Walze 10 und der mittleren Walze 9, so dass der untere Spalt einen geringeren Eingriff und der obere Spalt einen grösseren Eingriff aufweist. Beispielsweise kann der Eingriff für den unteren Spalt etwa 0,3 mm betragen, während der obere Spalt einen Eingriff von etwa 0,6 mm besitzt.
Der Eingriff ist dabei jeweils längs der Verbindungslinie zwischen den Achsen der Walze 8 und 9 bzw.
der Walze 9 und 10 angegeben. Die durchlaufende Papierbahn wird also in zwei aufeinanderfolgenden Stufen in Längsrichtung gekreppt und dabei quergereckt, wobei jene Zonen der Papierbahn, welche beim Durchlauf des ersten Spaltes zwischen den Walzen 8 und 9 die zylindrischen Stirnflächen der Rippen 21 der Walze 9 berühren, nach dem Verlassen dieses Spaltes auf diesen Rippen liegenbleiben, bis sie in den zweiten Spalt zwischen den Walzen 9 und 10 einlaufen. Die Papierbahn verweilt dabei eine, dem Umschlingungswinkel von etwa 1800 entsprechende Zeit auf der Walze 9.
Nach dem Durchlauf durch den zweiten Spalt zwischen der Walze 9 und der Walze 10 bleibt die dann tiefer gerillte und stärker gereckte Papierbahn während eines Umschlingungswinkels von ebenfalls etwa 1800 auf der Walze 10 liegen, und zwar berühren jetzt jene Längszonen die flachen Stirnseiten der Ringrippen 21 der Walze 10, die beim Verweilen auf der Walze 9 die dortigen Ringrippen nicht berührt hatten.
Der zweistufige Rillungs- und Reckprozess mit den Walzen gemäss Fig. 2 bis 4 erlaubt auch bei gesteigerter Bahngeschwindigkeit eine zuverlässige Längsrillung und Querreckung des Papiers, ohne das Papier zu stark zu beanspruchen. Da die Walzen 8, 9 und 10 auf eine erwünschte Temperatur erwärmt sind, werden jeweils jene Längsstreifen des Papiers, welche die Stirnseiten der erwähnten Ringrippen berührt, in einem gewissen Ausmass getrocknet und versteift, was dazu führt, dass beim nächstfolgenden Rillungs- und Reckvorgang im zweiten Spalt das Papier den Anforderungen gewachsen ist. Durch entsprechende Einjustierung der Ein griffstiefe der gegenseitigen Ringrippen im ersten bzw.
zweiten Spalt kann eine längsgekreppte und quergereckte
Papierbahn erzeugt werden, die einer Vielzahl von
Anforderungen gerecht wird, ohne dass die Papierstruk tur in nachteiliger Weise beeinflusst wird.
Es sei auch darauf hingewiesen, dass eine Papier bahn, die während eines vorbestimmten Umschlingungs winkels auf einer der Rillungs- und Kreppwalzen lie gen bleibt, eine Biegung erfährt, die für die Lockerung und Freilegung von Einzelfasern vorteilhaft ist. Bei einer Rillungs- und Kreppstation aus den drei Walzen
8, 9 und 10 erfolgt die Biegung der längsgekreppten Materialbahn zuerst in der einen und dann in der an deren Richtung, was die Freilegung von Einzelfasern noch erleichtert.
Beim vorliegenden Verfahren, das leichtflüchtige Tränkungsmittel für die Rohpapierbahn vorsieht, besteht als weiterer Vorteil die Möglichkeit, in diesen
Tränkungsmitteln solche Stoffe aufzulösen, die in fein ster Verteilung den längsgekreppten Papierbahnen beigefügt werden sollen. Bei den mit Wasseranfeuchtung der Rohpapierbahn arbeitenden bekannten Verfahren war es häufig mit Schwierigkeiten verbunden, derartige Stoffe im Benetzungswasser aufzulösen; beispielsweise ist dies für manche der sogenannten Flavour-Substan zen der Fall. Somit erleichtert das vorliegende Ver fahren die häufig erwünschte Beifügung von Ge schmacksstoffen in feinster Verteilung zu den längsge- kreppten Papierbahnen.