Procédé pour la fabrication de filtres notamment pour cigarettes
et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé
On connaît déjà des procédés de fabrication de filtres à cigarettes à partir de matières fibreuses plates et, notamment, des procédés de fabrication en continu utilisant des matières en ruban.
1. Certains de ces procédés connus partent de matières absorbantes et crêpées dans le sens longitudinal, par opposition au crêpé classique transversal, lequel se présente, généralement, sous la forme d'une nappe souple et élastique, ces propriétés ayant été acquises par l'emploi d'une racle ayant froncé transversalement le papier pendant son déroulement.
On connaît des procédés réalisant la conformation et la structuration de tampons filtrants par un ramassage transversal d'un ou de plusieurs rubans sans arrangement précis et par une compression périphérique des matières qui sont élastiques.
Un inconvénient de ces procédés connus est qu'ils s'appliquent seulement à des matières élaborées, donc d'un prix de revient élevé et qu'ils ne permettent pas d'utiliser certaines matières qui, tout en étant plus économiques, possèdent des propriétés intéressantes au point de vue de la qualité des filtres.
2. On connaît d'autres procédés de fabrication de filtres qui partent de matières fibreuses plates sans crêpage longitudinal, c'est-à-dire de structure continue, les matières se présentant généralement sous la forme d'un ruban multiple constitué par la superposition de plusieurs rubans de matières différentes.
Un autre procédé connu consiste à enrouler en spirale les nappes de grande largeur issues d'un ruban de matières combinées.
Selon ce procédé connu, l'enroulement est réalisé en partant du centre du filtre, progressivement vers la périphérie, ce qui permet d'obtenir des spires équidistantes à taux de serrage contrôlé, conforme au modèle géométrique de la spirale inscrite dans la section du filtre.
D'autres procédés connus partant de matières sans crêpage longitudinal et concernant la fabrication de filtres en continu n'ont pas atteint leur but de façon satisfaisante en ce sens qu'ils ne permettent pas d'obtenir des filtres qui soient à la fois légers et compacts, efficaces, circulaires et de bel aspect.
Il en est ainsi parce que les modèles géométriques de conformation sont pratiquement irréalisables en continu, ou parce qu'ils ne répondent pas à la triple exigence de structure, de compacité et de circularité.
Un procédé de ce genre consiste à enrouler en spirale des nappes larges dans une marche en continu. Ce procédé connu ne conforme pas la spirale du centre à la périphérie, comme le procédé discontinu précédemment cité, ne contrôle pas le serrage de la spirale sur toute son étendue et, d'autant moins, que les nappes sont plus larges.
Ce procédé connu, appliqué à des nappes plus étroites et, donc, plus épaisses, présente un grave défaut de circularité au bord externe de la spirale.
En outre, le dispositif de réalisation de ce procédé connu présente des insuffisances de guidage et d'entraînement qui interdisent les grandes vitesses de marche.
D'autres procédés connus pour la fabrication de filtres en continu conforment les nappes issues d'un ruban de matières combinées en les repliant sur ellesmêmes autant de fois qu'il le faut pour remplir le volume cylindrique du filtre, suivant run des multiples modèles géométriques connus.
Les nappes de grande largeur repliées selon ces procédés connus ne constituent pas, quel que soit le modèle de conformation choisi, une masse organisée de structure filtrante homogène, les multiples lignes de pliage introduisant une hétérogénéité de structure et les portions de nappes repliées n'étant pas systématiquement de courbures concentriques.
Quant à la circularité, elle n'est pas rigoureusement réalisée par construction géométrique, mais par une surcompression périphérique, qui a pour effet de créer des zones de surpression et d'accentuer l'hétérogénéité de la structure.
3. L'invention a donc pour but de remédier aux différents inconvénients cités, et concerne un procédé et un dispositif pour la fabrication des filtres en continu:
a) à partir de matières premières fibreuses plates à structure continue, possédant des propriétés intrinsèques remarquables pour la qualité des filtres et pour le fonctionnement des machines, et d'un meilleur prix que les matières longitudinalement crêpées, simplement par le fait qu'elles sont de fabrication classique et moins élaborées;
b) à partir de matières fibreuses en nappes minces, préférables aux nappes épaisses pour l'aspect et pour la circularité du filtre;
c) en réalisant, par construction géométrique, une structure filtrante homogène,
d) en réalisant des performances de vitesse élevées.
L'invention concerne donc un procédé pour la fabrication de filtres, notamment pour cigarettes en continu à partir de plusieurs rubans de matières fibreuses de nature différente assemblés par superposition en une bande de matières combinées, caractérisé en ce que l'on découpe cette bande élémentaire en plusieurs bandelettes étroites que l'on réunit en un empilage dans lequel les bandelettes sont alternativement de nature différente, cet empilage ayant son axe de symétrie confondu avec celui du filtre circulaire à obtenir, on conforme cet empilage autour de deux axes de courbure par des mouvements de cintrage de direction opposée, ces mouvements de faible amplitude débutant par l'aire centrale de l'empilage, se poursuivant symétriquement par les aires moyennes,
puis par les aires périphériques jusqu'à obtention d'un filtre de section circulaire.
Selon un mode d'exécution, on utilise trois rubans de matière fibreuse dépourvus de crêpage longitudinal.
Selon ce mode d'exécution, on utilise deux bandes d'ouate de cellulose et une bande de papier profilé en long par des cannelures rectilignes et uniformes.
