CN100423660C - 用于制造香烟过滤嘴的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造香烟过滤嘴的装置，其包括一预加工装置(AF)用以预加工供给的过滤嘴丝束、一成型装置(F)用以形成一包封的过滤嘴条、和一结合于预加工装置中的定量装置用以定量供给增塑剂，其中在该用于制造香烟过滤嘴的装置中设有用于检测过滤嘴丝束材料的质量流量M1的传感器以及用于检测过滤嘴材料和增塑剂质量的质量流量总和M2的传感器，其中，该用于制造香烟过滤嘴的装置包括一测量与控制装置，它与测定质量流量M1和质量流量M2用的所述传感器这样连接，即，使得可以彼此独立地测量和控制过滤嘴材料质量和增塑剂质量。

Description

用于制造香烟过滤嘴的装置
技术领域
本发明涉及一种用于制造香烟过滤嘴的装置，其中，在过滤嘴杆制造时同时连续测定和控制醋酸纤维素和甘油三乙酸酯的含量，特别应用于香烟工业中。
背景技术
香烟过滤嘴是香烟的一主要的质量重要的组分，因此为构成制造质量优化的过滤嘴杆的方法人们付出了很大的努力。其中应注意方法的尽可能有针对目标的控制，其当然取决于产品品质的尽可能精确和快速的特性化。在最优的情况下这按照在线的方法来实现。
为了过滤嘴杆的特性化在香烟工业中测定如直径、醋酸纤维素重量和甘油三乙酸酯含量以及抗拉强度等参数。为了测定醋酸纤维素重量、抗拉强度和甘油三乙酸酯含量通常使用离线方法。人们测定杆的总重并从中扣除包封纸、胶合剂和甘油三乙酸酯的重量来确定醋酸纤维素重量，其中在此在极大程度上涉及与方法无关的参数。为了测定甘油三乙酸酯含量采用不同的方法。其一，测定一定数量的含有和不含甘油三乙酸酯的过滤嘴杆的重量。于是由两测定的差值得出甘油三乙酸酯含量。这种方法的缺点是，其只可很少地应用，或在频繁应用时导致大量的废物。此外还有测定制造的过滤嘴杆的甘油三乙酸酯的方法。其中例如利用适合的溶剂萃取甘油三乙酸酯和通过实验方法测定甘油三乙酸酯含量，例如气体色谱法。
另一方法例如是，通过在接近红外区的红外线辐射的反射的测定，确定增塑剂含量(参阅例如1987年烟草化学学术研究会议，CANONA.B.和HUGHES I.W.二人：采用近红外的反射光谱学在线测定香烟过滤嘴杆内的甘油三乙酸酯)。这种方法的很大缺点是，它是一种表面测量法并且红外线辐射只不大的波长深入测量物品。因此测量结果强烈地取决于增塑剂的迁移特性，但也取决于采用的过滤嘴材料的纤维细度和充填密度。
所有这些方法的缺点是，由于它们离线进行，只表达当前生产的瞬时记录。
因此一段时期以来也采用醋酸纤维重量的在线测定法，其同样可用于过程控制。例如DE 28 15 025描述借助于Beta(β)射线测定制造的过滤嘴条的密度并由此测定质量。这种方法因此可以测定制造的过滤嘴杆的质量，其中该质量在这种情况下还包括醋酸纤维素质量和加入的甘油三乙酸酯含量。在该方法中按照以上所述的离线方法实现甘油三乙酸酯含量的测定。该方法也已受限地适用于控制过滤嘴杆的总质量，不过其限制是，该借助于β射线的密度测定不能检测测量物品的湿度变化。
DE 31 49 670 A1中描述另一可以说是在线测定。其中加入的醋酸纤维素量这样测定，即，将过滤嘴丝束捆定位在一秤上并在制造过程中连续检测材料的使用量。在同时测定单位时间内的切割数目(过滤嘴线段)时通过该两测量数值的组合可以推断每一过滤嘴杆使用的醋酸纤维素量。
