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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beleimen eines bewegten Umhüllungsstreifens für stabförmige Produkte der Tabak verarbeitenden Industrie und eine Anlage mit einer derartigen Vorrichtung mit den Merkmalen der Oberbegriffe von Anspruch 1 und Anspruch 7.
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Unter stabförmigen Produkten der Tabak verarbeitenden Industrie werden im Sinne der Erfindung sowohl Filter als auch Tabakstöcke verstanden, welche selbst durch einen Umhüllungsstreifen formfixiert sind und in einem kontinuierlichen Herstellungsprozess von einem endlosen Strang abgetrennt werden. Die Filter und die Tabakstöcke werden nach dem Abtrennen von dem Strang in einer Filteransetzmaschine mittels eines weiteren auch als Belagpapier bezeichneten Umhüllungsstreifens zu dem fertigen Produkt miteinander verbunden. Der Umhüllungsstreifen dient dabei jeweils zur Fixierung des eingelegten Filtermaterialfaser- oder Tabakstranges und wird in einem Formatabschnitt der Anlage mittels eines auf einem Formatgrund geführten Formatbandes um den Filtermaterialfaser- oder Tabakstrang herumgelegt und mit den Rändern übereinander gelegt und verklebt.
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Zum Verkleben des Umhüllungsstreifens wird der Umhüllungsstreifen vor dem Aufeinanderlegen der Ränder an einer feststehenden Vorrichtung zum Beleimen vorbeigeführt und an einem der Ränder mit einer Leimnaht aus Kalt- und/oder Heißleim versehen. Die feststehende Vorrichtung umfasst unter anderem eine in Auftragsrichtung des Kalt- und/oder Heißleims zu dem Umhüllungsstreifen feststehende Düse, der der Heißleim oder Kaltleim mittels einer Fördereinrichtung aus einem Leimreservoir zugeführt wird. Die Düse ist dabei derart ausgerichtet, dass die Austrittsöffnung der Düse auf den Rand des vorbei bewegten Umhüllungsstreifens gerichtet ist, so dass der aus der Düse austretende Leimstrom aus Kalt- oder Heißleim in Form einer Leimspur auf den Rand des Umhüllungsstreifens aufgetragen wird. Aufgrund der hohen Produktionsgeschwindigkeit der Produkte wird der Umhüllungsstreifen dabei mit einer sehr hohen Geschwindigkeit von 5 bis 10 m/s an den Düsen der Vorrichtung vorbei bewegt.
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Je nach der Verwendung von Kaltleim oder Heißleim muss die Leimnaht nach dem Verkleben der Ränder anschließend zum Aushärten entweder gekühlt oder erwärmt werden. Sofern die Leimnaht aus Heißleim gebildet ist, kann es passieren, dass die Leimnaht während einer nachfolgenden unbeabsichtigten Erwärmung, z. B. bei der Lagerung oder dem Weitertransport der Produkte oder auch bei einer sehr langen Lagerung, wieder aufschmilzt und sich dadurch löst, wodurch sich die bereits formfixierten Produkte wieder auflösen können. Zur Vermeidung dieses Problems werden die Umhüllungsstreifen in diesem Fall mit einer zusätzlichen, aus Kaltleim bestehenden Unterstützungsnaht versehen, welche parallel zu der Leimnaht aus Heißleim angeordnet ist. Eine solche Unterstützungsnaht muss insbesondere bei dem Umhüllungsstreifen des Filters vorgesehen werden, wenn die Filter nicht unmittelbar anschließend in einer Filteransetzmasche mit den fixierten Tabakstöcken verbunden, sondern stattdessen zunächst zwischengelagert werden. Außerdem kann die Unterstützungsnaht zusätzlich auch zur Vorfixierung des Filtermaterialfaserstranges an dem Umhüllungsstreifen genutzt werden.
