Appareil pour la production de tiges destinées à être découpées
en bouts-filtres de cigarettes
Les bouts-filtres pour cigarettes sont habituellement composés de filaments artificiels continus frisés, combinés en une mèche ou un faisceau composé de plusieurs milliers de ces filaments. Une telle mèche est généralement frisée mécaniquement ce qui fait que les filaments sont plus ou moins liés entre eux pour former une bande ondulée, les crêtes et les creux des ondulations des filaments adjacents étant alors en coïncidence entre eux. La mèche est ensuite conditionnée en une balle.
Pour la fabrication de bouts-filtres pour cigarettes, on tire habituellement la mèche de la balle en la faisant passer dans un dispositif d'étalement à jet où cette mèche est soumise, sur toute sa largeur, à l'action d'un ou de plusieurs jets d'air qui contribuent à étaler la mèche pour en former une bande aplatie. La mèche ainsi aplatie passe ensuite dans un dispositif de décalage des filaments dont les rouleaux entraînés servent à décaler les ondulations des filaments frisés de la mèche ainsi qu'à tirer la mèche pour la faire passer dans l'appareil d'étalement.
La mèche étalée passe ensuite à travers un deuxième dispositif d'étalement à jets pour passer ensuite dans un dispositif applicateur de plastifiant, puis à des rouleaux de sortie entraînés et, de là, à une machine de formation de tiges, qui contient une trompe fixe, en entonnoir, de section circulaire où la bande de filaments reçoit sa section circulaire et un dispositif de garniture où le faisceau circulaire est revêtu d'une enveloppe (par exemple de papier à cigarettes) et où il est coupé à la longueur désirée, par exemple, en tiges d'une longueur de 10 centimètres. Les tiges obtenues sont ensuite découpées transversalement pour former les longueurs de mèches plus petites (par exemple des longueurs de 17 millimètres) qui sont utilisées pour les bouts-filtres pour cigarettes.
En cherchant à faire travailler une telle installation à une vitesse élevée, environ 300 mètres à la minute, ce qui correspond à la production d'environ 3000 tiges à la minute, on a constaté que les tiges ne sont pas aussi uniformes qu'on le voudrait. Ces longueurs varient en poids et en circonférence, par exemple dans une mesure beaucoup plus forte que les tiges produites à une vitesse inférieure. On observera donc une forte baisse de la qualité des bouts-filtres fabriqués à partir des tiges produites à des vitesses élevées.
L'invention a pour objet un appareil pour la production de tiges destinées à être découpées en bouts-filtres de cigarettes à partir d'une mèche formée de filaments ondulés à ondulations coïncidentes, comprenant un dispositif d'étalement à jets, suivi d'un dispositif de décalage des filaments ondulés entraînant la mèche, et d'un dispositif qui rapproche les filaments de la mèche, les entoure d'une enveloppe et la baguette formée en tiges
Afin de pallier l'inconvénient cité, l'appareil selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un mécanisse de serrage de la mèche intercalé sur sa trajectoire entre le dispositif d'étalement et le dispositif de décalage, ce mécanisme de serrage de la mèche comprenant deux rouleaux à surfaces cylindriques lisses, montés fous et entraînés en rotation par la mèche, un support fixe pour le premier rouleau (32),
un support mobile pour le deuxième rouleau (31), des moyens de sollicitation (33) pour apliquer élastiquement le deuxième rouleau sur le premier, des moyens de guidage qui maintiennent les deux rouleaux parallèles entre eux, lesdits moyens de guidage comprenant un élément de guidage fixe et un élément de guidage fixé au support mobile et contraint par ledit élément de guidage fixe à un déplacement linéaire, des moyens à faible coefficient de frotte- ment (63) étant disposés entre les deux éléments de guidage.
Le dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple, représente une forme d'exécution de l'appareil selon l'invention.
La fig. 1 est une vue schématique de côté représentant le fonctionnement de l'ensemble de cet appareil.
La fig. 2 est une vue en bout du mécanisme de serrage de la mèche, prise en regardant dans le sens du mouvement de la mèche.
La fig. 3 est une vue de côté du mécanisme de ser
rage de la mèche.