Selon un mode de réalisation, le dispositif est constitué d'une série d'organes alternativement statiques et dynamiques, assurant l'entraînement et le guidage de la matière, lesquels organes comprennent un organe dynamique de marquage préfigurant les bandelettes étroites à obtenir, un organe statique de plissage, des couteaux découpant la bande en bandelettes, des guides statiques d'empilage de bandelettes, des roulettes commandées pour le marquage des centres de courbures ou foyers, des coquilles statiques de conformation de l'aire centrale du combiné stratifié, une série de roulettes commandées pour la conformation de l'aire moyenne et, enfin, un cône de conformation de l'aire périphérique.
Le procédé et le dispositif selon l'invention sont illustrés, à titre de simples exemples sur les figures cijointes, dans lesquelles:
les fig. 1 et 2 donnent un exemple du procédé qui utilise trois rubans de matières différentes;
la fig. 3 est une vue montrant le ruban de matières combinées en cours de plissage;
la fig. 4 montre les bandelettes obtenues par découpage du ruban de matières combinées;
la fig. 5 est une vue montrant le combiné filtrant stratifié obtenu après resserrement vertical des bandelettes multiples les unes contre les autres;
les fig. 6 à 22 sont des vues illustrant l'évolution du procédé et la progression dans la formation du boudin cylindrique filtrant, à structure homogène;
la fig. 23 est une vue schématique générale d'un exemple de réalisation du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention;
;
les fig. 24 à 34 sont des vues en plan ou en perspective montrant le détail des organes servant à la formation de la matière, depuis sa présentation sous la forme d'un ruban de matières combinées jusqu'à son arrangement géométrique en forme de S.
Le procédé, partant de matières plates de structure continue, a pour but de réaliser la masse filtrante structurée, compacte et cylindrique circulaire constituant le filtre par une pure construction géométrique dans laquelle tous les éléments seront prédéterminés et contrôlés.
Selon ce procédé, on dispose les différentes matières par nappes alternées, parallèles et régulièrement espacées, on les conforme par courbures circulaires concentriques, on obtient une structure organisée qui convient à une bonne utilisation des propriétés filtrantes des matières; on crée, ainsi, une structure filtrante homogène et efficace.
Selon ce procédé, les nappes de matière parallèles présentent des formes étudiées en vue de la meilleure compacité. Il s'agit d'une conformation cylindrique à deux courbures opposées.
Les traces des nappes sur la tranche du filtre, ou directrices géométriques des cylindres, sont représentées sur la fig. 20.
On voit, sur cette figure, que la direction géométrique de la nappe médiane passant par l'axe du filtre, se présente sous la forme d'un S.
Les deux centres de courbure, Fl -F2, autour desquels est organisée la fig. 20, peuvent être considérés comme les foyers de la figure.
Selon le procédé, objet de l'invention, la circularité du filtre est également obtenue par construction géométrique et non par une compression périphérique qui détruirait l'homogénéité de la structure.
Dans ce but, la largeur des nappes est exactement déterminée, comme l'indique la fig. 20, l'ensemble des directrices des nappes formant un cercle au diamètre du filtre.
Une telle disposition rationnelle est la seule qui permette d'obtenir en continu, à partir de matières sans crêpage longitudinal, un bon remplissage du filtre par une masse filtrante, structurée, compacte et circulaire.
Il reste à choisir la figure géométrique à double foyer parmi toutes les figures possibles. Les fig. 20, 21 et 22 représentent plusieurs exemples, qui diffèrent entre eux par la longueur des arcs d'enroulement.
La longueur des arcs d'enroulement des nappes dépend du rapport existant entre la largeur de ces nappes et la circonférence du filtre, ou, ce qui revient au même, entre l'épaisseur E de l'empilage des nappes et le diamètre du filtre D .
Dans l'exemple qui sera décrit, l'épaisseur de l'empilage est égale au tiers du diamètre du filtre (D/E=3) (fig. 20).
La fig. 21 représente une variante de réalisation à double foyer très enroulée, I'épaisseur de l'empilage zen E étant inférieure au tiers du diamètre D .
La fig. 22 représente une autre variante de réalisation à double foyer peu enroulée, I'épaisseur de l'empilage a E étant supérieure au tiers du diamètre a D o.
Selon l'exemple considéré en fig. 20, le filtre est constitué (fig. 1) de trois rubans de matière fibreuse; les rubans 1 et 2 étant, dans ce cas non limitatif, de l'ouate de cellulose dont le pouvoir absorbant est connu, tandis que le ruban intérieur 3 est du papier profilé en long.
1. Ces trois rubans de matière fibreuse sont déroulés en continu et sont superposés pour former un ruban de matières combinées (fig. 2) dont l'une coincide avec l'axe du filtre.
La symétrie de la matière par rapport à l'axe du filtre à obtenir sera maintenue ultérieurement, au cours de la conformation, pour aboutir finalement à la disposition prévue, également symétrique par rapport à cet axe.
2. Le ruban de matières combinées est marqué par des lignes longitudinales pour préparer le pliage et la coupe ultérieure du ruban de matières combinées.
Les lignes longitudinales de marquage permettent, en outre, d'introduire un nouveau ruban de matières fibreuses sans arrêt de la fabrication en cas de rupture d'un ruban composant, par exemple, en cas de changement de bobine.
3. Le ruban de matières combinées ainsi marqué est ensuite plissé longitudinalement en accordéon (fig. 3).
Le plissage en accordéon est réalisé progressivement dans le sens du déroulement du ruban de matières combinées, jusqu'au point où les angles au sommet des plis sont de 300 environ.
4. Le ruban de matières combinées ainsi plissé est ensuite coupé longitudinalement aux sommets supérieurs et inférieurs 4 des plis de l'accordéon, afin d'obtenir des bandelettes multiples 5 inclinées dans le prolongement des plis de l'accordéon (fig. 4).
