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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Komprimierung, insbesondere zur Vorkomprimierung, eines Strangs aus Filtermaterial mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1, sowie ein korrespondierendes Verfahren zur Komprimierung, insbesondere zur Vorkomprimierung, eines Strangs aus Filtermaterial mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 10.
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Bei der Herstellung von Filtersegmenten für Rauchartikel werden als Filtermaterial beispielsweise Zelluloseacetatfasern verwendet, welche für oder bei einer Umhüllung mit einem Umhüllungsstreifen komprimiert werden.
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Problematisch bei einer entsprechenden Komprimierung von Filtermaterialien ist, dass bei der Komprimierung, insbesondere im oberen Bereich von der Deckleiste oder auch dem sog. Finger, das Filtermaterial einer hohen Reibleistung ausgesetzt sein kann, was zu einem Aufheizen der Oberfläche der Deckleiste führen kann. Dies wird vor allem verstärkt, wenn das Basismaterial der Filter einen zu großen Durchmesser aufweist und somit einen hohen Komprimierungsgrad erfordert. Bei den typischerweise verwendeten Filtermaterialien, wie beispielsweise Zelluloseacetatfasern, kann es daher zu einem Anschmelzen und Anhaften von Zelluloseacetat an der Deckleiste kommen, was es zu vermeiden gilt.
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Für eine Kompensation der potentiell hohen Reibleistung ist es bekannt, eine Vorkomprimierung des Filtermaterials vorzunehmen, wobei die Vorkomprimierung prinzipiell der gleichen Problematik unterliegt.
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Aus der
EP 2 767 177 B2 ist beispielsweise eine Vorrichtung zur momentanen Komprimierung von Filtermaterial bekannt.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, welche eine verbesserte Komprimierung von Filtermaterialien ermöglicht.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Komprimierung, insbesondere zur Vorkomprimierung, eines Strangs aus Filtermaterial mit den Merkmalen von Anspruch 10 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird nach Anspruch 1 eine Vorrichtung zur Komprimierung, insbesondere zur Vorkomprimierung, eines Strangs aus Filtermaterial vorgeschlagen, wobei der Strang auf seiner Unterseite von einem Auflager gestützt ist und auf dem Auflager in einer Förderrichtung förderbar ist. Auf der Oberseite ist eine Kompressionseinheit vorgesehen, welche ein über mindestens zwei Umlenkrollen geführtes, umlaufendes Band aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass das umlaufende Band auf einer Innenseite von einem Gleitschuh der Kompressionseinheit gestützt ist, und dass das umlaufende Band den Strang mit einer Außenseite im durch den Gleitschuh gestützten Bereich gegen das Auflager drückt und komprimiert.
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Durch die vorgeschlagene Lösung eliminiert das umlaufende Band eine Relativbewegung zwischen der Kompressionseinheit und dem Strang, so dass die Reibleistung an der Komprimierungseinheit bei der Komprimierung des Strangs aus Filtermaterial reduziert wird. Dementsprechend wird ein Anschmelzen und/oder Anhaften des Filtermaterials an der Komprimierungseinheit verhindert.
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Ferner wird durch den Gleitschuh eine gleichmäßig zunehmende Komprimierung des Strangs aus Filtermaterial ermöglicht. Hohe Komprimierungsgradienten können dementsprechend vermieden werden. Hierdurch wird bei der Komprimierung der maximal punktuell auftretende Widerstand entgegen der Förderrichtung verringert. Der zu passierende Querschnitt für den Strang zwischen Kompressionseinheit und Auflager kann entlang der Förderrichtung über die Länge des Gleitschuhs bzw. des gestützten Bereichs verringert werden.
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Ferner kann erreicht werden, dass der Strang aus Filtermaterial durch die Komprimierung entlang des gestützten Bereichs bei gegebener Fördergeschwindigkeit über einen längeren Zeitraum in den vorgesehenen Komprimierungsgrad gebracht wird. Dies kann insbesondere bei viskoelastischen Materialien wie Zelluloseacetat vorteilhaft sein.
