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Tabakwarenfilter aus stellenweise miteinander verbundenen Fasern und
Verfahren zu seinem Herstellen Bei bekannten Tabakwarenfiltern aus Fasern, von denen
mindestens ein Teil thermoplastisch ist und bei denen die Fasern stellenweise miteinander
verbunden sind, befinden sich diese Haft- oder Verbindungsstellen vornehmlich am
äußeren Rand des Filterkörpers, was darauf zurückzuführen ist, daß zur Verbindung
der Fasern miteinander meist ein Aufsprühen eines Lösungsmittels erforderlich ist.
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Dieses Lösungsmittel durchdringt den Faserstrang jedoch nicht gleichmäßig,
und zwar auch dann nicht, wenn die Fasern vor dem Besprühen etwas ausgebreitet werden.
Eine Folge hiervon ist, daß im fertigen Filterkörper die Verbindungsstellen ungleichmäßig
verteilt sind, so daß die Filter örtlich unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.
Weiterhin ist bei derartigen Filtern die Elastizität in Querrichtung verhältnismäßig
geringer. Wird solch ein Filter von dem Raucher beispielsweise zwischen Daumen und
Zeigefinger gedreht, so kann sich der Querschnitt in einem Ausmaß verringern, daß
die Elastizität nicht ausreicht, den ursprünglichen, durch die Hülle des Filters
gegebenen Querschnitt wieder auszufüllen.
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Eine Folge hiervon wäre, daß zwischen der Hülle und dem Filterstöpsel
selbst ein Kanal entstehen würde, durch den der Rauch ungefiltert hindurchtreten
könnte. Die gleichen Eigenheiten weisen Filterstöpsel auf, bei denen die Haftstellen
zwischen den Einzelfasern durch rein thermische Verfahren erzeugt werden. Derartige
Schwierigkeiten zu vermeiden oder zu vermindern ist Aufgabe der Erfindung.
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Hierzu besteht bei einem Tabakwarenfilter aus stellenweise miteinander
verbundenen Fasern, von denen wenigstens ein Teil thermoplastisch ist, die Erfindung
darin, daß die Fasern wenigstens eine Florbahn bilden, die ein an sich bekanntes
Prägemuster zeigt und die somit als Schleier formbeständig ist, so daß die durch
die Prägung erzeugten Verbindungsstellen im zusammengerafften Zustand der Florbahn
im Filterkörper annähernd gleichmäßig verteilt sind.
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Es sei darauf hingewiesen, daß es bereits bisher bekannt war, vergleichsweise
dicke Fasermatten durch Aufprägen von Mustern oder Verpressung der Ränder zu verfestigen.
Dies ist beispielsweise bei der Herstellung von einigen Filzprodukten, Staubsaugerfiltern
u. dgl. üblich. Es war bisher jedoch nicht üblich, ein im Vergleich zur Abmessung
eines Filters für Tabakwaren engmaschiges Prägemuster auf dünne, für sich nicht
formhaltige Florbahnen aufzubringen und diese geprägten Florbahnen dann zur Herstellung
von Tabakwarenfiltern zu verwenden.
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Der durch die Prägung entstehende, trotz seiner vergleichsweise geringen
Stärke formbeständige Schleier ergibt im fertigen Filterkörper eine annähernd gleichmäßige
Verteilung der Verbindungsstellen, so daß etwa Rauchkanäle, durch die der Rauch
kaum oder nicht gefiltert hindurchziehen würde, nicht auftreten können. Außerdem
wird durch das Verbinden der Fasern allein durch Prägen vermieden, daß im Filter
noch weitere zusätzliche Stoffe, wie Bindemittel oder Lösungsmittel für die Fasern
verwendet werden müssen. Es wird somit nicht nur ein befriedigendes Filtern der
gesamten Rauchmenge erreicht, sondern auch noch eine gleichmäßige Filterwirkung
an allen Stellen des Filterkörpers, so daß seine Filterwirkung auch durch die mechanische
Beanspruchung zwischen den Fingern des Benutzers während des Rauchens kaum beeinträchtigt
werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Filter aus Baumwolle-
und/oder Cellulosefasern mit einem Anteil von 5 bis 500/0 thermoplastischen Kunstfasern.
Gemäß einer weiteren Variante sind mehrere Florbahnen gemeinsam gerillt.