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Ein weiteres beim Auftragen der Leimnaht zu beachtendes Problem besteht darin, dass der Kalt- oder Heißleim beim Auftragen nicht durch den Umhüllungsstreifen durchschlagen darf, wodurch die Maschine verschmutzen würde, und der kontinuierliche Herstellungsprozess der Produkte gestört werden kann. Ferner muss die Leimnaht in einer vorbestimmten Lage mit einer möglichst hohen Lagegenauigkeit auf den Umhüllungsstreifen aufgetragen werden, damit die Nahtlagen der fertigen Produkte den von den Herstellern geforderten hohen Qualitätsstandards entsprechen.
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Aufgrund dieser hohen Anforderungen an das Auftragen der Leimnaht im Allgemeinen werden die Düsen zum Auftragen des Kalt- oder Heißleims so dicht an dem vorbei bewegten Umhüllungsstreifen angeordnet, dass der Umhüllungsstreifen an den Austrittsöffnungen der Düsen anliegt. Der Heiß- oder Kaltleim wird dadurch beim Austreten aus den Düsen unmittelbar auf den an der Düse anliegenden Rand des Umhüllungsstreifens aufgetragen und durch die Bewegung des Umhüllungsstreifens abtransportiert.
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Ein grundsätzliches Problem dieser Beleimung ist darin zu sehen, dass ein Teil des aus den Düsen austretenden Leims nicht von der Umhüllungsbahn abtransportiert wird und stattdessen zu einer Verschmutzung der Vorrichtung führt. Sofern die Beleimung des Umhüllungsstreifens in einem Unterlauf des Umhüllungsstreifens erfolgt kann der nicht abtransportierte Kalt- oder Heißleim in einen regelmäßig zu leerenden Behälter heruntertropfen. Außerdem entstehen in Bewegungsrichtung der Umhüllungsbahn hinter den Düsen sogenannte an den Düsen anhaftende Leimnasen, welche in regelmäßigen Abständen manuell abgebrochen werden müssen. Zur Durchführung dieser manuellen Reinigungsmaßnahmen kann es dabei erforderlich sein, dass die gesamte Anlage kurzzeitig angehalten werden muss.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Beleimen eines bewegten Umhüllungsstreifens für stabförmige Produkte der Tabak verarbeitenden Industrie bereitzustellen, mit der der Leim auch unter den hohen Anforderungen mit einer möglichst hohen Genauigkeit, bei möglichst geringen Verschmutzungen aufgetragen werden kann.
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Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und eine Anlage mit den Merkmalen von Anspruch 7 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Düse derart angeordnet ist, dass die Austrittsöffnung der Düse in einem Abstand zu dem vorbei bewegten Umhüllungsstreifen angeordnet ist. Die vorgeschlagene beabstandete Anordnung der Düse weist gegenüber der im Stand der Technik bisher verwendeten kontaktierenden Anordnung den grundsätzlichen Vorteil auf, dass der aus der Düse austretende Kalt- oder Heißleimstrom ohne einen von dem Umhüllungsstreifen ausgeübten Gegendruck aus der Düse austritt. Dadurch wird verhindert, dass sich der Kaltleim oder Heißleim an der die Austrittsöffnung begrenzenden Wandung der Düse zu einer Leimnase aufstaut. Die Leimnaht wird stattdessen durch den geschaffenen Abstand und die hohe Geschwindigkeit des vorbei bewegten Umhüllungsstreifens von der Düse aktiv und nahezu widerstandslos abtransportiert, so dass ein Anhaften oder Tropfen von überschüssigem Kalt- oder Heißleim an der Düse verhindert werden kann. Ferner kann die Leimspur dadurch mit einer sehr hohen Lagegenauigkeit und einer geringen Gefahr des Durchschlagens durch den Umhüllungsstreifen aufgetragen werden.