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Der Strang aus Filtermaterial wird vorzugsweise auf dem Auflager zusammen mit einem Umhüllungsstreifen gefördert.
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Der Strang aus Filtermaterial kann insbesondere ein segmentierter Strang aus Filtermaterial sein. Segmentiert bedeutet, dass der Strang entlang seiner Haupterstreckungsrichtung in Abschnitte bzw. Segmente geteilt ist. Die Teilung entspricht vorzugsweise einem Schnitt des Strangs aus Filtermaterial. Es ergeben sich somit Strangsegmente, welche hintereinander entlang der Haupterstreckungsrichtung des Strangs angeordnet sind. Die Strangsegmenten können im Strang hierbei auf Kontakt hintereinander oder auch beabstandet hintereinander angeordnet sein.
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Die vorgeschlagene Vorrichtung zur Komprimierung ist insbesondere für segmentierte Stränge aus Filtermaterial geeignet. Segmentierte Stränge und deren Strangsegmente sind bei einer Komprimierung oder einer Vorkomprimierung besonders sensitiv gegenüber Reibung und gegen Kräfte entgegen der Förderrichtung. Dementsprechend ist der gleichmäßige Druck für die Komprimierung besonders bei einem segmentierten Strang vorteilhaft. Ein segmentierter Strang kann keine bzw. nur minimale Zugkräfte entlang bzw. entgegen der Förderrichtung übertragen, da die Strangsegmente jeweils nur bis zu ihren Schnittflächen signifikante Zugkräfte übertragen können. Weitere Zugkräfte können nur über den Umhüllungsstreifen, auf dem die Strangsegmente platziert sind, übertragen werden. Daher kann es bei einer ungünstigen Einleitung der Kräfte zur Komprimierung in die Strangsegmente aus Filtermaterial leicht zu einem Verschieben der Strangsegmente und/oder einer Trennung der Strangsegmente von der Umhüllungsbahn kommen, was den Produktionsfluss stört. Ferner kann dies auch zu einem Aufstauen der Strangsegmente aus Filtermaterial und einer Blockade führen. Derartige Produktionsstörungen können mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung zur Komprimierung vermieden werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung nimmt der Abstand zwischen dem vom Gleitschuh gestützten umlaufenden Band und dem Auflager ausgehend von einem Einlaufbereich in Richtung der Förderrichtung zumindest in einem Abschnitt ab. Dies führt zu einem gleichmäßigen Aufbau der Kompression des Strangs oder eines Strangsegments und verhindert einen nachteiligen Stoß im Einlaufbereich.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Gleitschuh gegenüber dem Auflager zustellbar. Zustellbar bedeutet in diesem Sinne, dass der Gleitschuh relativ zum Auflager verstellt werden kann, so dass der freie Querschnitt für den Strang aus Filtermaterial variiert werden kann. Das umlaufende Band folgt der Zustellung des Gleitschuhs. Eine entsprechende Kompensation kann durch die Elastizität des umlaufenden Bands und/oder durch eine Spannvorrichtung in der Kompressionseinheit erreicht werden. Mittels der veränderbaren Zustellung des Gleitschuhs können verschiedene Kompressionsgrade erreicht werden, so dass unterschiedliche Filtermaterialien mit unterschiedlichen und/oder schwankenden Durchmessern und unterschiedlichem viskoelastischen Verhalten auf einen vorgegebenen Querschnitt gebracht werden können. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von Multifiltern vorteilhaft, wodurch alle Filter des Multifilters für die Zusammenführung auf einen gleichen Durchmesser gebracht werden können.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass der Gleitschuh senkrecht zur Förderrichtung zustellbar ist. Dies ermöglicht in einfacher Weise eine Einstellung des Komprimierungsgrads des Strangs.
