DE1407416A1

DE1407416A1 - Vorrichtung zum Herstellen von Tabakwarenfiltern

Info

Publication number: DE1407416A1
Application number: DE19591407416
Authority: DE
Inventors: Mueller Dipl-Ing Paul Adolf
Original assignee: MUELLER DIPL ING PAUL ADOLF
Current assignee: MUELLER DIPL ING PAUL ADOLF
Priority date: 1959-09-22
Filing date: 1959-10-06
Publication date: 1969-10-02
Also published as: FR1240449A; US3180911A; CH383239A

Description

Pcitenlarw-il» PM-382-DE Edce Zweibrückensir., Tel. 298462

Paul Adolf Müller Triesenberg

(Liechtenstein)

Vorrichtung zum Herstellen von Tabakwarenfiltern (Zusatz zur Zusatzanmeldung M 38.568 IIl/79b)

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Tabakwarenfiltern gemäss dem Zusatzpatent (DAS 1.182.571, Anmeldung M 38.568 IIl/79b) des Anmelders. Dort ist eine Vorrichtung beschrieben, die gekennzeichnet ist durch eine erste Einrichtung, die am Anfang einer Förderbahn mit einem Florbahnerzeuger versehen ist, mindestens eine von der Förderbahn beschickbare, an sich bekannte Prägewalze und eine Aufwickeleinrichtung am Ende der Förderbahn aufweist, und durch eine zweite Einrichtung mit mindestens einer Abrolleinrichtung, einer am Ende einer Förderbahn angeordneten übIi-

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Ui ιLo; "aCOn (Ari. / S l Abs. 2 Κ., l i,..^ ο ues Änderunasg^3. v. 4..9.1967)

chen Raffeinrichtung zum Umformen einer ebenen Florbahn in einen wenigstens angenähert runden Strang und bekannten Mitteln zum Umhüllen und Unterteilen des Strangs.

Bei der Verarbeitung gewisser Fasern bzw. Fasermischungen hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, der Prägewalze und der zugehörigen Gegenwalze eine besondere Form zu geben. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf diese Walzen und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Prägewalze und deren Gegenwalze

als ein Walzenpaar mit in einstellbarem Masse ineinandergreifenden Umfangsrillen und dazwischen befindlichen Umfangsrinnen ausgebildet sind. Die Umfangsrippen können dabei eine solche Gestalt besitzen, dass sich bei maximalem Ineinandergreifen eine Berührung der Flanken der Umfangsrippen beider Walzen ergibt.

Die Erfindung ist nachstehend in einigen Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Von diesen t zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische schematische Wiedergabe eines Tabakwaren-Filterstöpseis, hergestellt aus einer mit der erfindungsgemässen Vorrichtung erzeugten Faserbahn;

Fig. 2 eine schematische Wiedergabe eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Erzeugung einer flachen Faserbahn unter Verwendung der erfindungsgemässen Walzen; 909840/0013

Fig. 3 bis 5 und 6 einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Prägewalzen, im Längsschnitt gezeichnet.

Der Filterstöpsel 10 gemäss Fig. 1 besteht wie üblich aus einer Umhüllung 11, beispielsweise aus dünnem Papier, die ein Faserbündel 12 von ovalem oder kreisrundem Querschnitt umschliesst. Wie in Fig. 1 schematisch angedeutet ist, kann ein Teil der Fasern 13 vorwiegend in axialer Richtung des Stöpsels verlaufen. Das ganze Faserbündel 12 ist durchsetzt von einer Vielzahl, in Fig. 1 nur schematisch angedeuteter Haftpunkte 14 zwischen sich kreuzenden Fasern. Diese Haftpunkte 14 können beim Auseinandernehmen eines derartigen Filterstöpsels 10, sowohl vor als auch nach dem Gebrauch desselben, einwandfrei aufgefunden werden. Das Aneinanderhaften der Fasern an den Haftpunkten wird bewirkt durch eine Verschweissung der Fasern unter mechanischer Verformung derselben.

