CN112439267A - 形成烟雾过滤器的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本公开包括用于形成烟雾过滤器的设备。该设备包括成形喷嘴、导销和筒管；其中，成形喷嘴包括会聚通道、与第一工作流体源流体连接的至少一个第一内腔，以及将至少一个第一内腔与成形喷嘴的工作表面流体连接的多个第一孔；所述导销沿所述会聚通道的中心轴线设置，所述导销包括在运送方向上逐渐变细的细长体；所述筒管包括：第一通道、与第二工作流体源流体连接的至少一个第二内腔，以及将所述至少一个第二内腔与所述第一通道流体连接的多个第二孔。本公开还包括一种可以形成烟雾过滤器的方法。该用于形成烟雾过滤器的设备和方法具有较高的工作效率。

Description

形成烟雾过滤器的设备和方法

技术领域

本公开属于吸烟制品领域，具体涉及用于形成烟雾过滤器的设备、系统和方法。

背景技术

在烟草业中，制造吸烟制品(特别是烟雾过滤器)通常需要制造各种杆状制品。在本领域中已知通过例如丝束工艺形成烟雾过滤器的设备和方法，但是这些设备和方法具有各种缺点且效率低。因此，本文描述的公开内容是用于形成烟雾过滤器等的改进的设备、系统和方法。

发明内容

一示例性实施方式为一种可以促进形成烟雾过滤器的设备，该设备包括：会聚成形喷嘴，由工作流体将纤维束材料输送穿过该成形喷嘴；导销，该导销位于过滤材料穿过的该成形喷嘴的中心；以及筒管，纤维束材料穿过该筒管时注入相同或附加的工作流体。在整个过程中可以机械地致动或激励导销以调节导销的位置或方向。该设备还可以包括附加的加热或冷却部分，用于利用相同或附加的工作流体来处理纤维束材料。

另一示例性实施方式为一种可以形成烟雾过滤器的方法，该方法包括：由工作流体将纤维束材料穿过成形喷嘴并通过导销，以及使纤维束材料穿过筒管使其注入相同或附加的工作流体。该方法还可以包括操作导销，以及可以利用相同或附加的工作流体的附加的加热和冷却步骤。

附图说明

通过以下对本发明示例性实施方式的详细描述凸显本发明的优点，该描述应结合附图进行考虑，在附图中，相同的标号表示相同的元件，其中：

图1是促进形成烟雾过滤器的设备的示例性实施方式。

图2A是促进形成烟雾过滤器的设备的成形喷嘴的示例性实施方式。

图2B是促进形成烟雾过滤器的设备的成形喷嘴和导销的示例性实施方式。

图2C是促进形成烟雾过滤器的设备的筒管的示例性实施方式。

图2D是促进形成烟雾过滤器的设备的冷却工位的示例性实施方式。

图3A是促进形成烟雾过滤器的设备的导销的一种可能构造的示例性实施方式。

图3B是促进形成烟雾过滤器的设备的导销的另一种可能构造的示例性实施方式。

图3C是促进形成烟雾过滤器的设备的导销的另一种可能构造的示例性实施方式。

图3D是促进形成烟雾过滤器的设备的导销的另一种可能构造的示例性实施方式。

图3E是促进形成烟雾过滤器的设备的导销的另一种可能构造的示例性实施方式。

图4是可形成烟雾过滤器的方法的示意图。

具体实施方式

本发明的各方面在以下针对本发明的具体实施方式的描述和相关附图中公开。在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以设计出替代实施方式。另外，本发明的示例性实施方式中众所周知的元件将不进行详细描述或将省略，以免模糊本发明的相关细节。此外，为了促进对描述的理解，下面讨论本文使用的几个术语。

如本文所使用的术语“示例性”是指“作为示例、实例或说明”。本文中所描述的实施方式不是限制性的，而仅仅是示例性的。应当理解，所描述的实施方式不必被解释为比其他实施方式更优选或更有利。此外，术语“本发明的实施方式”、“实施例”或“发明”不要求本发明的所有实施方式都包括所讨论的特征、优点或操作模式。