La fig. 4 est une vue de dessus.
La fig. 5 est une vue en coupe d'un manchon à billes utilisé dans le mécanisme de serrage de la mèche.
La fig. 6 est une vue détaillée d'un circuit de billes du manchon à billes de la fig. 5.
Dans l'appareil représenté sur la fig. 1, la mèche 1 ondulée à ondulations coïncidentes est prélevée sur la balle 2, passe sur une barre de guidage fixe 3, puis elle traverse un appareil d'étalement à jets 4, où elle est soumise, sur toute sa largeur, à l'action d'un ou de plusieurs jets d'air qui contribuent à étaler les filaments de la mèche pour former une bande aplatie. Par exemple, la mèche-bande peut avoir une largeur d'environ 75 à
100 millimètres avant son entrée dans l'appareil d'étalement à jets 4, et une largeur de 150 millimètres à la sortie de cet appareil.- La mèche aplatie passe ensuite sur des barres de guidage fixes 6 et 7 et sous une barre de guidage fixe 8, pour aboutir au mécanisme 9 de serrage de la mèche.
De là, elle passe à un mécanisme de décalage 16, dont les rouleaux servent à tirer la mèche à travers le mécanisme de serrage 9 et l'appareil d'étalement 4 et notamment à supprimer la coïncidence des ondulations des filaments de la mèche, ainsi qu'on le décrira plus complètement dans la suite. La mèche étalée résultante traverse ensuite de préférence un deuxième appareil d'étalement à jets 17 (sous l'action duquel elle est étalée, en largeur par exemple, d'une largeur d'environ 150 millimètres, qu'elle possède à sa sortie du dispositif de décalage 16, à une largeur finale d'environ 300 millimètres), pour parvenir à un dispositif 18 d'application de plastifiant, puis à des rouleaux de sortie entraînés 19, 21 et, de là, à une machine 22 de formation de tiges, laquelle peut être de construction classique et comporter un entonnoir 23 et un dispositif de garniture 24.
Le plastifiant n'est pas nécessairement déposé avant que la mèche n'atteigne les rouleaux de sortie; au contraire, on peut déposer une pellicule de plastifiant sur ces rouleaux pour que ces derniers déposent le plastifiant sur la mèche qui passe entre eux.
Le mécanisme 9 de serrage de la mèche comprend deux rouleaux 31 et 32, respectivement supérieur et inférieur, de forme allongée, qui tournent fous et dont chacun possède une surface externe cylindrique lisse et uniforme en contact avec la mèche aplatie 1 qui, en passant entre ces rouleaux, est comprimée entre eux, le rouleau supérieur 31 étant pressé élastiquement de haut en bas par l'action d'un dispositif pneumatique à diaphragme 33, tandis que le rouleau inférieur 32 est monté à axe fixe. Plus particulièrement, les tourillons 34, 36 des rouleaux 31, 32 sont montés respectivement sur des paliers à rouleaux ou à billes 37 et 38. Les deux paliers inférieurs 38 sont fixés (par des vis 39) à une platine verticale fixe 41, tandis que chacun des deux paliers supérieurs 37 est monté à l'extrémité d'une barre de guidage verticale 42.
Ces barres de guidage 42 traversent les extrémités d'une barre transversale rigide 48, auxquelles elles sont fixées de façon réglable, cette barre -étant à son tour attaquée à son centre par une tige 44 qui part du dispositif pneumatique à diaphragme 33 de haut en bas. Les barres de guidage 42 peuvent être fixées à la barre transversale 48 au moyen d'écrous 46 qui sont vissés sur des filets de vis 47 formés sur les extrémités inférieures des barres de guidage; on peut utiliser des moyens analogues à vis et écrous 48 pour fixer la tige 44 en position réglable sur la barre transversale.
La platine 41 présente une fente 51 de grande longueur en face de la ligne de pincement des rouleaux 31, 32 pour donner ainsi passage à la mèche à travers la platine. Cette fente 51 est ouverte à une extrémité 52 pour permettre d'enfiler facilement la mèche-bande, à travers ladite extrémité ouverte 52 pour la placer dans la position voulue entre les rouleaux 31, 32. En fait, on peut dire que le rouleau inférieur 32 est monté sur un bras 53 qui fait saillie depuis la partie inférieure de la platine 41.