Das durch eine Vielzahl willkürlich verteilter Haftpunkte verfestigte Faserbündel 12 bildet ein Faserknäuel mit einer Vielzahl von Hohlräumen, welches eine merkliche Elastizität aufweist- und durch das Zusammenraffen quer zur Achsrichtung des Filterstöpsels eine elastische Verspannung radial zur Filterachse ergibt, so dass der Inhalt im ungebrauchten Filterstöpsel in radialer Richtung aufquillt, wenn die Umhüllung längs einer Mantellinie aufgeschnitten wird. Die jeweils zwischen Haftpunkten fixierten Faserabschnitte sind gegeneinander verspannt, können aber beim Gebrauch stark quellen und weich werden,

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ohne dass ihre Elastizität vollständig nachlässt und die Stabilität des vom räumlichen Haftstellennetz zusammengehaltenen Faserbündels unzureichend würde. Somit ist die Festigkeit des Filterstöpseis, im Gegensatz zu manchen bisher bekannten Filterstöpseln, weitgehend unabhängig von den Festigkeitsänderungen der Fasern beim Gebrauch. Aus diesem Grunde besteht nunmehr auch die Möglichkeit, stark saugfähiges Fasermaterial zu verwenden und trotz geringen Zugwiderstandes hohe Filterwirksamkeit zu erreichen. Dabei tritt wegen des Radialdruckes auch beim Gebrauch kein Schrumpfen des Filterstöpsels auf, so dass das bisher übliche Ankleben desselben an der Umhüllung 11 überflüssig ist. Ein Herausfallen des Filterstöpsels durch Schwund desselben ist nicht zu befürchten, auch wenn beim Rauchen der Filterstöpsel zwischen den Fingern gedreht und geknetet wird.

Zur Herstellung des vorliegenden Filterstöpsels wird beispielsweise eine Kunstfaser bzw. ein Kunstfaden aus Viscose verwendet, die bzw. der aus einer Lösung von Cellulose-Xanthogenat in verdünnter Natronlauge hergestellt und durch Düsen in Gestalt zähflüssiger Fäden in ein warmes Spinnbad aus stark salzhaltiger verdünnter Schwefelsäure eingepresst wird. Das Bad bewirkt eine Ausfällung der Spinnlösung zu Viscosefäden, die dann nach entsprechendem Auswaschen und Trocknen in die gewünschte Stapellänge unterteilt werden können. Vorzugsweise werden für Filterstöpsel der vorliegenden Bauart derartige Viscose-Fasern mit 3,5 bis 14 Denier verwendet. Solche Viscose-Fasern bzw. Fäden

verwendet. Solche
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besitzen beispielsweise ein spezifisches Gewicht von 1,5 g/cm

und eine spezifische Festigkeit von 22 bis 41 kg/mm . Dagegen ist bei Cellulose-Azetat-Kunstfäden ein spezifisches Gewicht von etwa 1,3 g/cm und eine spezifische Festigkeit von 13 bis

21 kg/mm üblich. Zur Beeinflussung der Abseheidungswirkung der Filterstöpsel der beschriebenen Bauart kann auch ein Gemisch aus Fasern verschiedener Denier-Grade verwendet werden.

Die Feuchtigkeitsaufnahme derartiger Viscose-Fasern bzw. -Fäden ist bei 65% relativer Luftfeuchtigkeit etwa 13,5% und bei 100% relativer Luftfeuchtigkeit etwa 44 bis 48% gegenüber den entsprechenden Werten von etwa 6,0% bzw. 15% bei Cellulose-Azietat-Fäden. Somit besitzen die Viscose-Kunstfasern bzw» Kunstfäden eine wesentlich bessere Aufnahmefähigkeit für Feuchtigkeit als Cellulose-Azetat-Fasern, Nylon oder dergleichen. Die Ursache hierfür kann in der Tatsache erblickt werden, dass sich bei den zuletzt genannten Fasern im wesentlichen die Feuchtigkeit, nur an der Oberfläche niederschlagen kann, während bei den hydrophilen Viscose-Fasern die an der Oberfläche sich abscheidende Flüssigkeit in das Innere der Faser aufgesaugt wird. Das Aufsaugen von Flüssigkeit durch Viscose-Fasern ist deutlich am Aufquellen derselben und an derenjQuerschnittvergrösserung erkennbar. Bei Untersuchungen von Filterstöpseln aus solchen hydrophilen und quellfähigen Kunstfasern, bzw. Kunstfäden, vorzugsweise aus verschiedenen Viscose-Fasern, hat sich gezeigt, dass zur Erzielung einer befriedigenden Abscheidung der flüssigen Teer- und Nikotinbestandteile, die Kunstfasern, bzw. Kunstfäden beim Aufquellen eine mindestens hundertprozentige Querschnitts-