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Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Herstellen
solcher Tabakwarenfilter, bei dem die Fasern von einer kardenartigen Einrichtung
aus
als lockere und vergleichsweise dünne Florbahn auf einem umlaufenden Hilfsträger
ausgebreitet werden. Kennzeichnend hierbei ist, daß die Florbahn in an sich bekannter
Weise mit einem Prägemuster versehen, hierdurch als Schleier formbeständig gemacht
und kontinuierlich ohne Hilfsträger aufgerollt wird. Während bei bekannten Filtern,
etwa aus Wattebahnen hergestellten, diese in der Regel zusammen mit einem Hilfsträger,
meist einer Papierbahn, zu einer Rolle aufgewickelt werden müssen, bevor sie in
üblicher Art zu Filtern weiterverarbeitet werden können, ist wegen der durch das
Prägen entstandenen Formbeständigkeit der Florbahn durch das Verfahren nach der
Erfindung der Vorteil erreichbar, daß der Hilfsträger erspart werden kann.
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Dadurch werden außerdem die Rollen im Durch messer kleiner oder, bei
gleichem Durchmesser, können die Rollen eine größere Bahnlänge aufnehmen; dies wiederum
ist für den wirtschaftlichen Transport der Rollen vorteilhaft. Aber auch für das
nachfolgende bekannte Zusammenraffen in Querrichtung, Umhüllen und Unterteilen ist
es vorteilhaft, wenn diese Verarbeitung ohne Hilfsträgerbahn möglich ist, die nach
Entfernen der Florbahn zusätzliche Vorkehrungen erforderlich machen würde, um sie
weiterzufördern und ordnungsgemäß aufzurollen, ohne daß Stauungen od. dgl. entstehen
dürften.
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Von mindestens einer so hergestellten Rolle wird dann die Florbahn
bzw. der Schleier abgewickelt und in bekannter Weise durch Zusammenraffen in Querrichtung,
Umhüllen und Unterteilen zu Filtern weiterverarbeitet.
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Einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden an
Hand der Zeichnungen näher erläutert; es zeigt F i g. 1 eine schematische Wiedergabe
einer Vorrichtung zum Herstellen lockerer, selbsttragender Florbahnen für Tabakwarenfilter
nach der Erfindung, die F i g. 2 bis 6 je ein Prägemuster für die Florbahnen in
schematischer Wiedergabe, die F i g. 7 und 8 je eine perspektivische Ansicht von
jeweils zwei übereinander gelegenen Florbahnen mit zusätzlicher Rillung, die F i
g. 9 a, 9 b, 9 c je eine photographische Wiedergabe eines Materialrnusters einer
Florbahn für erfindungsgemäße Tabakwarenfilter, wobei die F i g. 9 a mit Auflicht,
die F i g. 9 c mit Durchlicht aufgenommen wurden, während die Fig. 9b einen Ausschnitt
aus F i g. 9 a in vergrößertem Maßstab darstellt.
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Die erwähnten Eigenschaften der Tabakwarenfilter gemäß der Erfindung,
die aus diesen lockeren und dünnen, aber trotzdem selbsttragenden also ohne besondere
Trägerbahn zu Rollen aufwickelbaren Florbahnen bestehen, beruhen darauf, daß thermoplastische
Kunstfasern an einer Kreuzungsstelle zweier Einzelfasern aneinanderhaften, wenn
sie an dieser Stelle mit hohem Druck, beispielsweise 5 t, zusammengepreßt werden.
Bei Fasern natürlicher Herkunft kann dieses Aneinanderhaften nicht beobachtet werden,
insbesondere nicht bei Cellulosefasern bzw. Baumwollfasern in den gewünschten dünnen
Schichten. Dagegen haften eine einzelne Faser natürlicher Herkunft, also etwa eine
Cellulose- oder Baumwollfaser und eine einzelne Kunstfaser, etwa eine Viskosefaser,
ebenfalls gut aneinander, wenn die beiden an einer Kreuzungsstelle kurzzeitig zusammengedrückt
werden.
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Wird ein lockerer Flor aus solchen Kunstfasern, oder aus einem Gemisch
von Fasern natürlicher und künstlicher Herkunft geschaffen, bei dem die Fasern willkürliche
Richtungen aufweisen, so ist wegen der sehr großen Zahl einzelner Fasern - auch
bei einem ganz lockeren Flor - eine entsprechend große Anzahl von Kreuzungsstellen
zwischen Einzelfasern vorhanden. Dies ist einfach nachweisbar, indem beispielsweise
ein lockerer Flor aus je etwa 50 O/o Cellulose- (oder Baumwoll-) und Viskosefasern
geschaffen und derselbe zwischen ebenen Platten senkrecht zur Florbahn zusammengepreßt
wird. Dabei entsteht aus dem vorher nur mittels einer Trägerbahn transportierbaren,
kaum zusammenhängenden Flor eine merklich versteifte, selbsttragende und auch in
Querrichtung recht widerstandsfähige Florbahn. Natürlich ist eine solche Florbahn
für Tabakwarenfilter zu steif und fest geworden, es sei denn, der Anteil an Viskosefasern
ist relativ gering, aber sehr gleichmäßig über die gesamte Fasermasse verteilt.