根据示例性实施方式并大致参考附图，现公开用于形成烟雾过滤器的设备和方法的各种示例性实施方式。

参照图1，现提供了形成烟雾过滤器的设备100的示例性实施方式。过滤材料源10提供纤维束材料11，设备100作用于纤维束材料11。纤维束材料11可以由例如醋酸纤维素或纸组成。纤维束材料11可以以各种形式提供，例如以片、绳或管的形式进入设备100。然后可以将纤维束材料11输送穿过成形喷嘴20并通过导销30。

成形喷嘴20和导销30用于在进一步加工之前将纤维束材料11的形状转变成期望的形状或期望的中间形状。成形喷嘴20的会聚通道22优选地被成形为会聚棱柱。在示例性实施方式中，成形喷嘴20的会聚通道22的横截面可以是圆柱形的，但是也可以使用任何合适的横截面。会聚通道22的横截面不必关于任何轴线对称，并且可以使用不规则或椭圆的形状来容纳各种形式的纤维束材料或适应导销的任何支撑元件的需要。会聚通道22的会聚速率也不必恒定。

成形喷嘴20可以进一步设置有至少一个内腔28和工作表面24。成形喷嘴20的工作表面24可以被定义为纤维束材料11紧邻通过的表面。虽然工作表面24可以与成形喷嘴20的内表面或会聚通道22的表面重合，但是工作表面24不受这些特征的限制。工作表面24还可以设置有多个孔26或穿孔，这些孔或穿孔在工作表面24和成形喷嘴20的内腔28之间形成流体连接。成形喷嘴20的内腔28也可以与工作流体源71流体连接。因此，可以形成从工作流体源71延伸到工作表面24的流体回路。因此，由工作流体源提供的工作流体可以在多个孔26处离开该流体回路。

因此，成形喷嘴20的工作表面24的多个孔26可以被定位和定向以产生推进力，该推进力将纤维束材料11输送穿过成形喷嘴20。因此，纤维束材料11输送(convey)的方向确定了运送方向(transport direction)，在另一示例性实施方式中，该运送方向也可以被描述为由会聚通道22会聚的轴线和会聚方向限定的矢量。

由工作流体源71提供的工作流体还可以在与纤维束材料11接触时对纤维束材料11进行处理，例如加热、冷却、化学反应或其任意组合。

导销30是具有锥形尖端32的可变截面的细长体。导销可以相对于会聚通道22居中设置，并且可以与纤维束材料11的运送方向对齐，使得锥形尖端32大致指向运送方向。导销30相对于会聚通道22的布置不必是会聚通道的几何中心，尽管这在一些示例性实施方式中是优选的，但是在其他示例性实施方式中可以特别避免。导销30和锥形尖端32也不必要与运送方向精确对准，尽管这在一些示例性实施方式中是优选的，但是在其他示例性实施方式中可以特别避免。

导销30的锥形尖端32可以具有任意横截面，并且不限于圆形横截面。在一些示例性实施方式中，可能优选X形、三角形、星形、正方形、齿轮形、月牙形或任意其他数量的任意形状的横截面形状。横截面可以是凸形的，并且不需要在任何平面上对称。当尖端逐渐变细时，横截面也可能分解为多个单独的形状。

导销30可以通过静态或动态支撑件34固定。在一些优选实施方式中，该支撑件也可以固定至成形喷嘴20。在其他优选实施方式中，该支撑件可以连接至单独的支撑结构。在导销30被固定到动态支撑件的情况下，因此可以在工作期间操作导销30以改变其相对于成形喷嘴20的位置。通过在设备100工作期间操作导销30，可能会在烟雾过滤器产品内形成各种内部形状或结构。在一示例性实施方式中，导销30相对于成形喷嘴20轴向地移动可因此在烟雾过滤器产品内形成空隙和封闭。在另一示例性实施方式中，使导销30围绕其中心轴线旋转可以在烟雾过滤器产品内形成更错综复杂的空隙。使导销30围绕其中心轴线旋转还可以减少导销30与纤维束材料11之间的摩擦。在又一示例性实施方式中，调节导销30对准运送方向也能够更好地控制烟雾过滤器产品中空隙的形状。