如果另外通过外部的称量来测定过滤嘴杆的最终重量，则由使用的材料与实际的过滤嘴杆质量之间的差值得出加入的甘油三乙酸酯量。这种方法也有缺点，其只能有条件地称为在线方法，因为它需要制造的过滤嘴杆的附加的离线重量测定。按该方法得到的甘油三乙酸酯含量的频率由外部求得的总重测定的频率来确定。由于为此过滤嘴杆必须再次从生产流程中取出，这种的测定同样联系着不可忽视的废物量。此外秤的缺点是，不可能检测由过滤嘴丝束的某些缺陷产生的干扰。这些干扰因素是例如喷丝嘴的沉淀物在过滤嘴丝束制造过程中包括的影响，即短时地缺少2至5％的额定总纤度。这在最终效果上导致在相同的使用量时，由于过滤捆的重量减少使测定的过滤嘴杆轻约2.5％。结果这虚构成一过小的甘油三乙酸酯含量。此外借助该方法不能测定醋酸纤维素量和甘油三乙酸酯量的短时变化。
该方法的另一缺点在于，在醋酸纤维素量的测定中未考虑醋酸纤维素的湿度。醋酸纤维素的等重湿度在标准条件下约为5.5重量％。在通常的生产实践中由在过滤嘴丝束制造时的变化的过程参数引起的过滤嘴丝束的初始湿度在约3.5与7重量％之间变化。这种变化导致所述的甘油三乙酸酯量和醋酸纤维素量的重量测定的相对不精确性。为了完整性在这里还要提及，最终湿度并因此制造的过滤嘴杆的总重还可受过滤嘴杆制造时变换的过程参数的显著影响。例如应提及在这里的参数如房间气氛、加工速度和温度以及散布喷嘴上空气的空气湿度。
发明内容
本发明的目的在于，消除上述的现有技术的缺点并且描述一种装置用以同时连续测定醋酸纤维素和甘油三乙酸酯的质量以及控制制造过程。
按照本发明该目的通过上述装置来达到。
按本发明的用于制造香烟过滤嘴的装置，包括：一预加工装置，用以预加工(Aufbereiten)供给的过滤嘴丝束；一成型装置，用以形成一包封的过滤嘴条；和一结合于预加工装置中的定量装置，用以定量供给增塑剂，其中，在该用于制造香烟过滤嘴的装置中设有用于检测过滤嘴丝束材料的质量流量M1的传感器以及用于检测过滤嘴丝束材料和增塑剂质量的质量流量总和M2的传感器，其中，所述用于制造香烟过滤嘴的装置包括一测量与控制装置，该测量与控制装置与用于测定质量流量M1和质量流量M2的所述传感器这样连接，即，使得可以彼此独立地测量和控制过滤嘴材料质量及增塑剂质量。
在本发明的一优选的实施形式中，沿过滤嘴条运行方向看去，在增塑剂用的定量装置的前后设有传感器Sm1、Sm2，用于检测连续的过滤嘴条的长度相关的质量m1、m2，和传感器Sv1、Sv2，用以检测连续的过滤嘴条的当前速度v1和v2，其中由乘积m1×v1＝M1和m2×v2＝M2得出相应的质量流量。
采用的传感器Sm1、Sm2、Sv1和Sv2，原则上可以设置在总装置的不同的位置，其中对本发明重要的是，分别沿过滤嘴条运行方向看去，以“1”表示的传感器位于定量装置的前面而以“2”表示的传感器在其后面，因此质量传感器Sm1和速度传感器Sv1可以设置在过滤捆流程与定量装置之间的任何位置。
在一有利的实施形式中，直接邻接地设置用于检测速度v1的传感器Sv1和用于检测长度相关的质量m1的传感器Sm1。
所谓“直接邻接”应理解为，它们沿过滤嘴条的流程方向直接连续地设置，而在它们之间没有装置的另一元件。如果各传感器非接触式工作，则在必要时也可在同一位置进行测定。由此确保在过滤嘴条的一点处检测速度和长度相关的质量，并在相同的总条件下控制关于过滤嘴丝束的延伸状态。
由于特别是涉及传感器Sm1的测量灵敏度的原因，已证实特别有利的是，在过滤嘴丝束进入预加工装置AF的入口的前面测定质量流量M1。
成型装置F具有一带有成型带速度用测量装置的成型带和一切割装置，并且沿过滤嘴条运行方向看去，质量传感器设置在切割装置的直接前面，并且作为用于检测连续的过滤嘴条的当前速度V2的速度传感器采用用于成型带速度的测量装置。
用于检测连续的过滤嘴条的长度相关的质量m1和m2的质量传感器中至少之一是这种传感器，它适合于除测定长度相关的质量外还适用于测定当前的测量物品的湿度含量。
为了测定质量流量M1，使用一打包秤作为传感器。
在本发明的另一有利的实施形式中，传感器Sm2，沿过滤嘴条的运行方向看去，直接设置在切割装置的前面，并且作为传感器Sv2采用用于成型带速度的测量装置。