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Eine nur graduelle, aber ausreichende Verfestigung wird bei einem
lockeren, je etwa zur Hälfte aus natürlichen und künstlichen Fasern bestehenden
Flor dadurch erreicht, daß der Flor nicht längs der ganzen Oberfläche, sondern längs
eines mehr oder weniger dichten Prägemusters zusammengepreßt wird. Dadurch werden
an allen Kreuzungsstellen zwischen natürlichen und künstlichen Fasern, oder auch
zwischen zwei künstlichen Fasern, die unterhalb des Prägemusters im lockeren Flor
vorhanden sind, Haftstellen erzeugt, die ein über die Fasern vernetztes Stützskelett
und damit eine ausreichende Verfestigung ergeben, wodurch eine selbsttragende Florbahn
entsteht, die genügend reißfest ist, um ohne Anwenden einer Träger- bzw. Hilfsträgerbahn
zu Rollen auf- und abgewickelt zu werden.
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Lediglich zum besseren Verständnis des Tabakwarenfilters nach der
Erfindung soll nachfolgend eine Einrichtung zur Herstellung eines derartigen Filters
beschrieben werden, wobei die Einrichtung nicht Teil der Erfindung ist. In der Vorrichtung
nach F i g. 1 wird der lockere Flor aus dem Fasermaterial, das aus unter Druck haftfähigen
Kunstfasern und, falls erwünscht, aus einer Beimengung von Fasern natürlicher Herkunft
besteht, in dem mit 1 bezeichneten Teil der Einrichtung in bekannter Weise aufbereitet.
Beispielsweise kann dieser Teil 1 eine Karde oder ein Konverter üblicher Bauart
sein, wobei es vorteilhaft ist, relativ kurzfaseriges Material zu verwenden. Von
dem Teil 1 wird ein lockerer und dünner Faserflor 2 mit willkürlichen Faserrichtungen
auf das endlose, in Pfeilrichtung umlaufende Band 3 aufgelegt. Dieses Band läuft
über die Walze 4, die als Gegenwalze für eine rotierende Prägewalze 5 dient. Die
Oberfläche der Prägewalze 5 weist ein Muster hervorstehender Unebenheiten auf, etwa
sich kreuzende Schrägrippen, wie in F i g 1 angedeutet.
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Die Walze 5 preßt mit einstellbarem Druck den unter ihr vorbeilaufenden
Flor 2 auf die Trägerbahn 3, die ihrerseits durch die Gegenwalze 4 gestützt wird,
so daß die ein Prägemuster bildenden Unebenheiten auf dem Umfang der Prägewalze
5 ein entsprechendes, schwach sichtbares Prägemuster auf der austretenden, nunmehr
verfestigten und formbeständigen Florbahn 6 hinterlassen.
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Falls erwünscht, kann die Prägewalze 5 zusätzlich erwärmt werden,
beispielsweise mittels eines elektrischen Heizkörpers 7, der über die Schleifringe
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und die Leitungen 9 mit Heizstrom versorgt wird.
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Eine solche Erhitzung der Prägewalze 5 ist insbesondere bei Verwendung
thermoplastischer Kunstfasern von Wichtigkeit.
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Natürlich kann auch das der Verfestigung der Florbahn dienende Prägemuster
von mehreren hintereinander längs des Transportbandes 3 angeordneten Prägewalzen
aufgepreßt werden. Ebenso besteht die Möglichkeit, Ober- und Unterseite der Florbahn
mit je einem Prägemuster zu versehen.