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vergrösserung aufweisen sollen. Die aus solchen Kunstfasern, bzw. Kunstfäden hergestellten Filterstöpsel der vorliegenden Bauart weisen eine wesentlich bessere Abscheidungswirkung als solche aus Cellulose-Azetat-Fasern auf. Darüber hinaus besitzen die hydrophilen und quellfähigen Kunstfasern gegenüber anderen Kunstfasern noch den bedeutenden Vorzug, sich nicht organfremd, sondern ausgesprochen organfreundlich zu verhalten. Etwabeim Gebrauch der Filterstöpsel in die Atmungsorgane und insbesondere in die Lunge gelangende Faserpartikel, die als Schnittstaub nie völlig zu vermeiden sind, verlieren an den feuchten Schleimhäuten durch Aufquellen innerhalb kurzer Zeit ihre gefährliche Splitterstruktur, runden sich an allen Ecken und Spitzen ab, werden schmiegsam und verhalten sich dann harmlos wie Naturfaserabschnitte, die durch Samenwurf, Blüten und Früchte in die Atmosphäre und von da in die hierauf eingerichteten Atmungsorgane kommen können. Im aufgequollenen Zustand besitzen ferner die hyrophilen Kunstfasern nur geringe Schwebefähigkeit, was deren natürliche Beseitigung aus den Atmungswegen erleichtert. Nach dem derzeitgen Stand der Erkenntnisse sind nur hydrophile Kunstfasern mit grossem Quellvermögen in jeder Hinsicht harmlos für den Organismus. Die beschriebenen und ähnlich sich verhaltenden hydrophilen und quellfähigen Kunstfasern, bzw. Kunstfäden konnten aber bisher nicht ohne weiteres zu Filterstöpseln verarbeitet werden. Das hohe Quellvermögen - für die Steigerung der Abscheidungswirkung und auch aus hygienischen Gründen unerlässlich - hat beim Gebrauch derartiger Filterstöpsel zur Folge, dass die Einzelfasern weich, klebrig und nachgiebig

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werden, der Filterstöpsel seine Form und Festigkeit verliert und dies alles zu einer höchst unerwünschten Erhöhung des Zugwiderstandes bei viel zu geringer mechanischer Festigkeit führt. Dieses Verhalten hydrophiler Kunstfasern hat dieselben für Rauchfilter bisher als unbrauchbar erscheinen und die vielen unternommenen Versuche der Industrie scheitern lassen.

Diese Mängel lassen sich aber praktisch vollständig beseitigen, wenn die zum Filterstöpsel zusammengerafften Fasern ein Knäuel mit einer Vielzahl über Haftstellen zwischen Einzelfasern vorgespannter Faserabschnitte bilden, wie oben bereits beschrieben wurde.

Ein Filterstöpsel der beschriebenen Bauart hat unter Verwendung hydrophiler nicht gekräuselter Viscose-Fasern der oben erwähnten Herstellungsweise einen räumlichen Füllfaktor von 3,5 bis 4,5%. Zwar ist dieser Füllfaktor auch bei Filterstöpseln aus nicht hydrophilen Azetat-Kunstfasern erzielbar, aber nur mittels gekräuselter Azetat-Kunstfasern. Aus glatten Azetat-Kunstfasern hergestellte Filterstöpsel sind wegen des zu hohen Zugwiderstandes ohnedies unbrauchbar, würden aber natürlich einen viel höheren Füllfaktor ergeben. Die Tatsache, dass der aus nicht gekräuselten Fasern herstellbare Filterstöpsel der vorliegenden Bauart einen Füllfaktor entsprechend dem aus gekräuselten Fasern bestehenden Filterstöpsel bisheriger Bauart besitzt, zeigt deutlich den erzielbaren technischen Fortschritt, denn es können sämtliche zur Kräuselung der Fasern notwendigen Arbeitsgängefortfallen.

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Bei der Verwendung des im Patent DAS 1.168.309 des Anmelders beschriebenen Verfahrens zur Erzeugung solcher Haftpunkte, bei dem sich kreuzende Kunstfasern aneinander haften bleiben, wenn die Kreuzungsstelle erwärmt und genügend stark zusammengepresst wird, und bei Benützung der aus dem Zusatzpatent DAS 1.182.571 bekannten Vorrichtung hat sich aber gezeigt, dass mit gewissen Formen der Prägewalzen die Schaffung von Faserbahnen, insbesondere aus Viscosefasern, verbessert werden kann.