优选经由光学速度传感器检测速度v1和v2。这样的光传感器的优点是，可以非接触式实现两物体之间的相对速度的测定。因此在过滤嘴条的运行中不发生因测量引起的任何机械嵌接。在这样的光传感器中通常过滤嘴条的表面结构显影在光栅上，在那里其产生一光调制。借助一光电构件将该光调制转换为一与相对速度成比例的频率。用于非接触式测定一连续的材料条的速度的其他的可能性是可利用的，但这里保留而不提及。
作为“质量传感器”原则上可采用任何传感器，借此可以直接或间接检测一连续的材料条的长度相关的质量。
特别的优点是，除长度相关的质量还可以同时而与质量测定无关地测定测量物品的湿度含量，因为借此才能确定加工过程中的完全的质量平衡(湿度、醋酸纤维素质量、甘油三乙酸酯质量)。
因此优选借助于微波谐振器作为质量传感器测定长度相关的质量m1和m2。
用于检测连续的过滤嘴条的长度相关的质量m1和/或m2的质量传感器中至少之一包括一β辐射源和一β辐射探测器。
微波传感器包括一闭合的、由一塑料试验导向件贯穿的管形谐振器。
EP 0 468 023 B1中说明，例如通过两种物理效应的测定可以彼此独立地测定一产品的长度相关的质量和湿度，该产品处于微波谐振器的微波场中。微波谐振器在谐振频率时形成一固定的波，通过该波，借助于特殊开口和用介电质材料铺垫的产品导轨，使待测量的醋酸纤维素材料或过滤嘴材料移动。由于固定的微波与产品之间的特殊相互作用改变微波谐振器的谐振特性。这种谐振器的很大优点是，人们通过几何构形可以适应于极不同的应用并因此达到很好的测量效果和在产品内的很大的透入深度。此外不同于未采用谐振原理的测量技术(例如透射测量技术或散射测量技术)，微波能量的损失的测定由于吸入产品内具有精确的测量值的特性，这在透射测量中由于不能检测散射损失是没有的。在所述专利文件中实施了这种谐振器的一整系列的实施例：对于扁平的材料形式，例如其构成在预加工装置AF的全区内定量装置的前面的过滤嘴丝束条，特别适用一种传感器型式，其微波测量场可以很均匀地构成在1至3cm宽和达30cm长的测量间隙内，从而对于微波与产品之间的相互作用的强度来说产品在传感器中的位置是不重要的。这样的“叉式谐振器”是一种在振荡基型E010中激励的谐振器，其在集肤电流的方向被切开，从而测量区产生特别均匀的测量场。
对于在增塑剂涂敷以前醋酸纤维素条的侧面的单面测量，也适用一具有沿一平面表面的固定的波的平面传感器，其散射场从传感器表面起成指数一直降低到一10cm的最大伸展。一种这样的传感器描述于EP 0908 718中。
在第一散布喷嘴之前，先将过滤嘴丝束材料矫直到一平面的条，也可以采用一闭合的、由一塑料试验导向件贯穿的谐振器，其在E010振荡基型中激励并从而在试验区域具有一最大的测量场，亦即一最大的灵敏度。
在增塑剂涂敷以后构成的过滤嘴条的区域内，位置Sm2特别适用于成型传感器(Profilsensor)，借其特别是可达到向过滤嘴条方向的3mm以下的局部分辨率并且还很好适用于增塑剂涂层的均匀性的测定。这样的成型传感器例如公开于EP 0 889 321中。这样的传感器具有一垂直于其平面延伸的通孔。该通孔由金属的沿轴向方向延伸的壁限定并且基本上是平坦的。该谐振器优选充满电介质。其厚度显著小于其长度，亦即小于垂直于厚度的横向尺寸。