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Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass der Gleitschuh mit einer Rotation um eine Querachse senkrecht zur Förderrichtung zustellbar ist. Mittels einer Rotation des Gleitschuhs, welche die Ausrichtung des Gleitschuhs zur Förderrichtung verändert, kann erreicht werden, dass der Einlaufbereich den gleichen oder einen vergleichbaren Öffnungsquerschnitt beibehält, während sich der freie Querschnitt in Förderrichtung durch die Zustellung weiter verkleinert, so dass der Kompressionsgrad erhöht wird. In diesem Fall kann bei einer großen Zustellung eine Blockade am Einlaufbereich vermieden werden und der Kompressionsdruck über die gesamte Länge des vom Gleitschuh gestützten Bereichs der Außenseite des umlaufenden Bands genutzt werden. Eine entsprechende Zustellung durch Rotation des Gleitschuhs kann auch mit einer senkrechten Zustellung des Gleitschuhs kombiniert werden.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass der Gleitschuh eine an eine Zielgeometrie des Strangs angepasste Kontaktgeometrie aufweist. Die Kontaktgeometrie bildet eine Fläche, auf welcher sich das umlaufende Band abstützt, und welche den freien Querschnitt zwischen Kompressionseinheit und Auflager beeinflusst. Die Kontaktgeometrie kann dabei auch entlang der Förderrichtung variieren. Das umlaufende Band folgt der Kontaktgeometrie des Gleitschuhs weitestgehend.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das umlaufende Band aktiv angetrieben. Die Geschwindigkeit des umlaufenden Bands ist vorzugsweise an die Fördergeschwindigkeit, mit der der Strang aus Filtermaterial auf dem Auflager gefördert wird, angeglichen.
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Durch die zunehmende Verengung des freien Querschnitts durch die Stützwirkung des Gleitschuhs weist das umlaufende Band eine Richtungskomponente senkrecht zur Förderrichtung auf. Es kann daher vorteilhaft sein, wenn das umlaufende Band beispielsweise 1% bis 6%, weiter beispielsweise 1 % bis 4% schneller läuft als die Fördergeschwindigkeit des Strangs aus Filtermaterial. Dies kann die Entstehung von Reibung und Scherkräften bei der Komprimierung oder Vorkomprimierung eines Strangs oder von Strangsegmenten aus Filtermaterial verhindern. Dies ist besonders vorteilhaft, um bei Strangsegmenten eine Verkippung der Schnittflächen zu vermeiden, so dass die Zusammenstellung zu Multifiltern verbessert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das umlaufende Band durch den geförderten Strang angetrieben. Dies führt zur Vermeidung von Relativbewegung und Reibung zwischen dem umlaufenden Band und dem Strang bzw. den einzelnen Strangsegmenten. Der Angleich der Geschwindigkeit des umlaufenden Bands an die Fördergeschwindigkeit des Strangs auf dem Auflager erfolgt dabei selbsttätig.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass das Auflager einen Formatgrund und ein angetriebenes Förderband aufweist, wobei mit dem angetriebenen Förderband ein aufliegender Strang aus Filtermaterial in die Förderrichtung förderbar ist. Der Formatgrund kann vorzugsweise in Form einer Formatrinne, welche einer halbkreisförmigen Nut entsprechen kann, ausgebildet sein. Das Förderband, welches auch als Formatband bezeichnet werden kann, fördert den Strang aus Filtermaterial, wobei vorzugsweise ein Umhüllungsstreifen vorgesehen ist, der in Reibkontakt mit dem Förderband steht und auf dem der Strang aus Filtermaterial gefördert wird.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird nach Anspruch 10 ein Verfahren zur Komprimierung, insbesondere zur Vorkomprimierung, eines Strangs aus Filtermaterial mit einer Vorrichtung zur Komprimierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 vorgeschlagen, wobei der Strang aus Filtermaterial in Strangsegmente segmentiert durch die Vorrichtung zur Komprimierung gefördert und komprimiert wird.