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Dabei hat es sich herausgestellt, dass die auf den Umhüllungsstreifen mittels der beabstandeten Düse aufgetragene Leimnaht trotz des Abstandes der Austrittsöffnung mit einer ausreichend hohen Haftkraft mit dem Umhüllungsstreifen verbunden werden kann, so dass sich die Leimspur auch bei den in einer nachfolgenden Umlenkeinrichtung wirkenden Zentrifugalkräften nicht von dem Umhüllungsstreifen löst. Dadurch kann eine Anlage mit einer bauraumoptimierten Anordnung der Leimdüsen vor einer Umlenkeinrichtung und einer gleichzeitig qualitativ hochwertigen Leimspur bereit gestellt werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der Abstand 0,1–10 mm, vorzugsweise 0,2–5 mm, und besonders bevorzugt 1,0 bis 2,5 mm beträgt. Die vorgeschlagenen Abstände der Austrittsöffnung von dem Umhüllungsstreifen haben sich hinsichtlich der sich gegensätzlich gegenüberstehenden Anforderungen einer ausreichenden Haftkraft der Leimspur auf dem Umhüllungsstreifen bei gleichzeitigem nicht Durchschlagen des Kalt- oder Heißleims durch den Umhüllungsstreifen als optimal herausgestellt. Außerdem kann durch die vorgeschlagene Bemessung des Abstandes die Bildung der nachteiligen Leimnasen verhindert werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass der Durchmesser der Austrittsöffnung der Düse 0,2 bis 1,0 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 mm, und besonders bevorzugt 0,2 bis 0,35 mm beträgt. Durch die vorgeschlagene Bemessung des Durchmessers der Austrittsöffnung kann ein ausreichender Leimstrom mittels der kontaktlos angeordneten Düse zur Erzeugung der Leimnaht auf den Umhüllungsstreifen aufgetragen werden, welcher gleichzeitig die Bildung einer nicht abreißenden Leimspur in einer gewünschten Breite bei der hohen Bewegungsgeschwindigkeit des Umhüllungsstreifens ermöglicht.
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Der Druck, mit dem die Düse mit dem Kalt- oder Heißleim beaufschlagt wird, sollte ferner 5 bis 35 bar, vorzugsweise 10 bis 35 bar, und besonders bevorzugt 7,5 bis 25 bar betragen. Die vorgeschlagenen Drücke haben sich insofern als sinnvoll herausgestellt, da sich dadurch trotz des Abstandes der Austrittsöffnung eine ausreichende Haftverbindung der Kalt- oder Heißleimmasse auf den Umhüllungsstreifen erzielen lässt, ohne dass sie dabei durch den Umhüllungsstreifen durchschlägt.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass der Kalt- oder Heißleim in einer Menge von 2 bis 15 Gramm, und vorzugsweise 4 bis 8 Gramm pro 500 Meter Länge des Umhüllungsstreifens aufgetragen wird. Die vorgeschlagene Menge an Kalt- oder Heißleim hat sich in Versuchen als ausreichend für eine qualitativ hochwertige und dauerhafte Nahtverbindung der Produkte herausgestellt, wobei die Menge aufgrund der durch die erfindungsgemäß vermiedenen Verluste an Kalt- oder Heißleim weiter auf ein Minimum reduziert werden kann.
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Insbesondere hat sich aus Versuchen herausgestellt, dass eine qualitativ hochwertige und ununterbrochene Leimspur dadurch aufgetragen werden kann, wenn das Verhältnis des Abstandes der Düse zu dem Durchmesser der Austrittsöffnung 1,5 bis 15,0, vorzugsweise 2,0 bis 7,5, und besonders bevorzugt 3,5 bis 6,0 beträgt. Der Abstand der Düse und der Durchmesser der Austrittsöffnung stellen entscheidende Auslegungsparameter zur Bemessung der Leimspur auf dem Umhüllungsstreifen dar, wobei durch die vorgeschlagenen Verhältnisse insbesondere ein möglichst widerstandsfreier Abtransport der Leimmasse durch den Umhüllungsstreifen ohne die Bildung von Leimnasen ermöglicht werden kann.