Les surfaces circulaires lisses des barres de guidage 42 sont supportées et alignées latéralement (de façon que ces barres, et le rouleau supérieur 31 qu'elles portent, se déplacent dans une trajectoire verticale et précise) au moyen de manchons à billes 56 fixés (par exemple par des vis 57) à la platine 41. Chacun de ces manchons à billes (voir fig. 5 et 6) comprend un manchon 58 de forme générale cylindrique, portant un grand nombre de billes 59 qui roulent sur la paroi interne du manchon et sur la surface externe de la barre de guidage 42 qui traverse le manchon. Une cage de retenue 61 montée à l'intérieur de ce manchon maintient les billes en place et les sépare en trois ou plus de trois séries, en établissant un nombre correspondant de circuits de circulation des billes de forme oblongue. Les fig. 5 et 6 représentent les détails d'un de ces circuits.
Dans la partie chargée 62 de ce circuit, les billes roulent librement suivant une trajectoire rectiligne parallèle à l'axe du manchon (et à l'axe de la barre de guidage). Dans la partie restante 63 de chaque circuit, les billes n'entrent pas en contact avec la barre de guidage mais, au contraire, roulent librement entre la surface interne du manchon et un chemin de roulement 64 formé par la cage 61. On utilise de préférence un manchon à billes réglable; dans une forme de réalisation d'un manchon réglable, le manchon 58 n'est pas un cylindre fermé mais présente une fente 66 qui s'étend sur toute sa longueur parallèlement à l'axe, et il est logé dans un bloc de montage fendu 67 (fig. 2 et 4) muni d'une vis de réglage 68 et que, généralement, on serre juste assez pour que les billes s'appliquent sur la barre de guidage 42, pour donner un ajustement sans jeu ou avec léger serrage.
L'appareil peut comprendre des moyens de rappel du rouleau supérieur 31 vers sa position supérieure, par exemple des ressorts hélicoïdaux 71 qui sont comprimés entre des bagues 72 (prévues aux sommets des barres de guidage 42) et des bagues de retenue des ressorts 73, qui prennent appui sur les manchons à billes 56. Par exemple, lorsqu'on veut enfiler la mèche-bande dans le mécanisme de serrage de la mèche, ou extraire la mèche de ce mécanisme, par exemple pour la mise en marche, l'alimentation en air du dispositif pneumatique à diaphragme 33 est interrompue ou mise à l'échappement (par exemple au moyen d'un robinet 76 qui mène au tube 77 d'alimentation en air du dispositif à diaphragme) de sorte que le rouleau supérieur peut remonter sous l'influence de ses ressorts 71 jusqu'à une position qui permet de faire passer la mèche librement entre les rouleaux 31, 32.
Les rouleaux 31, 32 ont une masse relativement faible et, par conséquent, une faible inertie, de sorte qu'ils répondent rapidement aux variations de la tension de la mèche et qu'ils permettent la mise en marche sans charger la mèche d'une façon propre à provoquer un allongement indésirable ou la rupture de cette mèche. Le rouleau supérieur et le rouleau inférieur ont chacun une longueur de 200 millimètres (plus les tourillons, à chaque extrémité, dont chacun a une longueur d'environ 20 millimètres) et chaque rouleau a un diamètre de moins de 50 millimètres (par exemple 40 millimètres) le rouleau supérieur étant en acier massif tandis que le rouleau inférieur est analogue mais comporte une surface externe caoutchoutée 78 (par exemple d'une dureté
Shore de 80, et d'une épaisseur de 3 millimètres); chaque rouleau pèse moins de 2500 grammes (par exemple 1300 à 1800 grammes).
Le dispositif pneumatique à diaphragme 33 est d'un type connu, et comprend une chambre à air dont une paroi est un diaphragme flexible (non représenté) qui est fixé à la tige 44; la chambre à air est alimentée en air sous une pression commandée et réglable à travers le tube 77. Le dispositif à diaphragme est monté rigide ment sur la platine 41 par une ferrure de montage 79.