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Das Verfahren ermöglicht ein Einstellen und/oder Angleichen des Querschnitts, insbesondere des Durchmessers, von Strangsegmenten auf eine Zielgröße, so dass bei der Zusammenstellung von Multifiltern alle Filtersegmente aus unterschiedlichen Strängen bzw. Strangsegmenten auf das gleiche Maß gebracht werden können, um die Produktionsstabilität und Qualität zu verbessern.
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Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass der Strang aus Filtermaterial segmentiert auf einem Umhüllungspapier auf dem Förderband gefördert wird.
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Es wird ferner vorgeschlagen, dass Strangsegmente des segmentierten Strangs aus Filtermaterial beabstandet voneinander gefördert und komprimiert werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt
- 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Komprimierung eines Strangs aus Filtermaterial;
- 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Komprimierung eines Strangs aus Filtermaterial; und
- 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Komprimierung in einem Querschnitt.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Komprimierung eines Strangs 2 aus Filtermaterial gezeigt. Der Strang 2 ist von unten von einem Auflager 3 gestützt. Oberhalb des Strangs 2 ist eine Kompressionseinheit 10 angeordnet, welche den Strang 2, der in die Förderrichtung 4 gefördert wird, komprimiert. Hierzu wird der für den Strang 2 in Förderrichtung 4 verfügbare freie Querschnitt zunehmend verringert.
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Die Kompressionseinheit 10 weist ein umlaufendes Band 13 auf, welches auf zwei Umlenkrollen 11, 12 geführt ist. Zwischen den beiden Umlenkrollen 11, 12 innerhalb des umlaufenden Bands 13 ist ein Gleitschuh 16 vorgesehen, welcher in Kontakt mit einem Bereich der Innenseite 14 des umlaufenden Bands 13 steht. Das umlaufende Band 13 gleitet somit an einer Kontaktgeometrie 17, siehe auch 3, des Gleitschuhs 16 ab.
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Zwischen der Umlenkrolle 12 und dem Auflager 3 befindet sich ein Einlaufbereich 5, in dem der Strang 2 der Vorrichtung zur Komprimierung zugeführt wird. Am Ende des Einlaufbereichs 5 tritt das vom Gleitschuh 16 gestützte umlaufende Band 13 mit seiner Außenseite 15 in Kontakt mit dem Strang 2 aus Filtermaterial. Der Strang 2 wird während seiner Förderung in Förderrichtung 4 zunehmend zusammengedrückt und komprimiert.
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Das umlaufende Band 13 ist in diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel über eine der Umlenkrollen 11, 12 angetrieben. Das umlaufende Band kann aber in alternativen Ausführungsbeispielen passiv sein, d.h. nur über den Strang 2 angetrieben sein. In jedem Fall reduziert oder verhindert das umlaufende Band 13 eine Relativbewegung zwischen der Außenseite 15 des umlaufenden Bands 13 und dem Strang 2, wodurch die Reibleistung reduziert wird.
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Der Gleitschuh 16 ermöglicht eine über die Länge des vom Gleitschuh 16 gestützten Bereichs eine gleichmäßig zunehmende Komprimierung, wodurch punktuelle Komprimierungen mit einer einhergehenden punktuell erhöhten Reibleistung vermieden werden können. Es kann eine gleichmäßige Verteilung der Reibleistung über die Strecke des gestützten Bereichs der Außenseite 15 des umlaufenden Bands 13, der in Kontakt mit dem Strang 2 tritt, erreicht werden. Ferner kann die Zeit von Beginn der Komprimierung des Strangs 2 bis zum Erreichen des gewünschten Komprimierungsgrads erhöht werden, was bei einem trägen viskoelastischen Materialverhalten von Filtermaterial vorteilhaft ist und die notwendigen Kräfte reduziert. Alternativ oder ergänzend kann hierdurch auch die Fördergeschwindigkeit erhöht werden.