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Aufgrund der hohen Bewegungsgeschwindigkeit des Umhüllungsstreifens, der hohen Qualitätsanforderungen an die Dicke und die Lage der Leimspur und der möglichst zu vermeidenden Verunreinigungen stellt die vorgeschlagene Lösung eine gegenüber der im Stand der Technik bisher verwendeten kontaktierenden Anordnung der Austrittsöffnungen eine Weiterentwicklung dar, deren Erfolg zunächst nicht zu erwarten war. Die Leistung der Erfindung besteht demnach darin, das bisher langjährige Prinzip der kontaktierenden Anordnung der Austrittsöffnungen in Frage zu stellen, und stattdessen einen Abstand vorzusehen, der insbesondere hinsichtlich der zu erzielenden Lagegenauigkeit und Haftkraft der Leimspur zunächst als nachteilig erscheint. Entgegen des zunächst zu erwartenden Nachteils hat sich aber herausgestellt, dass sich durch den Abstand der Austrittsöffnung einschließlich der vorgeschlagenen Bemessung der Parameter sogar eine Leimspur wenigstens derselben Qualität erzielen lässt, und die bisher vorhandenen Verunreinigungen an der Vorrichtung gleichzeitig vermindert oder sogar gänzlich vermieden werden können.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
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1: Vorrichtung zum Beleimen eines bewegten Umhüllungsstreifens mit zwei Düsen in einer ersten Anordnung;
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2: Vorrichtung zum Beleimen eines bewegten Umhüllungsstreifens mit zwei Düsen in einer zweiten Anordnung;
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3: Vorrichtung zum Beleimen eines bewegten Umhüllungsstreifens mit zwei Düsen in einer dritten Anordnung;
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4: Düse mit einer zu einem Umhüllungsstreifen beabstandeten Austrittsöffnung in vergrößerter Querschnittsdarstellung; und
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5: Umhüllungsstreifen mit einer Düse und einer aufgetragenen Leimspur in Sicht von oben.
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In der 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beleimen eines bewegten Umhüllungsstreifens 4 mit zwei Düsen 8 und 9 von jeweils einer Auftragseinrichtung 1 und 2 zu erkennen. Der Umhüllungsstreifen 4 ist z. B. ein Strang eines endlosen Zigarettenpapiers oder Filterpapiers, welcher in bekannter Weise von unten zugeführt wird und über eine Umlenkeinrichtung 5 auf ein ebenfalls endloses Formatband 7 aufgelegt wird. Gleichzeitig wird auf den umgelenkten Umhüllungsstreifen 4 von oben ein endloser Tabak- oder Filtermaterialfaserstrang 3 aufgelegt. Das Formatband 7 wird über eine zweite Umlenkeinrichtung 6 auf einen Formatgrund geführt und dient dem Transport des Umhüllungsstreifens 4 mit dem aufgelegten Tabak- oder Filtermaterialfaserstrang 3 während der weiteren Bewegung auf dem Formatgrund. Der Formatgrund selbst ist einschließlich nicht dargestellter darauf angeordneter Deckleisten mit einer Formgebung versehen, durch die insgesamt ein Formgebungskanal gebildet wird, durch den der Umhüllungsstreifen 4 während der Transportbewegung um den Tabak- oder Filtermaterialfaserstrang 3 herumgeschlagen und anschließend zur Fixierung an den übereinander gelegten Rändern miteinander verklebt wird.