Le nombre de bandelettes n'est pas imposé par le procédé. Dans l'exemple représenté, les bandelettes sont au nombre de 7.
La largeur moyenne (L) des bandelettes est fonction du diamètre du filtre et de la valeur du paramètre
D/E. Dans l'exemple considéré, D/E étant égal à 3, la largeur moyenne des bandelettes doit être égale aux 3/4 de la circonférence du filtre 3/4 X X D pour qu'un rectangle de cette largeur (L) et d'épaisseur E ait une surface égale à la section du filtre, c'est-à-dire: T D2.
4
La largeur moyenne des bandelettes étant ainsi déterminée avec précision et le nombre de bandelettes étant fixé, la largeur des rubans utilisés est également fixée avec précision. Dans l'exemple cité, les sept bandelettes ayant une largeur moyenne égale aux 3/4 de la circonférence, la largeur des rubans utilisés est égale à 5,25 fois la longueur de la circonférence (soit 7 bandelettes de 3/4 de circonférence, ce qui correspond à 21/4 d'où 5,25).
Les bandelettes sont approximativement de largeur égale.
Toutefois, pour obtenir une figure de contour rigoureusement circulaire, on fait de légères différences de largeur entre les bandelettes individuelles suivant le dessin obtenu par développement de l'épure géométrique représentée fig. 20. Dans l'exemple cité, les bandelettes extrêmes 5, et 50 ont une largeur légèrement inférieure à la largeur moyenne.
5. Les bandelettes ainsi découpées sont ensuite rassemblées verticalement pour former un empilage comme représenté en fig. 5.
L'ensemble de la matière filtrante comprend un nombre de bandelettes élémentaires égal au produit du nombre de matières composantes, multiplié par le nombre de bandelettes, soit 3 X 7 = 21, dans l'exemple cité.
Toutefois, au cours du resserrement des bandelettes, certaines d'entre elles feront corps avec les bandelettes voisines, par suite d'une imbrication, et perdront ainsi leur autonomie au cours des mouvements de glissement ultérieurs. C'est ainsi que les bandelettes d'ouate peuvent s'imbriquer par paire dans l'exemple cité. Les nappes de matière gardant leur autonomie dans la conformation du filtre, sont donc constituées par une ou par deux bandelettes élémentaires.
Dans l'exemple cité, et pour la bonne compréhension de l'invention, il y a huit nappes d'ouate, dont deux simples 5 et 5, et six doubles 5;, entre lesquelles s'intercalent sept nappes de papier profilé en long 3 (fig. 5).
Sur la fig. 6, est représenté le combiné stratifié après juxtaposition des bandelettes et constitution des différentes nappes.
6. La conformation des nappes du combiné stratifié par courbures circulaires étant centrée sur les deux foyers
F, et Fe, on matérialise d'abord ces deux foyers en les marquant par une empreinte faite à la hauteur voulue sur les faces du combiné.
Sur une face, un foyer F, est marqué au-dessus de
AXE l'axe à une hauteur 4 . Sur l'autre face, I'autre
4 foyer F2 est marqué symétriquement par rapport à l'axe.
Au marquage des foyers, le combiné stratifié est resserré dans son aire centrale F1 At F A2 à l'épaisseur E qu'il aura dans le filtre (fig. 7).
7. L'aire centrale du combiné stratifié sera conformée en premier lieu.
La conformation de l'aire centrale est opérée par un mouvement de translation imprimé à la partie supérieure, et symétriquement à la partie inférieure du combiné.
Le mouvement de chacune des deux parties est guidé sur une trajectoire déterminée, le guidage étant assuré au niveau de chacun des foyers.
Les deux mouvements de translation symétriques T, et T ont une composante verticale dans le sens du rapprochement des deux parties, une composante horizontale qui est, au contraire, dans le sens de l'écartement des deux parties et, bien entendu, la composante longitudinale d'avancement de la matière.
Le rapprochement vertical produit un effet de flambage qui est mis à profit pour créer une décomposition favorable à la mise en place des nappes (fig. 8 et 10).
L'écartement latéral, combinant son effet au flambage, infléchit les nappes sur la ligne des foyers F, F2 en leur faisant dessiner deux arcs de courbures opposées.
Au cours du mouvement, les deux courbures s'accentuent, la ligne des foyers tourne autour de l'axe jusqu'à la verticalité et la distance des foyers se réduit jus qu'à l'épaisseur E du combiné stratifié.
L'aire centrale initialement rectangulaire a ainsi pris la forme de deux quarts de cercle inversés de rayon E, centrés sur les foyers et ayant pour côté commun la ligne des foyers (fig. 9 et 11).
On constate que la surface des deux quarts de cercle est égale à celle de l'aire rectangulaire initiale F1 A, F2 A2, c'est-à-dire qu'après la décompression passagère signalée plus haut, la matière est mise en place à sa compression définitive.
L'aire centrale d'inflexion de la figure en S est ainsi définitivement conformée.
8. Ensuite, les parties moyennes du combiné stratifié de part et d'autre de l'aire centrale sont conformées symétriquement par leur cintrage à 900 autour des foyers
F, et -, comme représenté sur les fig. de 12 à 14.
Le cintrage est réalisé par étapes, dans l'exemple cité: en trois étapes (300 fig. 12, 600 fig. 13, 900 fig. 14).
Le cintrage du combiné stratifié est possible grâce au glissement des nappes les unes sur les autres, glissement facilité par l'interposition entre les nappes d'ouate d'une nappe de matière, tel le papier profilé en long, qui ne s'imbrique pas dans l'ouate.