在一优选的实施方式中，导销30和/或导销的锥形尖端32可以由牢固的刚性材料制成。在另一优选的实施方式中，导销30和/或导销的锥形尖端32可以由非刚性材料制成。当由非刚性材料构成时，导销30和/或锥形尖端32可以因此执行自定心功能，由此纤维束材料11与导销30和/或锥形尖端32之间的摩擦力引起后者变形以更精确地与纤维束材料11流的中心对准。因此，优选地，非刚性材料足够坚固以维持所需的横截面形状，但是又具有足够的柔性以能够根据这些需求而弹性变形。尽管在一实施方式中优选将所有变形限制在材料的弹性状态，但是在其他实施方式中，如果变形发生在材料的塑性状态中可能是合适的甚至是优选的。

设置筒管40，其包括通道42，纤维束材料11可以输送穿过该通道42。筒管40还可以包括与工作流体源72流体连接的至少一个内腔44。筒管40的通道42还可以设置有多个孔46，这些孔46形成与至少一个内腔44的流体连接。因此，形成了将工作流体源72与筒管40的通道42连接的流体回路。通过这种方式，由工作流体源72提供的工作流体可以是在筒管40的通道42中与纤维束材料11接触。

在一示例性实施方式中，筒管40的通道42中的多个孔46的位置和方向可以使得对纤维束材料11施加推进力输送纤维束材料11通过筒管40。在另一示例性实施方式中，多个孔46的位置和方向还可以进一步促进或实现由工作流体源72提供的工作流体对纤维束材料11进行处理，例如加热、冷却、化学反应或其任意组合。在一有利的实施方式中，由工作流体源72提供的工作流体是蒸汽，其可用于在纤维束材料11通过通道42时对其进行蒸煮。

在另一示例性实施方式中，可以在筒管的下游设置至少一个冷却工位50。每个冷却工位设置有通道52，纤维束材料11可输送穿过该通道52，至少一个内腔54与工作流体源73、74、75存在至少一个流体连接。以这种方式，由工作流体源73、74、75提供的工作流体可以进入内腔54。在优选实施方式中，将工作流体提供给冷却工位50的内腔52，以便在纤维束材料11通过冷却工位50的通道52时对其进行对流冷却。在该实施方式中，内腔54可以至少包括与相应的工作流体源73、74、75的第二流体连接，使得由工作流体源73、74、75提供的工作流体可以再循环通过冷却工位。

在另一示例性实施方式中，每个冷却工位还可以可操作地设置有多个孔56，这些孔56在冷却工位50的通道52和内腔54之间形成流体连接。以这种方式，可以使由工作流体源73、74、75提供的工作流体与纤维束材料11接触。多个孔56的位置和方向可使得由此提供的工作流体产生推进力以输送纤维束材料11通过冷却工位50。多个孔56的位置和方向还可以使得由此提供的工作流体可以对纤维束材料进行处理，例如冷却、化学反应或其任意组合。

在另一示例性实施方式中，可以在纤维束材料11流附近设置至少一个加热元件60。加热元件60可以构成红外加热装置、加热线圈或其他类似的装置，用于在纤维束材料11经过加热元件60附近时对其进行加热。在一示例性实施方式中，加热元件60可以有利地设置在成形喷嘴20的上游。在另一示例性实施方式中，可将加热元件60设置在成形喷嘴20或筒管40的下游。在另一示例性实施方式中，可将加热元件60设置在冷却工位50的上游、下游或在任意数量的冷却工位50之间。