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Die Düsen 8 und 9 der Auftragseinrichtungen 1 und 2 sind in Richtung des Umhüllungsstreifens 4 feststehend ausgebildet und jeweils über eine nicht dargestellte Fördereinrichtung mit fließfähigem Kalt- oder Heißleim beaufschlagbar. Die im Unterlauf des Umhüllungsstreifens 4 vor der Umlenkeinrichtung 5 angeordnete Düse 9 der Auftragseinrichtung 2 ist mit Kaltleim beaufschlagbar, während die nach der Umlenkeinrichtung 5 angeordnete Düse 8 der Auftragseinrichtung 1 mit Heißleim beaufschlagbar ist. Die von der Düse 9 aufgetragene Leimspur an Kaltleim bildet die Unterstützungsnaht, während die von der Düse 8 aufgetragene Leimspur an Heißleim die eigentliche Klebenaht bildet. Die Auftragseinrichtung 1 mit der Düse 8 ist in vertikaler Ausrichtung dargestellt, sie kann aber auch bei einem Auftragen der Leimspur an einem bereits hochgeschlagenen Rand des Umhüllungsstreifens 4 horizontal ausgerichtet sein. In diesem Fall ist das Problem der Verschmutzung der Vorrichtung durch die Leimnasen und den nicht auf den Umhüllungsstreifen 4 aufgetragenen Überschuss an Heißleim umso größer, da sich in diesem Fall durch den Leimüberschuss ein die Düse 8 umgebender „Leimsee” bildet. Sowohl die Düse 8 als auch die Düse 9 sind in senkrechter Ausrichtung zu dem Umhüllungsstreifen 4 dargestellt, es kann aber sinnvoll sein, die Düsen 8 und 9 in Bewegungsrichtung B (siehe 5) des Umhüllungsstreifens 4 winklig anzustellen. In diesem Fall würde die Bewegungsrichtung des austretenden Kalt- oder Heißleimstroms bereits eine vektorielle Komponente in Bewegungsrichtung B des Umhüllungsstreifens 4 aufweisen, so dass der flüssige Kalt- oder Heißleim mit einer geringeren Relativgeschwindigkeit auf den Umhüllungsstreifen 4 auftrifft.
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In den 2 und 3 sind jeweils alternative Anordnungen der Auftragseinrichtungen 1 und 2 zu erkennen, bei denen die Auftragseinrichtungen 1 und 2 jeweils beide paarweise dem Ober- oder Unterlauf des Umhüllungsstreifens 4 zugeordnet sind. Eine paarweise Anordnung der Auftragseinrichtungen 1 und 2 nebeneinander kann insofern von Vorteil sein, da die von den Düsen 8 und 9 aufgetragenen Leimspuren dadurch aufgrund des geringeren Abstandes der Auftragseinrichtungen 1 und 2 zueinander mit einer sehr viel höheren Genauigkeit der relativen Lage zueinander aufgetragen werden können.
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Die Beleimung des Umhüllungsstreifens 4 ist insofern grundsätzlich problematisch, da der Umhüllungsstreifen 4 mit einer Geschwindigkeit von 5–10 m/s bewegt wird und selbst aus einem dünnen begrenzt durchlässigen Material besteht. Der Kalt- oder Heißleim soll aber trotz der hohen Geschwindigkeit des Umhüllungsstreifens 4 mit einer sehr hohen Lagegenauigkeit und in einer ununterbrochenen Leimspur mit einer vorgegebenen Dicke auf den Umhüllungsstreifen 4 aufgetragen werden, ohne dabei den Umhüllungsstreifen 4 zu durchdringen. Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe, nämlich die bekannten Leimnasen zu verhindern und die Verschmutzung im Allgemeinen zu vermindern, ein Ergebnis aufwendiger Erprobungen und Auslegungen.
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In Abkehr von der langjährigen Praxis, die Austrittsöffnungen der Düsen 8 und 9 in Kontakt zu dem Umhüllungsstreifen 4 anzuordnen, werden die Düsen 8 und 9, wie anhand der in der 4 vergrößert dargestellten Düse 9 zu erkennen ist, derart angeordnet, dass ein Abstand A in Austrittsrichtung K des Kaltleimstromes zwischen der Austrittsöffnung 12 und dem Umhüllungsstreifen 4 vorhanden ist. Dieser Abstand A bewirkt, dass der durch den Strömungskanal 10 in der Düse 9 zugeführte flüssige Kaltleimstrom durch die Austrittsöffnung 12 austreten kann, ohne dass dabei ein Gegendruck des Umhüllungsstreifens 4 überwunden werden muss. Durch den austretenden Kaltleimstrom wird auf dem Umhüllungsstreifen 4 eine Leimspur 11 aufgetragen, welche eine durch den Durchmesser der Austrittsöffnung 12 definierte Breite und eine durch die austretende Menge an Leim je Zeiteinheit und die Bewegungsgeschwindigkeit des Umhüllungsstreifens 4 definierte Dicke aufweist.