A la fin de l'opération de cintrage, les deux parties extrêmes du combiné stratifié sont rabattues en sens opposé, les portions des nappes de l'aire centrale et des deux parties moyennes sont définitivement conformées et se présentent sous la forme de deux demi-cercles décalés, centrés sur les foyers F, et Fe et de rayon égal à l'épaisseur du combiné E (fig. 14), la nappe médiane ayant pris, à ce stade de la conformation, la forme d'un S symétrique.
Les fig. 9, 12, 13 et 14 sont rayées pour faciliter la compréhension du texte, étant entendu que les nappes s'étendent évidemment sur la hauteur du combiné stratifié. Ces zones rayées correspondent, pour chaque figure, à la progression de la conformation de l'aire centrale et de l'aire moyenne du combiné stratifié.
9. Les deux extrémités du combiné stratifié se sont disposées en biseau par suite du glissement des nappes les unes sur les autres au cours du cintrage. Une telle disposition prépare l'opération suivante de conformation périphérique par enroulement des nappes sur les deux parties majeures déjà conformées. Cette dernière opération est réalisée par une action de rabattement des nappes exercée symétriquement sur les deux branches en biseau du combiné stratifié.
Le détail des fig. de 15 à 17 est représenté, à plus grande échelle, sur les fig. de 18 à 20.
Le procédé sera encore mieux compris en se référant aux fig. de 23 à 34, qui représentent le détail d'un mode de réalisation non limitatif du dispositif permettant la mise en ceuvre du procédé précédemment décrit.
Le dispositif pour la fabrication de filtres à cigarettes fonctionne à partir de plusieurs rubans de matières d'une largeur rigoureusement déterminée en fonction du diamètre du filtre, comme indiqué dans le procédé, par exemple: deux rubans d'ouate de cellulose et et 2, et un ruban de papier profilé en long 3, ces rubans étant déroulés en continu (fig. 23).
Les rubans sont superposés et passent simultanément à travers un organe de marquage qui, dans l'exemple considéré, est constitué par deux séries de disques de pression rotatifs 81 et 8a destinés, d'une part à marquer longitudinalement la matière de façon à préfigurer la future division du ruban de matières combinées en bandelettes, et, d'autre part, à assurer son entraînement.
A la suite des organes de marquage 81 et 82, est placé un dispositif statique de plissage constitué d'un jeu de réglettes convergentes 9t, 98, 92s 94 (le nombre des ré- glettes variant en fonction du nombre de bandelettes à obtenir), qui s'interpénètrent progressivement en agissant simultanément sur les deux faces du ruban de matières combinées, de manière à constituer un plissage régulier, en forme accordéon , dont les sommets inférieurs et supérieurs 4 (fig. 25) se situeront à l'endroit précis des empreintes préalablement réalisées par les organes de marquage 82 et 82 (fig. 24).
A la suite des réglettes convergentes, sont prévus des couteaux circulaires lOi, 10S, 103 à lames minces et à grande vitesse de rotation pour découper le ruban de matières combinées plissé en bandelettes, à l'endroit des sommets de pliage 4 (fig. 26).
Les bandelettes ainsi découpées (fig. 26) sont ensuite rassemblées sous la forme d'un empilage à l'aide de deux guides latéraux convergents 122 et 123 (fig. 27) alignés dans le sens d'avancement des bandelettes.
Ces deux guides permettent de resserrer les bandelettes multiples pour former un combiné stratifié de structure filtrante, et aboutissent à une paire de roulettes commandées 131 et 132, qui assure le marquage des foyers de courbure F1 et F2. A cet effet, ces roulettes commandées ont un profil annulaire en saillie, de manière qu'elles pénètrent légèrement sur les faces latérales du combiné filtrant.
Cette première paire de roulettes commandées 13 et 132, située à la suite des guides latéraux 121 et 12 est représentée sur la fig. 28.
A la suite de cette première paire de roulettes commandées, est prévu un dispositif statique constitué d'une paire de coquilles 151 et 15J (fig. 29) symétriques par rapport à l'axe. Chaque coquille comporte une arête 161 ou 16S, à hauteur d'un des deux foyers F1 ou F2, et une rampe ou contre-arête 163 ou 164 à hauteur de l'arête de la coquille symétrique (fig. 30).
L'écartement des deux coquilles est réglé de façon à ménager un couloir pour guider les parties supérieures et inférieures du combiné stratifié dans leur mouvement de translation.
Les arêtes et les contre-arêtes ont les courbures déterminées pour la trajectoire de ce mouvement.
Chaque coquille est évidée entre son arête et sa contre-arête, de façon que l'aire d'inflexion de la matière filtrante se conforme sans contrainte extérieure et sans frottement.
A la suite de ce dispositif statique, est prévue une série de paires de roulettes commandées 17, 18 et 19, représentées sur les fig. 31, 32, 33.
Les deux roulettes commandées de chaque paire ont des profils symétriques par rapport à l'axe du filtre.
Le profil de chaque roulette commandée comporte une arête et une gorge de concavité circulaire centrée sur l'arête de la roulette commandée opposée et de rayon égal à l'épaisseur E du combiné stratifié déjà conformé, de sorte que, par passage entre arêtes et gorges de roulettes commandées appariées, le combiné stratifié est, à la fois, guidé au niveau des foyers F5 et F2 et confirmé dans la forme qu'il a prise antérieurement.
Le combiné stratifié épouse ainsi les concavités suivant les arcs de courbure précédemment conformés mais, en outre, se cintre au passage entre les roulettes commandées, dans la mesure où les arcs de concavité dépassent ces arcs de courbure de la matière conformée avant passage.
Dans l'exemple considéré, I'arc des concavités des roulettes commandées de la première paire étant de 1200, le combiné stratifié entrant déjà conformé à 900 est cintré, au passage, de 300.