在这里要再次更详细地说明关于一种有利的实施形式的微波传感器的特别优点。作为直接的测量数值在微波谐振器测量技术中产生两个数值：谐振频率的变化A和谐振曲线相对于谐振器空行状态的半值宽度的递增B。谐振频率失谐A的第一效应主要取决于通过介电的产品的波长的缩短，该产品正好处于谐振器的测量场中(亦即属于所谓介电常数的实部)。第二效应B起因于微波能转变为热，其只在谐振器方法中可以被精确地测定(微波-炉效应或所谓介电常数的虚部)。由于两数值以相同的方式比例于测量场中的产品质量，其两者也适用于质量测定。一般为此采用参数A。为一方面两测量值以不同的方式取决于湿度。因此亦即两数值的商B/A提供一与质量无关的只取决于湿度的测量值，其可按材料湿度校准。利用该数值在另一方面可以校正湿度对质量值A的影响，从而可以显示出两独立的测量值：与质量无关的湿度和与湿度无关的质量。此外可以利用进入的醋酸纤维素条的湿度信息，以便通过质量流量的控制来均衡不同的醋酸纤维素捆之间及在各捆的内部的湿度变化。
微波测量法的一个较大的优点是，一次实现的校正的恒定性和其与材料参数变化的不相关性，如醋酸纤维素的制造参数的变化，例如其总纤度和其纤维直径。测量技术在最近时期已被优化到达到高的测量速度和精确度，从而各0.1毫秒以后可以显示出一新的湿度值和质量值，亦即每秒钟总有10,000个数值。
与此不同，也可以经由β射线实现密度测定。最后作为质量传感器也可考虑光传感器，其中利用红外线辐射经由散射光测定检测密度。这种传感器对于该测量技术的领域内的专家们是早已知的，因此在这里将不再更详细地讨论。不过后面两个方法具有缺点，其不能检测过滤嘴丝束的湿度，因此特别是甘油三乙酸酯测定比微波方法中附带有较高的不精确度。
按照本发明的另一优选的实施形式，质量流量M1也可以借助于按照DE 31 49 670 A1的一打包秤测定，此时取决于已提及的关于湿度平衡的限制。
按照本发明全部的传感器的初始信号输给或一控制装置和/或一显示装置。如果设置一控制装置，则可以实现利用本发明装置实施的方法的自动控制，这在生产条件下证明是特别有利的。与此不同也有可能，操作人员经由显示装置显出的信号自己掌握并完成相应的控制。如果设置所述两装置，则可以经由显示装置实现自动控制的操纵。
在一有利的实施形式中控制装置与预加工装置AF的驱动装置和齿轮泵相连接，该齿轮泵供给定量装置以必需的甘油三乙酸酯量。
附图说明
以下示例性参照附图更详细地描述本发明的装置的操作方式。唯一的附图示出本发明的用于制造香烟过滤嘴的装置的一个实施形式。
具体实施方式
一传统的过滤嘴杆制造机械，如其由现有技术已知的，操作如下：
供给过滤嘴杆制造机械的过滤嘴丝束由一捆8拔出并经由一所谓挂架9从那里导入预加工装置AF。在散布喷嘴3”的前面按顺序并列设置传感器Sv1和Sm1。
预加工装置AF一般包括两个散布喷嘴3和3’、一对制动辊1，借其给过滤嘴条一预延伸，以及各对拉伸辊2，它们以不同的速度转动并使过滤嘴条遭受一延伸。各拉伸辊可以设有螺纹形表面，从而只抓住伸展的通过的过滤嘴条的部分并将其延伸。按这种方式相对推延构成过滤嘴条的各个长丝束。此外，预加工装置在其出口具有一对偏转辊5，借其将伸展的过滤嘴条偏转向一个方向，该方向适于进入后置的成型装置F的进入喷嘴和进入齿。
各拉伸辊2和偏转辊5是被驱动的辊，它们以一规定的传动比相互运行。
在后连的成型装置F中将过滤嘴条挽卷到将来的香烟过滤嘴的直径，用纸包封，并接着将过滤嘴杆在一切割装置7中切成要求的长度。直接在切割装置7的前面设置传感器Sm2。作为过滤嘴条的运送装置，如上所述，使用纺织带，称为成型带6，其在粘合过程中牢固地包封过滤嘴条。如上所述，该运送装置的速度符合过滤嘴条在成型装置中并从而在定量装置4后面的速度。该速度借助于传感器Sv2测定。
醋酸纤维素质量的定量在按现有技术的过滤嘴杆制造机械中这样实现，即改变预加工装置AF与成型装置F之间的速度差，其中一般保持成型装置F的速度不变。
但也可以通过其他的措施改变醋酸纤维素质量。例如EP 0 629 356B1描述了通过改变制动辊对1上的制动辊压力来控制醋酸纤维素质量。