可为设备100的各个组件的操作提供多个工作流体源71-75。还可以根据其相应组件的需要和数量来提供附加的工作流体源。由工作流体源71-75提供的工作流体的范围包括环境空气、压缩空气、水和蒸汽。由工作流体源71-75提供的工作流体也可以处于相应组件所需的各种温度下。因此，在一示例性实施方式中，工作流体源71-75可以被配置为向设备100的每个组件提供个性化的工作流体。在另一示例性实施方式中，一个或多个工作流体源71-75可以提供相同的工作流体或另一工作流体源71-75。另外，一个或多个工作流体源71-75可以是相同的工作流体源，例如，在一示例性实施方式中，可以是相同的压缩空气罐。例如，在一有利的实施方式中，工作流体源71可以提供加压环境空气，其可以被预热或不被预热，工作流体源72可以提供蒸汽，工作流体源73、74、75可以从已预冷或未预冷的同一源提供加压环境空气。在另一有利的实施方式中，工作流体源71和72都可以提供蒸汽。在另一有利的实施方式中，工作流体源73、74、75可以提供不同温度的加压空气。

参照图2A，提供了成形喷嘴20、会聚通道22、工作表面24、多个孔26和内腔28的示例性实施方式。导销30的端部与锥形尖端相对，可以还被视为导销30如何与成形喷嘴20配合的示例性实施方式。

参照图2B，提供了筒管40的示例性实施方式，以及导销30与筒管配合的一种构造。还示出了通道42、内腔44、多个孔46和工作流体源72。

参照图2C，提供了冷却工位50、通道52、内腔54、多个孔56和工作流体源73的示例性实施方式。

参照图3A，提供了用于导销30的动态支撑件300的示例性实施方式。在一有利的实施方式中，动态支撑件300包括电枢310，该电枢310被配置为相对于成形喷嘴20轴向地平移导销30。通过将导销30轴向向下游延伸，纤维束材料11可以流过并越过导销的锥形尖端32，从而使得纤维束材料在流过成形喷嘴20时不会闭合成实心形状，在最终烟雾过滤器产品的中间产生空隙。通过将导销30轴向向上游缩回，纤维束材料11可以流过成形喷嘴而不与导销30接触，从而使得纤维束材料11在穿过成形喷嘴20时闭合，在最终烟雾过滤器产品中产生实心棱柱材料。以这种方式，导销30的周期性的、轴向的振动或往复运动可用于在最终的烟雾过滤器产品中产生空隙和实心部分的重复图案。

参照图3B，提供了用于导销30的动态支撑件300的另一示例性实施方式。在另一有利实施方式中，动态支撑件300包括振动发生器320，该振动发生器320连接至导销30，使得由振动发生器320产生的振动机械地传递到锥形尖端32。这种振动有助于导销30和纤维束材料11两者接触时减小它们之间的摩擦。减少摩擦可以减少导销30上的磨损并减少最终烟雾过滤器产品的缺陷。在一有利的实施方式中，振动发生器被配置为提供超声频率或高于10kHz的频率的振动。在另一示例性实施方式中，也可以使用10kHz或更低频率的振动来达到相同的效果。

参照图3C，提供了用于导销30的动态支撑件300的示例性实施方式。在另一有利的实施方式中，动态支撑件包括用于使导销围绕其长轴旋转的电动机330。当与锥形尖端32的某些横截面形状耦合时，该旋转可在最终的烟雾过滤器产品内引入更复杂形状的空隙。该电动机320可以是最适合所需形状的伺服电动机、步进电动机、无刷电动机、有刷电动机或类似的电动机。导销30的旋转还可以减小导销30和纤维束材料11之间的摩擦。如上所述，这种摩擦的减小可以减小导销30上的磨损并减少最终产品中的缺陷。