La deuxième paire est à 1500 et la troisième à 1800, de sorte que le cintrage du combiné stratifié est complètement réalisé en trois étapes.
L'action des roulettes, représentées sur les fig. 31 à 33, est illustrée dans les fig. de 12 à 14 du procédé.
Entre les paires de roulettes, le guidage du combiné stratifié est assuré au niveau des foyers de courbure F1 et F2 par des arêtes guides 20, statiques de chaque côté du combiné stratifié.
L'entraînement de la matière en cours de formation, est assuré par les roulettes et assisté par un jeu de courroies fines 21, affleurant le fond des gorges annulaires 14, réalisées sur la périphérie des paires de roulettes commandées 17, 18 et 19.
Pour réaliser l'enroulement en spirale des parties extrêmes du combiné stratifié 71 et 72. pour obtenir un boudin filtrant circulaire, la matière conformée à la sortie de la dernière paire de roulettes 19 passe à travers un cône femelle 22 concentrique à l'axe du filtre. Ce cône présente une conicité intérieure telle que le diamètre de sortie soit égal à celui du boudin filtrant définitif.
Le cône est tournant, sa vitesse de rotation étant déterminée de façon que la ligne des foyers ne s'écarte pas sensiblement de la verticale, et que soient évités les effets de torsion sur le boudin filtrant.
Le boudin filtrant ainsi obtenu aura, grâce au cône femelle 22 une section circulaire comme représenté sur la fig. 20, le bord des nappes coïncidant avec les génératrices.
Ainsi, grâce à un dispositif tel que celui qui vient d'être décrit à titre d'exemple, le filtre aura transversalement une structure filtrante homogène et cette structure, profilée cylindriquement, sera reproduite indéfiniment dans le sens longitudinal.
On pourra ainsi fabriquer en continu et avec régularité, des filtres de bonne circularité, de haute compacité et conforme aux normes d'efficacité.
Un tel dispositif ne comprenant que des organes simples, statiques ou animés de mouvements rotatifs d'un fonctionnement sûr, permet d'atteindre les vitesses de marche les plus élevées et d'obtenir un haut rendement de la machine confectionneuse de filtres.
Le procédé et le dispositif, selon l'invention, permettent de fabriquer en continu des filtres d'une structure organisée et homogène telle que les propriétés absorbantes des matières constituant le filtre soient utilisées au maximum pour l'efficacité, d'une construction géométrique telle que les propriétés mécaniques des matières soient utilisées au mieux pour la compacité et, par suite, permettent de fabriquer des filtres légers, de bonne efficacité et de haute compacité.
Le procédé et le dispositif, selon l'invention, permettent de fabriquer des filtres de qualité régulière, grâce à une cinématique précise des mouvements de la matière filtrante et de fabriquer des filtres à grande vitesse grâce à la faible amplitude des mouvements et grâce au dispositif assurant l'entraînement de la matière sans effort de tension excessif.
Le procédé et le dispositif, selon l'invention, permettent de fabriquer des filtres économiques par le prix des matières premières, par leur légèreté, par la grande vitesse à laquelle ils sont produits, et d'obtenir des filtres répondant aux qualités exigées quant à l'aspect, la circularité, la compacité, I'efficacité et la régularité.
Process for the manufacture of filters, in particular for cigarettes
and device for implementing this method
There are already known methods of manufacturing cigarette filters from flat fibrous materials and, in particular, continuous manufacturing methods using tape materials.
1. Some of these known methods start with absorbent materials and creped in the longitudinal direction, as opposed to the conventional transverse crepe, which is generally in the form of a flexible and elastic web, these properties having been acquired by the use of a doctor blade having gathered the paper transversely during its unwinding.
Methods are known which achieve the shaping and structuring of filter pads by transverse picking up of one or more tapes without precise arrangement and by peripheral compression of materials which are elastic.
A drawback of these known processes is that they apply only to processed materials, therefore of a high cost price and that they do not allow the use of certain materials which, while being more economical, have properties. interesting from the point of view of the quality of the filters.
2. Other methods of manufacturing filters are known which start with flat fibrous materials without longitudinal creping, that is to say with a continuous structure, the materials generally being in the form of a multiple strip formed by the superposition. of several ribbons of different materials.
Another known method consists in winding in a spiral the webs of great width resulting from a ribbon of combined materials.
According to this known method, the winding is carried out starting from the center of the filter, progressively towards the periphery, which makes it possible to obtain equidistant turns with a controlled tightening rate, in accordance with the geometric model of the spiral inscribed in the section of the filter. .
Other known processes starting from materials without longitudinal creping and relating to the manufacture of continuous filters have not satisfactorily achieved their goal in that they do not allow to obtain filters which are both light and light. compact, efficient, circular and attractive.
This is so because geometric conformation models are practically unfeasible on a continuous basis, or because they do not meet the threefold requirement of structure, compactness and circularity.
One such method involves spiraling wide webs in a continuous step. This known method does not conform the spiral from the center to the periphery, like the aforementioned discontinuous method, does not control the tightening of the spiral over its entire extent and, all the less, the wider the layers.
This known process, applied to narrower and, therefore, thicker plies, has a serious defect in circularity at the outer edge of the spiral.
In addition, the device for carrying out this known method has guiding and driving insufficiencies which prevent high walking speeds.
Other known processes for the manufacture of continuous filters conform the webs resulting from a ribbon of combined materials by folding them back on themselves as many times as necessary to fill the cylindrical volume of the filter, according to run of the multiple geometric models. known.
The webs of great width folded according to these known methods do not constitute, whatever the chosen conformation model, an organized mass of homogeneous filtering structure, the multiple fold lines introducing a heterogeneity of structure and the portions of folded webs not being not systematically concentric curvatures.