定量装置4优选设置在预加工装置中拉伸辊与偏转辊之间。由此实现增塑剂在完全伸展的过滤嘴条上的涂层。通常定量装置包括一喷盒，其中例如安装旋转的刷子，其用于将增塑剂精细雾化并抛到伸展的纤维条上。作为增塑剂通常采用甘油三乙酸酯或TEGDA(二缩三乙二醇二醋酸酯)。可能的增塑剂的完整的名单参见DE 19951062 A1。
通常借助于一齿轮泵将过程所需要增塑剂量供给定量装置4。其中通过改变该齿轮泵的驱动转速实现增塑剂的定量。
利用本发明的装置能够在制造过滤嘴杆的过程中同时控制过滤嘴材料或醋酸纤维素量和增塑剂量。
一般适用的是，过滤嘴丝束材料的质量流量在装置的所有位置是不变的。对于质量和速度的乘积M1和M2，只要没有增塑剂适于这样运行，
即      M1＝M2
并且一旦包括增塑剂则这样运行，即
M1＜M2
其中M1与M2之间的差值表示每一过滤嘴杆的增塑剂的量度。其应该为
W＝K×(M2-M1)+C
其中W是每一过滤嘴杆的增塑剂量，单位为mg，而K和C是系数，其通过校准确定。这两个校准系数是由传感器特性产生的数值。
经过这样的校准不仅能够控制每一过滤嘴杆的增塑剂含量，而且能够定量地连续测定该含量而与采用的过滤嘴丝束规格无关。
类似地适用于每一过滤嘴杆的所使用的过滤嘴丝束材料的质量M。其线性地取决于乘积M1。其应该为：
M＝K1M1+C1
其中K1和C1再次必须按照传感器特性通过校准来确定。
利用本发明的装置实施的控制导致使乘积M1和M2分别保持常数。
实践中已证实，在控制时基本上可能出现三种情况：
1.在预加工装置AF和成型装置F的速度不变时乘积M2变化，其中M1保持不变。这是对于定量供给过少或过多的增塑剂的一个标志。在这种情况下调节定量装置的齿轮泵的转速使乘积M2回到原来的数值。
2.乘积M1和乘积M2均变化，并且速度传感器Sv1的信号保持不变，其中信号Sm1变化。在这种情况下涉及断线。对此应该理解为喷丝嘴的沉淀物在过滤嘴丝束制造过程中包括的影响，即短时地缺少2至5％的额定总纤度。对于专家来说这样的干扰情况的影响是可清楚预见的。不控制的话这导致醋酸纤维素量在过滤嘴杆中的减少，并降低抗拉强度。
3.乘积M1和乘积M2均变化，其中速度传感器Sv1的信号变化而Sm1保持不变。在这种情况下作为原因出现过滤嘴条的卷曲指数的变化。这种干扰情况对于专家来说可清楚地识别，不控制同样导致过滤嘴杆中的醋酸纤维素量和抗拉强度的变化。
在后两种情况下将预加工装置AF的速度调节成使乘积M1回到原来的数值。
当然理论上也可能同时出现所有三种情况。在这种未必有的情况下首先重新调节M1，如所述回到原来的数值并紧接着如情况1中所述重新调节M2。
利用少许附加的计算费用，在采用微波传感器时，如上所述，也可以实现由产品与过程决定的湿度校准。当然为此应制订需要的传感器特定的校准曲线。不过在这里省略方法的详细描述。
在断线(情况2)的情况下，同样以少许计算费用将控制设计为，不是以恒定的醋酸纤维素重量为目标值，而是取得一恒定的抗拉强度。这种控制方式的前提是，抗拉强度、醋酸纤维素重量和总纤度之间的相关性是已知的。存在多个这样的计算模型。其中一个由Rhodia Acetow公司以名称“”销售。

Claims (15)

1. 一种用于制造香烟过滤嘴的装置，包括：一预加工装置(AF)，用以预加工供给的过滤嘴丝束；一成型装置(F)，用以形成一包封的过滤嘴条；和一结合于预加工装置中的定量装置(4)，用以定量供给增塑剂，其特征在于，在该用于制造香烟过滤嘴的装置中设有用于检测过滤嘴丝束材料的质量流量M1的传感器以及用于检测过滤嘴丝束材料和增塑剂质量的质量流量总和M2的传感器，其中，所述用于制造香烟过滤嘴的装置包括一测量与控制装置，该测量与控制装置与用于测定质量流量M1和质量流量M2的所述传感器这样连接，即，使得可以彼此独立地测量和控制过滤嘴材料质量及增塑剂质量.