在另一示例性实施方式中，锥形尖端32还可以进一步设置有螺纹322。这种螺纹322可以是粗的、细的或介于两者之间的尺寸。对于某些横截面，可以仅设置螺纹322以减小锥形尖端32和纤维束材料11之间的摩擦。对于其他横截面，可以设置螺纹322使得在考虑纤维束材料11的前进速度以及施加在其上的任意潜在的扭曲或旋转时，可以在纤维束材料11的所需横截面空隙形状与导销30和锥形尖端32的横截面形状之间保持相对旋转速度为零。鉴于此，螺纹322也可以不限于常规的螺纹形状，而是仅反映呈现螺纹状的旋转的横截面。

参照图3D，提供了用于导销30的动态支撑件300的另一示例性实施方式。在另一有利实施方式中，动态支撑件300包括气动对准系统340。在导销30和/或锥形尖端32由刚性材料制成的情况下，最好是允许以某种方式调节尖端，以便当目标波动时，使尖端更精确地保持在纤维束材料流11中心。为了实现对准，导销30的上游端还可包括杠杆端342，其突出到压力腔344中。压力腔344构造成使得当杠杆端342响应于锥形尖端342的运动而偏转时，压力腔344可因此施加抵抗该偏转的力。

压力腔344可被构造成使得杠杆端342的偏转导致压力腔344的任意数量的单个加压单元的体积减小，压力和反作用力增大。压力腔344也可以构造成使得杠杆端342的偏转使杠杆端342更靠近任意数量的压缩空气冲击射流，从而导致更高的反作用力。压力腔344也可以被构造成使得杠杆端342的偏转限制任意数量的空气通道，从而使通道中的压力增加并且因此反作用力增加。

相反，在另一优选实施方式中，气动对准系统340可以被起类似作用的基于弹簧的系统代替。代替压力腔344的该系统设置有弹簧锚和附接至导销30的杠杆端342的多个弹簧。因此，杠杆端342的偏转导致任意数量的弹簧伸展或收缩，其对应于抵抗偏转的力。

气动对准系统340或其基于弹簧的替代方案可进一步设置有设置在压力腔344或弹簧锚与锥形尖端32之间的支点346。

参照图3E，提供了用于导销30的动态支撑件300的另一示例性实施方式。在另一有利实施方式中，动态支撑件300包括流体轴承350。在一示例性实施方式中，导销30可以进一步设置有连接到工作流体源354的内腔352。导销30的锥形尖端32还可以设置有多个孔356，所述孔356在内腔352与锥形尖端32的外表面之间形成流体连接，因此就形成了从工作流体源354到锥形尖端32的表面的流体回路。通过这种方式，工作流体可以从导销30喷出，从而在纤维束材料11经过导销30时冲击或注入纤维束材料11。这样可以实现多个优点。

通过使用工作流体作为导销30和纤维束材料11之间的缓冲，可以显着减小两者之间的摩擦。减少摩擦因此可以减少导销30上的磨损以及减少最终产品中的缺陷。另外，工作流体还可以补充由其他工位例如但不限于筒管40的工作过程。在一有利的实施方式中，蒸汽可以由工作流体源354提供作为工作流体，除了减小纤维束材料11在导销30上通过时的摩擦之外，还用于烹煮纤维束材料。其他由工作流体源354提供的工作流体可以包括环境空气等。

参照图4，提供了用于形成烟雾过滤器产品的方法400的示例性实施方式。纤维束材料11或丝束可以进行可选的预加热步骤401，在该步骤中纤维束材料11被带到加热元件60的附近。然后，纤维束材料11或丝束可以通过成形喷嘴20，进行第一成形步骤402。一旦形成，纤维束材料11可以在第二成形步骤403中通过导销30。在该第二成形步骤403期间，可以可选地将导销连接至动态支撑件300，和动态致动404以帮助减小摩擦、赋予最终烟雾过滤器产品内部所需的形状或两者。然后，纤维束材料11或丝束可以被输送穿过筒管40，以通过工作流体源72来进行烹煮步骤405。最后，纤维束材料11或丝束可以被输送通过冷却工位50，进行冷却步骤406，该冷却步骤406可以重复多次以达到所需的最终温度。另外，预加热步骤401可以在烹煮步骤405之前的过程中的任意时间点发生。