As for circularity, it is not rigorously achieved by geometric construction, but by peripheral over-compression, which has the effect of creating zones of overpressure and accentuating the heterogeneity of the structure.
3. The object of the invention is therefore to remedy the various cited drawbacks, and relates to a method and a device for the manufacture of continuous filters:
a) from flat fibrous raw materials with a continuous structure, possessing remarkable intrinsic properties for the quality of filters and for the operation of machines, and of a better price than longitudinally creped materials, simply by the fact that they are classic and less elaborate;
b) from fibrous materials in thin webs, preferable to thick webs for appearance and circularity of the filter;
c) by producing, by geometric construction, a homogeneous filtering structure,
d) realizing high speed performance.
The invention therefore relates to a process for the manufacture of filters, in particular for continuous cigarettes from several ribbons of fibrous materials of different nature assembled by superposition into a strip of combined materials, characterized in that this elementary strip is cut. in several narrow strips which are brought together in a stack in which the strips are alternately of different nature, this stack having its axis of symmetry coinciding with that of the circular filter to be obtained, this stacking is conformed around two axes of curvature by bending movements in the opposite direction, these low amplitude movements starting with the central area of the stack, continuing symmetrically through the middle areas,
then by the peripheral areas until a filter of circular section is obtained.
According to one embodiment, three ribbons of fibrous material without longitudinal creping are used.
According to this embodiment, two strips of cellulose wadding and a strip of paper profiled lengthwise by rectilinear and uniform grooves are used.
According to one embodiment, the device consists of a series of alternately static and dynamic members, ensuring the driving and guiding of the material, which members include a dynamic marking member prefiguring the narrow strips to be obtained, a member static pleating, knives cutting the strip into strips, static strips stacking guides, controlled rollers for marking the centers of curvature or foci, static shells for shaping the central area of the laminated handset, a series of casters controlled for the conformation of the mean area and, finally, a cone of conformation of the peripheral area.
The method and the device according to the invention are illustrated, by way of simple examples in the accompanying figures, in which:
figs. 1 and 2 give an example of the process which uses three ribbons of different materials;
fig. 3 is a view showing the ribbon of combined materials being pleated;
fig. 4 shows the strips obtained by cutting the strip of combined materials;
fig. 5 is a view showing the laminated filter assembly obtained after vertically tightening the multiple strips against each other;
figs. 6 to 22 are views illustrating the evolution of the process and the progress in the formation of the cylindrical filter rod, with a homogeneous structure;
fig. 23 is a general schematic view of an exemplary embodiment of the device for implementing the method according to the invention;
;
figs. 24 to 34 are plan or perspective views showing the detail of the organs used for the formation of the material, from its presentation in the form of a ribbon of combined materials to its geometric arrangement in the form of an S.
The process, starting from flat materials of continuous structure, aims to achieve the structured, compact and circular cylindrical filter mass constituting the filter by a pure geometric construction in which all the elements will be predetermined and controlled.
According to this process, the different materials are arranged in alternating, parallel and regularly spaced layers, they are shaped by concentric circular curvatures, an organized structure is obtained which is suitable for a good use of the filtering properties of the materials; this creates a homogeneous and efficient filtering structure.
According to this process, the parallel layers of material have shapes designed for the best compactness. It is a cylindrical conformation with two opposite curvatures.
The traces of the layers on the edge of the filter, or geometric guidelines of the cylinders, are represented in FIG. 20.
It can be seen, in this figure, that the geometric direction of the median sheet passing through the axis of the filter, is in the form of an S.
The two centers of curvature, Fl -F2, around which is organized FIG. 20, can be considered as the foci of the figure.
According to the process, which is the subject of the invention, the circularity of the filter is also obtained by geometric construction and not by peripheral compression which would destroy the homogeneity of the structure.
For this purpose, the width of the layers is exactly determined, as shown in fig. 20, the set of guidelines of the sheets forming a circle with the diameter of the filter.
Such a rational arrangement is the only one which makes it possible to obtain continuously, from materials without longitudinal creping, a good filling of the filter by a filtering mass, structured, compact and circular.
It remains to choose the geometric bifocal figure among all the possible figures. Figs. 20, 21 and 22 show several examples, which differ from each other in the length of the winding arcs.
The length of the winding arcs of the webs depends on the ratio existing between the width of these webs and the circumference of the filter, or, which amounts to the same thing, between the thickness E of the stack of webs and the diameter of the filter D .
In the example which will be described, the thickness of the stack is equal to one third of the diameter of the filter (D / E = 3) (fig. 20).
Fig. 21 shows a variant of embodiment with a very coiled bifocal, the thickness of the zen stack E being less than a third of the diameter D.
Fig. 22 shows another variant of embodiment with a lightly wound bifocal, the thickness of the stack a E being greater than a third of the diameter a D o.
According to the example considered in FIG. 20, the filter consists (fig. 1) of three ribbons of fibrous material; the tapes 1 and 2 being, in this nonlimiting case, cellulose wadding, the absorbency of which is known, while the inner tape 3 is length-profiled paper.
1. These three ribbons of fibrous material are unwound continuously and are superimposed to form a tape of combined materials (fig. 2), one of which coincides with the axis of the filter.
The symmetry of the material with respect to the axis of the filter to be obtained will be maintained subsequently, during the shaping, to finally lead to the planned arrangement, also symmetrical with respect to this axis.
2. The tape of combined materials is marked with longitudinal lines to prepare for folding and subsequent cutting of the tape of combined materials.
The longitudinal marking lines also make it possible to introduce a new ribbon of fibrous materials without stopping production in the event of a component ribbon breaking, for example, in the event of a reel change.