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Hierzu sei nochmals erwähnt, dass bei der im Stand der Technik bisher angewandten kontaktierenden Anordnung der Austrittsöffnung 12 der austretende Kaltleimstrom zunächst den Umhüllungsstreifen 4 geringfügig verdrängen muss, damit sich ein Spalt bildet, durch den der Kaltleimstrom schließlich seitlich austreten kann.
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Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Abstand A kann der Leimstrom hingegen austreten, ohne dass der Umhüllungsstreifen 4 dazu ausgelenkt werden muss. Im Umkehrschluss drängt der Umhüllungsstreifen 4 den austretenden Kaltleim auch nicht gegen die Stirnseite der Düse 9, wodurch die Entstehung der bisher vorhandenen Leimnasen an der Wandung der Düse 9 verhindert werden kann. Im Idealfall kann die gesamte Anlage dadurch unterbrechungsfrei, z. B. über eine gesamte Schicht von 7 Stunden, betrieben werden, ohne dass dabei eine Reinigung der Anlage im Bereich der Vorrichtung zum Beleimen erforderlich ist.
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In aufwendigen Erprobungen haben sich dabei die vorgeschlagenen Abstände A und die Durchmesser D der Austrittsöffnung 12 als bevorzugt herausgestellt, um einen kontinuierlichen Auftrag der Leimspur ohne die Bildung der bekannten Leimnasen zu erzielen. Da die zum Abtransport der Leimmasse zur Verfügung stehende freie Querschnittsfläche nach dem Austritt aus der Austrittsöffnung 12 unmittelbar von dem Abstand A abhängt und der austretende Volumenstrom aus der Austrittsöffnung 12 wiederum von deren Durchmesser D abhängt, werden ferner optimierte Verhältnisse des Abstandes A zu dem Durchmesser D der Austrittsöffnung 12 vorgeschlagen, durch die eine Leimspur mit möglichst geringen Verunreinigungen an der Vorrichtung aufgetragen werden kann. Ferner haben sich hinsichtlich einer idealen Dicke der Leimspur 11 die vorgeschlagene Menge an Kaltleim je Länge des Umhüllungsstreifens 4 und der vorgeschlagene Druckbereich, mit dem die Düse 9 mit Leim beaufschlagt wird, als sinnvoll herausgestellt.
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In der 5 ist der Umhüllungsstreifen 4 in Sicht von oben zu erkennen. Die Austrittsöffnung 12 ist auf den Rand 4a des Umhüllungsstreifens 4 gerichtet, so dass durch die Bewegung des Umhüllungsstreifens 4 in Bewegungsrichtung B die schmale Leimspur 11 auf den Rand 4a aufgetragen wird. Je nach Ausrichtung des Randes 4a kann das Auftragen der Leimspur 11 dabei sowohl in horizontaler oder auch vertikaler Richtung erfolgen.
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Es hat sich als besonderer nicht zu erwartender Vorteil herausgestellt, dass die von der Düse 9 aufgetragene Leimspur 11 auch dann auf dem Umhüllungsstreifen 4 haften bleibt, wenn der Umhüllungsstreifen 4 nachfolgend, wie bei einer in 1 gezeigten Anordnung der Düse 9, unter Entstehung von hohen Radialkräften an der Umlenkeinrichtung 5 umgelenkt wird. Aus diesem Grunde kann die Anlage gemäß der in der 1 dargestellten Anordnung ausgebildet werden, ohne dass dies Nachteile für die Qualität der Beleimung des Umhüllungsstreifens 4 zur Folge hat.