2. 按照权利要求1所述的装置，其特征在于，沿过滤嘴条运行方向看去，在增塑剂用的定量装置(4)的前、后设有用于测定质量流量(M1、M2)的质量传感器(Sm1、Sm2)，用以检测连续的过滤嘴条的长度相关的质量m1、m2，和速度传感器(Sv1、Sv2)，用以检测连续的过滤嘴条的当前速度v1和v2，其中由乘积m1×v1＝M1得出定量装置之前的质量流量M1和由乘积m2×v2＝M2得出定量装置之后的质量流量M2.
3. 按照权利要求2所述的装置，其特征在于，直接邻接地设置用于检测速度v1的速度传感器(Sv1)和用于检测长度相关的质量m1的质量传感器(Sm1).
4. 按照权利要求2至3之一项所述的装置，其特征在于，用于检测长度相关的质量m1的质量传感器(Sm1)和用于检测速度v1的速度传感器(Sv1)设置在进入预加工装置(AF)的入口的前面.
5. 按照权利要求2至3之一项所述的装置，其特征在于，成型装置(F)具有一带有成型带速度用测量装置的成型带(6)和一切割装置(7)，并且沿过滤嘴条运行方向看去，质量传感器(Sm2)设置在切割装置的直接前面，并且作为用于检测连续的过滤嘴条的当前速度V2的速度传感器(Sv2)采用用于成型带速度的测量装置.
6. 按照权利要求2至3之一项所述的装置，其特征在于，用于检测连续的过滤嘴条的当前速度v1和v2的速度传感器(Sv1、Sv2)是光学速度传感器.
7. 按照权利要求1至3之一项所述的装置，其特征在于，用于检测连续的过滤嘴条的长度相关的质量m1和m2的质量传感器(Sm1、Sm2)中至少之一是这种传感器，它适合于除测定长度相关的质量外还适用于测定当前的测量物品的湿度含量.
8. 按照权利要求1至3之一项所述的装置，其特征在于，用于检测连续的过滤嘴条的长度相关的质量m1和m2的质量传感器(Sm1、Sm2)中至少之一是一种微波传感器.
9. 按照权利要求8所述的装置，其特征在于，微波传感器包括一叉式谐振器.
10. 按照权利要求8所述的装置，其特征在于，微波传感器包括一闭合的、由一塑料试验导向件贯穿的管形谐振器.
11. 按照权利要求8所述的装置，其特征在于，微波传感器构成为平面传感器。
12. 按照权利要求8所述的装置，其特征在于，微波传感器构成为成型传感器.
13. 按照权利要求1至3之一项所述的装置，其特征在于，用于检测连续的过滤嘴条的长度相关的质量m1和m2的质量传感器(Sm1、Sm2)中至少之一包括一β辐射源和一β辐射探测器.
14. 按照权利要求1至3之一项所述的装置，其特征在于，为了测定质量流量M1，使用一打包秤作为传感器.
15. 按照权利要求1至3之一项所述的装置，其特征在于，该装置包括一控制装置，用以自动控制过滤嘴材料和增塑剂的质量，该控制装置连接于预加工装置(AF)和定量装置(4).
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