3. The ribbon of combined materials thus marked is then pleated longitudinally in an accordion fashion (fig. 3).
Accordion pleating is carried out gradually in the direction of the unwinding of the ribbon of combined materials, up to the point where the angles at the top of the pleats are approximately 300.
4. The ribbon of combined materials thus pleated is then cut longitudinally at the upper and lower peaks 4 of the folds of the accordion, in order to obtain multiple strips 5 inclined in the extension of the folds of the accordion (FIG. 4).
The number of strips is not imposed by the process. In the example shown, the strips are 7 in number.
The average width (L) of the strips depends on the diameter of the filter and the value of the parameter
OF. In the example considered, D / E being equal to 3, the average width of the strips must be equal to 3/4 of the circumference of the 3/4 XXD filter so that a rectangle of this width (L) and thickness E has an area equal to the section of the filter, that is to say: T D2.
4
The average width of the strips thus being determined with precision and the number of strips being fixed, the width of the strips used is also fixed with precision. In the example cited, the seven strips having an average width equal to 3/4 of the circumference, the width of the ribbons used is equal to 5.25 times the length of the circumference (i.e. 7 strips of 3/4 in circumference, which corresponds to 21/4 hence 5.25).
The strips are approximately of equal width.
However, to obtain a strictly circular contour figure, slight differences in width are made between the individual strips according to the drawing obtained by development of the geometric sketch shown in fig. 20. In the example cited, the end strips 5, and 50 have a width slightly less than the average width.
5. The strips thus cut are then gathered vertically to form a stack as shown in FIG. 5.
The whole of the filter material comprises a number of elementary strips equal to the product of the number of component materials, multiplied by the number of strips, ie 3 X 7 = 21, in the example cited.
However, during the tightening of the strips, some of them will become one with the neighboring strips, as a result of nesting, and will thus lose their autonomy during the subsequent sliding movements. This is how the strips of cotton wool can fit together in pairs in the example cited. The layers of material retaining their autonomy in the configuration of the filter, therefore consist of one or two elementary strips.
In the example cited, and for a better understanding of the invention, there are eight sheets of cotton wool, including two single 5 and 5, and six double 5 ;, between which are inserted seven sheets of long-profiled paper. 3 (fig. 5).
In fig. 6, the combined laminate is shown after juxtaposition of the strips and constitution of the different layers.
6. The conformation of the layers of the combined laminated by circular curvatures being centered on the two foci
F, and Fe, these two foci are first materialized by marking them with an imprint made at the desired height on the faces of the handset.
On one side, a focus F, is marked above
AXIS the axis at a height of 4. On the other side, the other
4 focus F2 is marked symmetrically with respect to the axis.
When marking the foci, the laminate unit is tightened in its central area F1 At F A2 to the thickness E that it will have in the filter (fig. 7).
7. The center area of the laminate handset will be conformed first.
The conformation of the central area is effected by a translational movement imparted to the upper part, and symmetrically to the lower part of the handset.
The movement of each of the two parts is guided on a determined path, the guidance being provided at each of the foci.
The two symmetrical translational movements T, and T have a vertical component in the direction of the approach of the two parts, a horizontal component which is, on the contrary, in the direction of the separation of the two parts and, of course, the longitudinal component progress of the material.
The vertical approach produces a buckling effect which is used to create a decomposition favorable to the establishment of the layers (fig. 8 and 10).
The lateral separation, combining its effect with buckling, bends the layers on the line of foci F, F2 by making them draw two arcs of opposite curvature.
During the movement, the two curvatures are accentuated, the line of the foci rotates around the axis up to verticality and the distance of the foci is reduced to the thickness E of the laminate combination.
The initially rectangular central area thus took the form of two inverted quarter circles of radius E, centered on the focal points and having the line of the focal points as a common side (fig. 9 and 11).
It can be seen that the area of the two quarter circles is equal to that of the initial rectangular area F1 A, F2 A2, that is to say that after the transient decompression mentioned above, the material is placed in its final compression.
The central area of inflection of the S-shaped figure is thus definitively shaped.
8. Then, the middle parts of the laminate combination on either side of the central area are shaped symmetrically by their bending at 900 around the hearths.
F, and -, as shown in fig. from 12 to 14.
The bending is carried out in stages, in the example cited: in three stages (300 fig. 12, 600 fig. 13, 900 fig. 14).
The bending of the combined laminate is possible thanks to the sliding of the layers one on the other, sliding facilitated by the interposition between the sheets of wadding of a layer of material, such as long-profiled paper, which does not overlap in cotton wool.
At the end of the bending operation, the two end parts of the laminate combination are folded in the opposite direction, the portions of the plies of the central area and of the two middle parts are definitively shaped and are in the form of two halves. offset circles, centered on the foci F, and Fe and of radius equal to the thickness of the combined E (fig. 14), the median layer having taken, at this stage of the conformation, the shape of a symmetrical S.
Figs. 9, 12, 13 and 14 are striped to facilitate understanding of the text, it being understood that the webs obviously extend over the height of the laminate handset. These striped areas correspond, for each figure, to the progression of the conformation of the central area and of the mean area of the combined laminate.
9. The two ends of the laminate combination have become bevelled as a result of the layers sliding over each other during bending. Such an arrangement prepares the next operation of peripheral shaping by winding the plies on the two major parts already shaped. This last operation is carried out by a folding action of the layers exerted symmetrically on the two bevelled branches of the laminated handset.
The detail of fig. from 15 to 17 is shown, on a larger scale, in FIGS. from 18 to 20.
The process will be further understood by referring to Figs. from 23 to 34, which show the detail of a non-limiting embodiment of the device allowing the implementation of the method described above.