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Die formbeständige, jetzt als »Schleier« bezeichnete Florbahn 6 wird
nach dem Verlassen der Prägewalze 5, und zwar ohne jede Trägerbahn, zu einer Rolle
10 aufgewickelt, wozu beliebige bekannte Einrichtungen verwendbar sind, deren Darstellung
sich in Fig. 1 erübrigt. Der zur Rolle 10 aufgewickelte formbeständige Schleier
kann zur Weiterverarbeitung zu Filtern - eventuell nach einer Vereinigung mit weiteren
solchen Schleierlagen und nach gemeinsamer Längsrillung gemäß den F i g. 7 und 8
- von der Rolle 10 abgewickelt, in bekannter Weise in Querrichtung zusammengerafft,
mit einer Umhüllung versehen und zu einzelnen Filterstäben unterteilt werden. Es
ist einzusehen, daß im Filterkörper die Haftstellen in der oder den zusammengerafften
Florbahn(en) gleichmäßig verteilt sind.
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Die Fig. 2 bis 6 zeigen schematisch einige auf die Florbahnen zur
stellenweisen Verfestigung aufgebrachte Prägemuster. Trotzdem die hergestellte formbeständige
Florbahn nach wie vor vergleichsweise locker ist und beinahe beliebig dünn sein
kann - es sind Florbahnen mit 5 bis 6 Gramm Gewicht pro Quadratmeter hergestellt
worden -zeigt die Außenseite der so verfestigten Florbahn deutlich, wenn auch schwach,
das aufgepreßte Muster. Dieses Muster kann wie in Fig. 2 aus rautenartig sich kreuzenden,
schräg zur Florbahn verlaufenden Linien bestehen oder auch parallel bzw. senkrecht
zur Bahnlängsrichtung verlaufende Prägelinien wie in Fig. 3 aufweisen. Ein Prägemuster
ohne sich kreuzende Linien zeigt die F i g. 4 und andere aus Linien bestehende Prägemuster
sind in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Prinzipiell ist jedes Prägemuster verwendbar,
wenn die Gewähr gegeben ist, daß eine genügende Anzahl von Kreuzungsstellen einzelner
der willkürlich gerichteten Fasern im Flor zusammengedrückt werden. Ein nur aus
scharfen Prägepunkten bestehendes Muster ist deshalb weniger gut geeignet, es sei
denn die Punktdichte ist sehr groß und der Gehalt an Kunstfasern im Material ist
hoch.
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Die Verwendung eines Gemisches aus Fasern natürlicher und künstlicher
Herkunft, beispielsweise eines Materials aus Cellulosefasern mit 5 bis 50 0/o Kunstfaserbeimengung
aus Viskosefasern bzw. aus hydrophilen Acetatfasern oder einem anderen geeigneten
Kunstfasermaterial, stellt nur eine bevorzugte Ausführung des Rohmaterials für die
lockere, selbsttragende Florbahn zur Herstellung der Tabakwarenfilter nach der Erfindung
dar. Es kann auch ein höherer Kunstfaseranteil als 50 O/o vorgesehen werden, oder
falls erwünscht, eine selbsttragende, nur aus Kunstfasern bestehende Florbahn verwendet
werden.
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Im Prinzip sind alle Fasermaterialien künstlicher Herkunft geeignet,
wenn sie die Eigenschaft zeigen, beim Zusammenpressen zweier sich kreuzender Einzelfasern
an der Kreuzungsstelle aneinander zu haften. Dabei ist von sekundärer Bedeutung,
ob an
der Kreuzungsstelle ein Ankleben, ein Ineinanderfließen oder eine andere Art
des Festhaftens erfolgt.
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Nach dem beschriebenen Verfahren können Florbahnen von verhältnismäßig
geringer Dichte formbeständig und zum Auf- und Abwickeln in Rollenform geeignet
hergestellt werden. Es wurde beispielsweise eine derartige Florbahn aus einem Gemisch
von 50 Gewichtsprozent Baumwollfasern mit etwa 3 Denier und 50Gewichtsprozent Viskosefasern
mit etwa 3 Denier gefertigt, die bei einer Bahnbreite von etwa 80 cm mit einem Prägemuster
nach F i g. 3 mit einem Linienabstand von etwa 2 mm versehen worden war, die ein
Gewicht von etwa 12,5 Gramm pro Quadratmeter aufwies. Die Prägewalzen von 100 cm
Länge und 30 cm Durchmesser wurden mit 5 t zusammengepreßt und die Florbahn mit
einer Geschwindigkeit von 15 cm/Sek. transportiert. Diese Florbahn erwies sich als
formbeständig, konnte zu Rollen mit einem Durchmesser von 50 cm und mehr aufgewickelt
und nach längerem Bahntransport zum Verbraucher dort ohne Schwierigkeit wieder abgewickelt
und weiterverarbeitet werden.