Die Fig. 2 zeigt,in schematischer Darstellung, das Ausführungsbeispiel der ersten Einrichtung der Vorrichtung gemäss dem Zusatzpatent DAS 1.182.571 des Anmelders, hier verwendet für eine vorwiegend aus Viscosefasern bestehenden Faserbahn. Die Faserbahn aus den Kunstfasern wird in der Apparatur 21 in bekannter Weise aufbereitet. Beispielsweise kann die Apparatur eine Karde, ein Konverter üblicher Bauart oder ein anderer Florerzeuger sein, wobei es für den vorliegenden Filterstöpsel vorteilhaft ist, relativ kurzfaseriges Material zu verwenden. Von der Apparatur 21 wird ein lockerer und dünner Faserschleier 22 auf das endlose, in Pfeilrichtung umlaufende Band 23 aufgelegt. Dieses Band 23 läuft samt dem Faserschleier 22 durch den Spalt zwischen der Walze 24 und der Prägewalze 25. Die Oberfläche der Prägewalze 25 weist, etwa wie in Fig. 4 angedeutet, parallele Umfangsrippen auf. Die Walze 25 presst, mit einstellbarem Druck den unter ihr vorbeilaufenden Faserschleier 22 auf die Trägerbahn 23 und die Gegenwalze 24, so dass die Prägerippen auf dem Umfang der Prägewalze 25 ein sichtbares Präge-

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muster aus parallelen Längsrillen auf dem aus.der Walze 25 austretenden Faserschleier 26 hinterlässt.

Falls erwünscht, kann die Prägewalze 25 zusätzlich erwärmt werden, beispielsweise mittels eines elektrischen Heizkörpers 27, der über die Schleifringe 28 und die Leitungen 29 mit Heizstrom . versorgt wird. Eine solche Erhitzung der Prägewalze 25 ist insbesondere bei Verwendung thermoplastischer Kunstfäden von Wichtigkeit.

Der nunmehr selbsttragende Faserschleier 26 wird nach dem Verlassen der Prägewalze 25 zu einer Rolle 30 mittels bekannter Wickel-Einrichtungen aufgewickelt.

Die Fig. 3 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Walzenpaares zur Aufprägung eines Musters aus parallelen Längsrillen auf den Faserschleier 22 (Fig. 2), bestehend aus einer Prägewalze 31 aus Stahl und einer Gegenwalze 32 aus hartem verdichtetem Papier. Die Gegenwalze 32 ist hier eine Papierrolle mit ursprünglich zylindrischer glatter Mantelfläche, in welche mittels der Prägewalze 31 die Ringrillen eingepresst wurden, so dass die Unebenheiten auf beiden Walzenoberflächen genau ineinanderpassen. Beide Walzen haben beispielsweise einen Durchmesser von etwa 300 mm und eine Umlaufgeschwindigkeit an der Oberfläche von 15 bis 25 cm/s. Der Anpressdruck ist z.B. 8000 kg bei einer Walzenlänge von 100 cm. Die Prägewalze 31 wird bei der Verarbeitung eines Faserschleiers aus Viscose-Fasern von 5,5 Denier auf 110° C erwärmt. Ein Gewicht des mit Längsrillen

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2 versehenen Faserschleiers von 15 bis 50 Gramm pro m hat sich für die FilterStöpselherstellung als vorteilhaft erwiesen.

Es besteht auch die Möglichkeit, der Faserbahn 22 aus den beschriebenen hydrophilen und quellfähigen Kunstfasern eine gewisse Menge anderer Fasern beizumengen, sowohl solche natürlicher aus auch künstlicher Herkunft. Werden beispielsweise Naturfasern wie Cellulosefasern, Baumwollfasern, usw. beigemengt, so lässt sich die beschriebene Verfestigung durch Erzeugung eines Haftpunktnetzes mittels Aufpressen eines Prägemusters aus Längsrillen ebenfalls erzielen, da erfahrungsgemäss auch eine Kreuzungsstelle einer Naturfaser und einer Kunstfaser nach erfolgtem Zusammenpressen aneinander haftet. Anstelle von Naturfasern kann der Faserbahn aus hydrophilen und quellfähigen Kunstfasern beispielsweise auch eine gewisse Menge von Kunstfasern geringerer Quellfähigkeit beigemengt werden, was dann vorteilhaft sein kann, wenn die Absorptionswirkung der hydrophilen Kunstfasern zu hoch ist; auch in diesem Fall kann die Verfestigung durch ein aufgepresstes Muster aus Längsrillen erfolgen. Der aus hydrophilen und weniger hydrophilen Kunstfasern bestehende Faserstrang kann auch insofern vorteilhaft sein, als die weniger aufquellenden Kunstfasern auch beim Gebrauch des Filterstöpsels ihre Steifigkeit behalten und dadurch wie ein Stützgerüst für die weich werdenden hydrophilen Kunstfasern wirken.