The device for the manufacture of cigarette filters operates from several ribbons of material of a width strictly determined according to the diameter of the filter, as indicated in the method, for example: two ribbons of cellulose wadding and and 2, and a long-profiled paper tape 3, these tapes being unwound continuously (Fig. 23).
The tapes are superimposed and pass simultaneously through a marking member which, in the example considered, consists of two series of rotating pressure discs 81 and 8a intended, on the one hand, to mark the material longitudinally so as to prefigure the future division of the ribbon of combined materials into strips, and, on the other hand, to ensure its training.
Following the marking members 81 and 82, is placed a static pleating device consisting of a set of converging strips 9t, 98, 92s 94 (the number of strips varying according to the number of strips to be obtained), which gradually interpenetrate by acting simultaneously on the two faces of the ribbon of combined materials, so as to constitute a regular pleating, accordion-shaped, whose lower and upper tops 4 (fig. 25) will be located at the precise location of the impressions previously made by the marking members 82 and 82 (fig. 24).
Following the converging strips, circular knives 10i, 10S, 103 with thin blades and high speed of rotation are provided for cutting the ribbon of combined materials folded into strips, at the location of the folding tops 4 (fig. 26). ).
The strips thus cut (fig. 26) are then gathered in the form of a stack using two converging lateral guides 122 and 123 (Fig. 27) aligned in the direction of advance of the strips.
These two guides make it possible to tighten the multiple strips to form a laminated combination of filtering structure, and result in a pair of controlled rollers 131 and 132, which ensures the marking of the foci of curvature F1 and F2. To this end, these controlled rollers have a projecting annular profile, so that they slightly penetrate the side faces of the filter unit.
This first pair of controlled rollers 13 and 132, located after the side guides 121 and 12, is shown in FIG. 28.
Following this first pair of controlled rollers, a static device is provided consisting of a pair of shells 151 and 15J (FIG. 29) symmetrical with respect to the axis. Each shell has an edge 161 or 16S, at the height of one of the two foci F1 or F2, and a ramp or counter-edge 163 or 164 at the height of the edge of the symmetrical shell (fig. 30).
The spacing of the two shells is adjusted so as to provide a passage to guide the upper and lower parts of the laminate handset in their translational movement.
The edges and the counter-edges have the curvatures determined for the trajectory of this movement.
Each shell is hollowed out between its edge and its counter-edge, so that the area of inflection of the filter material conforms without external constraint and without friction.
Following this static device, a series of pairs of controlled rollers 17, 18 and 19, shown in FIGS. 31, 32, 33.
The two casters ordered from each pair have symmetrical profiles with respect to the axis of the filter.
The profile of each ordered wheel comprises an edge and a groove of circular concavity centered on the edge of the opposite controlled wheel and of radius equal to the thickness E of the laminated combination already formed, so that, by passing between edges and grooves of matched controlled casters, the laminate handset is both guided at the foci F5 and F2 and confirmed in the form it took previously.
The combined laminate thus follows the concavities following the previously shaped arcs of curvature but, in addition, bends in the passage between the controlled rollers, insofar as the arcs of concavity exceed these arcs of curvature of the shaped material before passage.
In the example considered, the arc of the concavities of the controlled casters of the first pair being 1200, the incoming laminate unit already conformed to 900 is bent, in passing, by 300.
The second pair is at 1500 and the third at 1800, so the bending of the laminate handset is completely done in three steps.
The action of the rollers, shown in fig. 31 to 33, is illustrated in figs. from 12 to 14 of the process.
Between the pairs of rollers, the guide of the laminate unit is provided at the level of the foci of curvature F1 and F2 by guide ridges 20, static on each side of the laminate unit.
The driving of the material being formed is provided by the rollers and assisted by a set of thin belts 21, flush with the bottom of the annular grooves 14, made on the periphery of the pairs of controlled rollers 17, 18 and 19.
To achieve the spiral winding of the end parts of the laminate unit 71 and 72. to obtain a circular filter coil, the material shaped at the outlet of the last pair of rollers 19 passes through a female cone 22 concentric with the axis of the filtered. This cone has an internal conicity such that the outlet diameter is equal to that of the final filter rod.
The cone is rotating, its speed of rotation being determined so that the line of the foci does not deviate appreciably from the vertical, and that the effects of torsion on the filter rod are avoided.
The filter rod thus obtained will have, thanks to the female cone 22, a circular section as shown in FIG. 20, the edge of the layers coinciding with the generatrices.
Thus, thanks to a device such as that which has just been described by way of example, the filter will have a homogeneous filter structure transversely and this structure, cylindrically profiled, will be reproduced indefinitely in the longitudinal direction.
It will thus be possible to manufacture continuously and with regularity, filters of good circularity, of high compactness and in accordance with efficiency standards.
Such a device comprising only simple, static or rotating members of reliable operation, makes it possible to achieve the highest operating speeds and to obtain a high efficiency of the filter making machine.
The method and the device, according to the invention, make it possible to continuously manufacture filters of an organized and homogeneous structure such that the absorbent properties of the materials constituting the filter are used to the maximum for efficiency, of a geometric construction such as that the mechanical properties of the materials are best used for compactness and, therefore, allow the manufacture of filters that are light, efficient and highly compact.
The method and the device, according to the invention, make it possible to manufacture filters of regular quality, thanks to precise kinematics of the movements of the filter material and to manufacture filters at high speed thanks to the low amplitude of the movements and thanks to the device. ensuring the entrainment of the material without excessive tension force.
The method and the device, according to the invention, make it possible to manufacture filters that are economical in terms of the price of raw materials, by their lightness, by the high speed at which they are produced, and to obtain filters meeting the required qualities as regards appearance, circularity, compactness, efficiency and regularity.