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Andererseits konnten sowohl dichtere Florb ahnen mit einem Gewicht
von über 100 Gramm pro Quadratmeter, als auch sehr dünne Florbahnen mit einem Gewicht
von nur 5 bis 6 Gramm pro Quadratmeter erzeugt werden. Eine Photographie einer verfestigten
Materialbahn gemäß dem obengenannten Beispiel zeigt die F i g. 9 von der Vorder-
und Rückseite.
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Die Florbahn kann bei der Herstellung in der Vorrichtung nach F i
g. 1 zusätzlich auch mit einem flüssigen oder pulverförmigen Stoff besprüht werden,
beispielsweise mittels einer Sprüheinrichtung 11 bekannter Bauart, der die zu versprühende
Substanz über die Leitung 12 unter Druck zugeführt wird. Beispielsweise kann für
manche Anwendungen eine Stärkelösung, verdünntes Wasserglas, ein sterilisiv render
Stoff od. dgl. aufgesprüht werden. Diese Maßnahme ist indessen, wie sich aus dem
Vorherigen ergibt, lediglich als Möglichkeit gedacht, ohne daß sie irgendwie notwendig
wäre.
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Bei der Herstellung formbeständiger Florbahnen für Tabakwarenfilter,
insbesondere für Zigarettenfilter, ist es zweckmäßig, ein linienförmiges Prägemuster
mit einem relativ zur Länge der Filterstöpsel kleinen Abstand der einzelnen Prägelinien
zu wählen.
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Nach dem Abwickeln von der Rolle wird in bekannter Weise eine derart
verfestigte Florbahn quer zur Längsrichtung zu einem endlosen Filterstrang runden
oder ovalen Querschnitts zusammengerafft. Durch entsprechende Unterteilung können
hieraus die einzelnen Filterstöpsel hergestellt werden. Infolge der verwendeten,
durch eine Vielzahl innerer Haftstellen zwischen sich kreuzenden Einzelfasern verfestigten
Florbahn, bilden diese Haftstellen zusammen in jedem Filterstöpsel ein durch die
Fasern vernetztes Stützskelett, ermöglichen also, die erwünschte Festigkeit und
gute Elastizität trotz der ebenfalls gewünschten sehr lockeren Struktur des Fasermaterials
zu erreichen. Da die unter Druck an den Kreuzungsstellen zusammengehefteten Fasern
dort deformiert sind, ist die Saug- und Quellfähigkeit der Fasern an den Haftstellen
merklich verringert. Dies ist insofern vorteilhaft, als beim Gebrauch des Filters
das aus der Gesamtheit aller Haftstellen bestehende Stützskelett seine erwünschte
Festigkeit behält und weder aufquellen noch aufweichen kann.
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Als besonders vorteilhaft hat sich bei einer Florbahn zur Filterherstellung
die Überlagerung eines zweiten Prägemusters in Gestalt von in Bahnlängsrichtung
verlaufenden Prägelinien oder Rillen erwiesen. Beispielsweise können zwei formbeständig
gemachte Florbahnen 13 und 14, wie in F i g. 7 schematisch in vergrößertem Maßstab
angedeutet, aufeinanderliegend mit einem Prägemuster aus Längsrillen 15 versehen
werden, indem die zweilagige Bahn durch ein als Matrize und Patrize ausgebildetes
Walzenpaar hindurchläuft. Es können auch drei-oder mehrschichtige Bahnen gemäß Fig.
8 derart behandelt werden. Beim Zusammenraffen solcher mit Längsprägung versehener
ein- oder mehrlagiger Florbahnen quer zu den Längsprägungen zu einem Filterstrang
bilden die unter den Längsprägungen gelegenen Haftstellen eine Vielzahl von Längsrippen.
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Im Filterstöpsel bewirken diese steifen, wegen der starken vorausgehenden
Pressung kaum mehr quellfähigen Längsrippen ein die Festigkeit des Filtermaterials
erhöhendes Stützgerüst innerhalb der Faserstoffmasse, das auch beim Gebrauch seine
Festigkeit nicht verliert. Auf diese Weise sind bindemittelfreie Filterstöpsel aus
reinen Kunstfasern oder aus einem Gemisch von Fasern natürlicher und künstlicher
Herkunft herstellbar, die trotz genügender und bleibender mechanischer Festigkeit
einen in weiten Grenzen wählbaren Füllungsgrad aufweisen, also im Hinblick auf Zugwiderstand
und Absorptionswirkung den jeweiligen Forderungen angepaßt werden können.