On enfile la mèche à travers l'appareil alors que le rouleau supérieur 31 est en position haute, inactive et, lorsque tous les rouleaux entraînés sont en fonctionne- ment, on augmente progressivement la pression régnant dans le dispositif à diaphragme de façon à repousser le rouleau supérieur vers le bas pour l'appliquer sur la mèche, en augmentant ainsi la tension existant dans la longueur de la mèche comprise entre la ligne de pince- ment entre les rouleaux 31, 32 et le dispositif de décalage 16, jusqu'à ce que cette tension soit juste inférieure à celle qui entraînerait la rupture des filaments:
les tensions trop élevées qui peuvent résulter de l'utilisation d'une trop forrte pression sur la ligne de pincement se manifestent par la présence de morceaux de filaments brisés qui font légèrement saillie sur la mèche, comme des petits cheveux, de sorte que la mèche présente un aspect hérissé, effiloché. Lorsque la pression d'air est réglée au niveau le plus avantageux, la mèche qui sort de la ligne de pincement des rouleaux 31, 32 ne présente aucun filament rompu visible et les ondulations de ces divers filaments sont nettement visibles.
L'effet de décalage peut être obtenu par la présence d'au moins une paire de rouleaux dont l'un est à surface lisse tandis que l'autre est rainuré sur toute sa périphérie; il peut éventuellement être prévu plusieurs paires de rouleaux disposées en tandem. Sur chaque rouleau rainuré, les rainures et les côtes qui alternent entre elles peuvent s'étendre obliquement ou en hélice dans les deux sens opposés, du centre vers les extrémités opposées.
Lorsque la mèche passe entre les deux rouleaux d'une paire donnée comprenant un rouleau rainuré et un rouleau à surface lisse, certaines des parties de la mèche sont serrées entre les sommets des côtes du rouleau rainuré et la surface périphérique externe du rouleau à surface lisse qui est opposé au premier, tandis que d'autres parties de la mèche, qui sont à ce moment en coïncidence avec les espaces compris entre les côtes du rouleau rainuré, ne sont pas serrées entre ce dernier rouleau et le rouleau à surface lisse. En général, un seul des rouleaux de chaque paire est entraîné positivement tandis que l'autre est sollicité élastiquement vers l'autre rouleau et tourne sous l'effet du passage de la mèche entre les rouleaux.
Dans le dispositif représenté à la fig. 1 on utilise deux jeux de rouleaux. Chaque jeu de rouleaux comprend un rouleau supérieur 81, 82 à surface rainurée, et un rouleau inférieur 83, 84 entraîné positivement et revêtu de caoutchouc, chaque rouleau supérieur étant monté pour tourner fou et étant entraîné par la rotation du rouleau inférieur entraîné correspondant.
Les rouleaux 81, 82, 83, 84 ont chacun un diamètre d'environ 165 millimètres et les rouleaux supérieurs sont en acier et portent un filetage hélicoïdal ayant un pas d'environ 1,8 millimètre, le filet ayant une profondeur d'environ 1,3 millimètre, le rouleau supérieur de sortie 19 a un diamètre d'environ 75 millimètres, le rouleau de sortie inférieur 21 a un diamètre d'environ 200 millimètres, ces deux rouleaux de sortie étant en acier et le rouleau inférieur étant entraîné positivement, la mèche passant autour des rouleaux 19, 21 suivant une trajectoire en S;
le rouleau 84 est entraîné à une vitesse circonférentielle supérieure à celle du rouleau 83 tandis que le rouleau de sortie 21 est entraîné à peu près à la même vitesse que le rouleau 83 lorsque les rouleaux 83 et 21 sont entraînés à une vitesse circonférentielle d'environ 300 mètres à la minute, la vitesse circonférentielle du rouleau 84 est, par exemple d'environ 480 mètres à la minute. La distance séparant la ligne de pincement des rouleaux 81, 83 de la ligne de pincement des rouleaux 31, 32 est d'environ 300 millimètres dans un exemple type d'installation.
Les rouleaux à surfaces rainurées peuvent aussi présenter des rainures non hélicoïdales, comme dans des dispositifs de décalage déjà connus.