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Der Gleitschuh 16 weist ab dem Einlaufbereich 5 vorzugsweise einen flachen Winkel, beispielsweise weniger als 10°, weiter beispielsweise weniger als 5°, oder auch beispielsweise weniger als 3° auf. Dies ermöglicht eine Verringerung des freien Querschnitts zwischen dem umlaufenden Band 13 und dem Auflager 3, was zu einer entsprechenden Komprimierung führt.
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Der freie Querschnitt und der Komprimierungsgrad können durch eine Zustellung des Gleitschuhs 16 in vertikaler Richtung, d.h. nach unten für eine Verkleinerung und nach oben für eine Vergrößerung, erreicht werden. Neben oder alternativ zu einer vertikalen Zustellung kann die Zustellung des Gleitschuhs 16 durch eine Rotation des Gleitschuhs 16 erfolgen, so dass der vorgenannte flache Winkel veränderbar ist.
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Das Auflager 3 ist geradlinig in Förderrichtung 4 ausgeführt. Das Auflager 3 weist in vorteilhaften Ausführungsbeispielen einen Formatgrund 9 auf, der beispielsweise rinnenförmig ausgeführt sein kann, und auf dem ein Förderband 8 oder Formatband läuft, welches den Strang 2 aus Filtermaterial in die Förderrichtung 4 fördert. Zwischen dem Auflager 3 bzw. dem Förderband 8 und dem Strang 2 ist im Regelfall ein Umhüllungsstreifen 6 platziert, welcher zusammen mit dem Strang 2 gefördert auf dem Auflager 3 gefördert wird. In alternativen Ausführungsbeispielen kann die Förderung des Strangs 2 auf dem Auflager 3 auch ohne Umhüllungspapier 6 erfolgen, was beispielsweise bei der Zusammenstellung von Multifiltern vorteilhaft sein kann.
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Eine Komprimierung und eine Vorkomprimierung eines Strangs 2 aus Filtermaterial sind grundsätzlich vom Wirkprinzip gleich. Der Unterschied ergibt unter anderem aus dem Komprimierungsgrad und den weiteren Prozessschritten nachdem der Strang 2 den vorgesehenen Komprimierungsgrad erreicht hat. Eine Komprimierung wird in der Regel mit einer Umhüllung fixiert, während bei einer Vorkomprimierung beispielsweise eine Zusammenstellung mit anderen Filterelementen und/oder ein weiterer Komprimierungsvorgang folgen kann. Eine Vorkomprimierung kann beispielsweise als Equalizer genutzt werden, um bei Multifiltern mit unterschiedlichen Filtermaterialien oder Stoffeigenschaften der Filtermaterialien einen individuell einstellbaren Komprimierungsgrad zu erreichen. Hierdurch können unterschiedliche Filter auf einen gleichen Querschnitt gebracht werden.
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In 2 ist das Ausführungsbeispiel der 1 gezeigt, wobei der Strang 2, welcher durch die Vorrichtung 1 zur Komprimierung gefördert wird, in Strangsegmente 7 segmentiert ist. Die Strangsegmente 7 des Strangs 2 sind ebenfalls auf einem Umhüllungsstreifen 6 geführt. Die Strangsegmente 7 des Strangs 2 werden in der Darstellung der 2 beabstandet gefördert. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass die Strangsegmente 7 ohne Abstand zueinander gefördert und komprimiert werden.
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In 3 ist die Vorrichtung 1 zur Komprimierung in einem Querschnittsausschnitt gezeigt. Der Gleitschuh 16 weist auf seiner Unterseite eine Kontaktgeometrie 17 auf, auf dem das umlaufende Band 13 abgleitet. Die Kontaktgeometrie 17 wird vom umlaufenden Band 13 übernommen und im gestützten Bereich auf den Strang 2 aufgeprägt, so dass dieser entsprechend der Kontaktgeometrie 17 komprimiert wird. Die Kontaktgeometrie 17 kann hierbei entlang der Förderrichtung 4 gleichbleibend, beispielsweise halbkreisförmig, sein. In alternativen Ausführungsbeispielen kann die Kontaktgeometrie entlang der Förderrichtung 4 variieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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