Wie bereits erwähnt, müssen nicht sämtliche Fasern im ausgebreiteten Faserschleier regellos und willkürlich liegen. Es besteht auch die Möglichkeit, in bekannter Weise nach dem Aus-

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tritt der Fasern aus der Florbildungseinrichtung 21 eine teilweise Ausrichtung der Fasern in Laufrichtung vorzunehmen. Es müssen natürlich genügend viele regellos gerichtete Fasern vorhanden sein, um eine ausreichende Anzahl von Haftstellen erzeugen und so viele fixierte Faserabschnitte schaffen zu können, dass nach deniZus ammenr äff en des verfestigten Faserschleiers im daraus hergestellten Filterstöpsel ein ausreichender Radialdruck gewährleistet werden kann. Die parallel gerichteten Fasern können z.B. solche mit 5 bis 8 Denier, und die willkürlich gerichteten Fasern solche von 3,5 bis 5,5 Denier sein.

Bei den in Fig. 3 bis 5 schematisch angedeuteten Walzenpaaren 31a, 32a und 31b, 32b ist es vorteilhaft, wenn der Achsabstand geändert, also der freie gewundene Zwischenraum zwischen den Walzenoberflächen einjustiert werden kann. Es besteht dann die Möglichkeit, durch Verkleinerung des freien Zwischenraumes gleichzeitig mit der Aufprägung des Rillenmusters auf dan Florschleier denselben in Querrichtung zu recken und verdünnte Zonen oder Bereiche im Florschleier herzustellen. Diese Querreckung hat sich zur Erhöhung der Abseheidungswirkung der Filterstöpsel als vorteilhaft erwiesen.

Fig. 7 zeigt eine Ausgestaltung der Prägewalzen 31c, 32c zur Erzeugung von Quer- bzw. Streckenzonen im Faserschleier. Hier besitzen die Umfangsrippen eine solche Form, dass sich die Flanken derselben berühren, wenn die beiden Walzen 31c und 32c einander bis zum maximalen Ineinandergreifen der Umfangsrippen genähert werden.

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Schliesslich sei noch erwähnt, dass auch mehrere, wenigstens zum Teil aus hydrophilen Kunstfasern bestehende Faserschleier aufeinandergeschichtet und dann gemeinsam geprägt werden können. Solche einzelne Faserschleier können auch einzeln für sich mit einem Haftpunktmuster versehen werden. Dann sollte aber keine weitere Pressung erfolgen, um ein Zerreissen der fixierten Faserabschnitte zu vermeiden. Es kann auch beispielsweise auf einen ersten Faserschleier aus vorwiegend parallel zur Bewegungsrichtung verlaufenden Fasern ein zweiter aus regellos gerichteten Fasern bestehender Faserschleier aufgelegt und beide zusammen durch ein Prägewalzenpaar geleitet werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Herstellen von Tabakwarenfiltern, insbesondere Zigarettenfiltern, die aus stellenweise miteinander verbundenen Fasern bestehen, mit einer ersten Einrichtung, die am Anfang einer Förderbahn mit einem Florbahnerzeuger versehen ist, mindestens eine von der Förderbahn beschickbare, an sich bekannte Prägewalze und eine Aufwickeleinrichtung am Ende der Förderbahn aufweist und mit einer zweiten Einrichtung mit mindestens einer Abrolleinrichtung, einer am Ende einer Förderbahn angeordneten üblichen Raffeinrichtung zum Umformen einer ebenen Florbahn in einen wenigstens angenähert runden Strang und bekannten Mitteln zum Umhüllen und Unterteilen des Strangs, nach Patentanmeldung M 38. 568 IIl/79b, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägewalze und deren Gegenwalze als ein Walzenpaar mit in einstellbarem Masse ineinandergreifenden Umfangsrippen und dazwischen befindlichen Umfangsrinnen ausgebildet sind.

2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsrippen eine Gestalt besitzen, die bei maximalem Ineinandergreifen eine Berührung der Flanken der Umfangsrippen beider Walzen ergibt.

3.) Anwendung der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2 zur Herstellung einer zur Verarbeitung zu Tabakwarenfiltern geeigneten, eine Vielzahl von Haftβteilen zwischen eich kreuzenden Fasern aufweisenden Faβerbahn die vorwiegend »us Viscosefasern von 3,5

909840/0013 bis 14 Denier besteht.

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