Grâce à l'utilisation du dispositif de guidage antifriction à manchon à billes, le rouleau 31 est maintenu parallèle au rouleau 32 à tous moments, en dépit de vibrations et des contraintes qui résultent du fonctionnement à grande vitesse; son axe peut se déplacer librement (sur une trajectoire fixe dans cette position parallèle) à l'encontre de la pression exercée par le dispositif à diaphragme, en réponse aux forces qui accompagnent ce fonctionnement. Lorsqu'on utilise ce dispositif de guidage antifriction avec des rouleaux de faible inertie qui répondent rapidement à des variations de la tension de la mèche, on obtient des résultats particulièrement bons.
Les appareils 4 et 17 d'étalement à jets peuvent être d'un type bien connu, dans lesquels la mèche passe entre deux plaques parallèles espacées (disposées par exemple à un écartement de 2,5 millimètres), dont l'une ou chacune présente plusieurs fentes qui communiquent avec une chambre de distribution d'air comprimé, de sorte que des jets d'air sont soufflés sur la mèche à travers lesdites fentes. Le degré d'uniformité de la longueur des bouts-filtres peut être mesuré pendant le fonctionnement de la machine, par l'observation du taux de variation de la largeur de la mèche à la sortie du deuxième appareil d'étalement à jets; ce taux de variation est très inférieur lorsqu'on utilise le mécanisme de serrage de la mèche suivant l'invention.
Dans le dispositif 18 d'application de plastifiant, le plastifiant peut être débité par une tête de pulvérisation classique mais, de préférence au moyen de plusieurs disques en rotation rapide qui projettent par effet centrifuge de fines gouttelettes du plastifiant sur les deux faces de la mèche-bande.
Le plastifiant, lorsqu'on en utilise, sera évidemment choisi en fonction de la nature des filaments. Lorsqu'on utilise les filaments préférés qui sont en acétate de cellu lose, le plastifiant peut être le citrate de triéthyle, le phtalate de diméthoxy éthyle, ou le glycolate de méthyl phtalyl éthyle entre autres; toutefois, on emploie avantageusement le triacétate de glycérine (triacétine). Ordinairement, on dépose sur les filaments environ 2 à 30 % en poids de plastifiant et de préférence environ 4 à 15 % de cette matière.
Pour la fabrication des bouts-filtres pour cigarettes qui sont destinés à être utilisés dans des cigarettes de module classique (c'est-à-dire les cigarettes dont la périphérie en section est d'environ 25 à 26 millimètres), le denier par filament sera compris dans la gamme d'environ 1 à 50 et de préférence d'environ 1,5 à 16 et le denier total de la mèche débitée sera dans la gamme d'environ 20000 à 16000 et de préférence dans la gamme d'environ 20000 à 80000. Le nombre d'ondulations par centimètre sera généralement dans la gamme d'environ 1,6 à 4, par exemple d'environ 4,8 à 6,4.
Les filaments de la mèche peuvent être faits d'un dérivé organique de la cellulose comprenant, en particulier des esters de cellulose tel l'acétate secondaire de cellulose qui constitue la matière préférée (contenant environ 2,5 groupes acétyle par motif d'anhydroglucose, ainsi que le triacétate de cellulose, le propionate de cellulose, l'acéto-propionate de cellulose et d'autres esters ou éthers d'acides organiques de cellulose.
D'autres matières filamenteuses que l'on peut utiliser comprennent la rayonne (cellulose régénérée) et les filaments de superpolyamides linéaires tels que le Nylon 6 et le
Nylon 66 (marques déposées), des polyesters linéaires (par exemple le téréphtalate de polyéthylène), les polyoléfines (par exemple le polypropylène ou le polyéthylène), les dérivés acryliques (par exemple le polyacrylonitrile et les fibres acryliques connues, comprenant les copolymères à haute teneur en acrylonitrile), les polymères d'oxyméthylène, le chlorure de polyvinyle (y compris les copolymères de chlorure de vinyle), le chlorure de polyvinylidène (y compris les copolymères de chlorure de vinylidène), les fibres nitriliques (par exemple les copolymères cyanure de vinylidène, d'acétate de vinyle), etc.