前面的描述和附图示出了本发明的原理、优选实施方式和操作模式。然而，本发明不应被解释为限于以上讨论的具体实施方式。本领域技术人员应当理解上面讨论的实施方式的其他变型(例如，根据需要，与本发明的某些配置相关联的特征可以代之以与本发明的任意其他配置相关联)。

因此，上述实施方式应被认为是说明性的而非限制性的。因此，应当理解，本领域技术人员可以对上述实施方式进行变型而不脱离由所附权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (19)

1.一种用于形成烟雾过滤器的设备，包括：

成形喷嘴，其中纤维束材料穿过所述成形喷嘴，所述成形喷嘴包括会聚通道、与第一工作流体源流体连接的至少一个第一内腔，以及将至少一个第一内腔与成形喷嘴的工作表面流体连接的多个第一孔，所述多个第一孔的位置和方向使得第一工作流体穿过多个第一孔沿运送方向将所述纤维束材料输送穿过所述成形喷嘴；

导销，所述导销沿所述会聚通道的中心轴线设置，所述导销包括在运送方向上逐渐变细的细长体，和

筒管，所述筒管设置在所述成形喷嘴的下游，所述筒管包括：第一通道，所述纤维束材料输送穿过所述第一通道；与第二工作流体源流体连接的至少一个第二内腔；以及将所述至少一个第二内腔与所述第一通道流体连接的多个第二孔，所述多个第二孔的位置使得第二工作流体在穿过所述多个第二孔时注入所述纤维束材料。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述导销安装在平移装置上，所述平移装置使所述导销相对于所述成形喷嘴轴向移动。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述导销还包括激励装置。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述激励装置是振动发生器，所述振动发生器振动地连接到所述导销。

5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述激励装置是电动机，所述电动机与所述导销不可旋转地连接。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述导销还包括螺纹。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述导销还包括与第三工作流体源流体连接的至少一个第三内腔，以及将所述至少一个第三内腔与所述导销的外部流体连接的多个第三孔。

8.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述激励装置是气动自对准系统。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括至少一个加热元件，所述加热元件邻近于纤维束材料流设置。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括至少一个冷却工位，其布置在所述筒管的下游，所述冷却工位包括：第二通道，所述纤维束材料输送穿过所述第二通道；与第四工作流体源具有至少一个流体连接的至少一个第四内部通道，其中第四工作流体穿过所述第四内部通道以冷却所述纤维束材料。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述至少一个冷却工位还包括将所述至少一个第四内部通道与所述第二通道流体连接的多个第四孔，使得所述第四工作流体冲击所述纤维束材料。

12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一工作流体和所述第二工作流体是相同的。

13.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述第一工作流体、所述第二工作流体和所述第三工作流体中的至少一个与所述第一工作流体、所述第二工作流体和所述第三工作流体中的至少一个相同。

14.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述第一工作流体、所述第二工作流体和所述第四工作流体中的至少一个与所述第一工作流体、所述第二工作流体和所述第四工作流体中的至少一个相同。

15.一种形成烟雾过滤器的方法，包括：

使第一工作流体流过吸气成形喷嘴，以输送纤维束材料穿过所述成形喷嘴并流过相对于成形喷嘴中心设置的导销；和

使第二工作流体流过吸气筒管，以在输送纤维束材料穿过所述筒管时向所述纤维束材料注入所述第二工作流体。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，机械地致动所述导销，使得所述导销发生以下至少一种情况：

沿所述成形喷嘴的第一中心轴线平移往复运动；

振动；

围绕所述导销的第二中心轴线旋转；

对准成形喷嘴的第一中心轴线。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，抽吸所述导销使得第三工作流体流过所述导销并流入所述纤维束材料通过的路径。

18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括使第四工作流体流过至少一个冷却工位，以便在所述纤维束材料输送通过冷却工位时冷却所述纤维束材料。

19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括使纤维束材料通过加热元件。

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