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"Filter für Tabakrauch" Die Erfindung betrifft Filter für Tabakra@ch
und besonders ein Verfahren zu deren Herstellung, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens.
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Es w@rden bereits viele Stoffe als geeignete oder vorteilhafte Materialien
zur Herstellung von Filtern für Tabakrauch in Betracht gezogen. Schaumstoffe habe@
hierfür jedoch besonderes Interesse hervorgerufen, da sie neben guten Filtereigenschaften
auch andere erwünschte Eigenschaften wie niedrige Dichte verbunden mit hohem Federungsvermögen
bzw.
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Weichheit aufweisen. Bei derartigen Materialien treten schwierige
technische Probleme auf, wenn die Herstellung von endlosen Stangen aus Filtermaterial
mit hohen Maschinengeschwindigkeiten erfolgen soll.
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Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugninde, oin wirksames Fi:Lbjr
sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit deren Hilfe zur Erzeugung
eines derartigen Filters eine endlose Stange aus Schaumstoff-Filtermaterial rasch
und leicht hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Schaumstoff-Filtermaterial,
vorzugsweise Polyurethanschaum stoff feinteilig zorkleinert auf ein sich bewegendes
Band,
vorzugsweise auf ein Papierband überführt, während des Transportes
auf diesem Band in Stangenform gebracht und schließlich in dieses Band eingehüllt
wird.
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Vorteilhafterweise wird entweder zerkleinertes Kunstharz-Filterschaumstoffmaterial
allein oder in Mi@chung mit einem pulverförmigen oder körnigen Klebe- oder Bindematerial
zu einer @@dlosen Filterstange geformt, während es vom Band getragen wird.
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Als Filterschaumstoffmaterial wird vorzugsweise ein Polyurethanschatmstoff
eingesetzt, es lassen sich jedoch auch andere Kunstharz-Schaumstoffe verwenden.
Der Schaumstoff kann Hart- oder Weichschaumstoff sein. und offen- oder geschlossenporige
Struktur aufweisen.
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Vorteilhafterweise wird er in der Regel bis zu einer Korngröße von
weniger als 1,2 mm vorzugsweise bis zu einer Korngröße von 0,4 mm zerkleinert.
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Außer Polyurethanschaumstoff lassen sich auch Schaumstoffe aus Polyvinylchlorid,
aus Polyolefinen wie z.B. Polyäthylen oder Polystyrol, ode aus Copolymerisaten wie.
z.B. Polystyrol/ Acrylnitril verwenden 0 Schaumstoffe ais polymeren, durch Kondensation
von Phenolen, Harnstoff oder Melamin mit Formaldehyd erhaltenen Materialien, sind
weniger geeignet.
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Das pulverförmige oder körnige Klebematerial kann ein thermoplastisches
oder wärmehärtendes Kunstharz, zweckmäßigerweise ein Polyäthylenharz sein. Es können
jedoch auch niedersc@melzende anorganische Stoffe, zweckmäßigerweise ein hydratwasserhaltiges
Sal#z, z.B. der Phosphorsäure verwendet werden. Unter "niederschmelzend" ist zu
verstehen, daß der Stoff einen Schmelzpunkt von unter 250° C, vorzugsweise zwischen
100 und 150° C besitzt. Die Korngröße des Klebstoffmaterials beträgt zweckmäßigerweise
ebenfalls weniger als 1,2 mm un. vorzugsweise weniger als 0,3 mmO
Der
Anteil des Klebematerials kann bis zu 80 Gew.-% an der Mischung mit feinzerteiltem
Schaumstoff betragen. Zweckmässigerweise wird jedoch ein Gewichtsverhältnis von
feinverteil-tem Schaumstoff zu Klebematerial zwischen 4 : 1 und 1 : 4 gewählt. Bei
der Verwendung von Polyäthylen als Klebematerial liegt dieses Gewichtsverhältnis
vorzugsweise zwischen 2 : 1 und 1 : 2. Bei der Verwendung von Natriumphosphat dagegen
soll die Gewichtsverhältnis am besten zwischen 4 : 1 und 1 : 1 liegen.
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Falls erforderlich können auch faserförmige, körnige oder pulverförmige
Füll- oder Hilfsstoffe zusätzlich eingebaut werden.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird eine Mischung aus feinzerteiltem Schaumstoffmaterial und pulverförmigem
oder körnigem Klebematerial aus einem Behälter entnommen in der ein im wesentlichen
konstanter vorbestimmt er Füllstand aufrechterhalten wird. Mit Hilfe einer Schraube
oder einer Rütteleinrichtung wird ein gleichmäßiger abzug der Mischung von der Unterseite
des Behalters gewährleistet. Die Rütteleinrichtung dient dabei sowohl dazu, weitgehend
Zusammenlagerungen der Mischungsbestandteile auszuschließen, als auch dazu, die
Mischung einer bestimmten Stelle zuzuführen, von der aus sie auf die Oberfläche
des sich bewegenden Bandas oder in das sogenannte Bett einer üblichen Zigarettenherstellungsmaschine
herabfallen kann.
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Vorteilhafterweise kann die Oberfläche des sich bewegenden Band mit
ein er Schicht aus wärme aktivierbarem thermoplastischen Klebematerial belegt sein,
die nachfolgend mit Hilfe einer Heizeinrichtung teilweise klebeaktiv gemacht wird.
Auf deri Band durchl.iuft das Material dann eine Station, in der seine Oberfläche
nivellie.t und in der Beeratellen in der Materialschicht ausgeglichen werden. Hierzu
kann eine hin- un.d herschwingende
Nivelliereinrich.tung verwendet
werden, vorzugsweise wird, jedoch ein Scheibenrad verwendet, dessen Umfang mit Zähnen
besetzt oder grobgeriffelt ist und das in Berührung mit der Oberfläche des Materials
entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Bandes in Drehbewegung versetzt wird.
Das sich bewegende. Band, auf dem das Material liegt, wird durch eine Verdichtungsstation
und dann durch Reihe und Verfonungsstationen geführt, in welchenes Z.T. um das Material
herumgeschlagen und dort angeklebt wird. Das Material wird dabei verdichtet, um
eine starke Verbindung zwischen den Klebematerialteilchen und den Schaumstoffteilohen
zu erzielen und um die gewünschte Festigkeit sowie die entsprechenden Durchlässigkeitseigenschaften
der fertiggestellten Stange zu gewährleisten.
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Die Formgebung kann auf übliche Weise mit Hilfe einer Reihe von Heiz-
und Kühlbacken bewerkstelligt werden0 Die resultierende endlose Stange des Filtermaterial,
die von dem Band eingehüllt ist, wird schließlich in Abschnitte von der Länge eines
einzelnen Filters oder in Abschnitte mit einem Vielfachen dieses Länge zerteilt.
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Nach.eine,m anderen Ausführungsbeispiel der Durchführung des erfindun:sgemäßen
Verfahrens wird der feinzerteile Schaumstoff mit oder ohne pulverförmigem oder körnigem
Klebematerial' auf einfache Weise nach Überführung auf das Band dadurch in die Form
einer Filterstange gebracht, daß das Material auf dem Band direkt in die entsprechende
Einrichtung einer üblichen Zigarettenherstellungsmaschine eingeführt wird. Auf diese
Weise ist es nicht mehr erforderlich auf die Oberfläche des Bandes in der oben beschriebenen
Weise eine Klebstoffbeschichtung a@zubringen. Auch ist, wenn das Schaumstoffmaterial
mit Klebematerial gemischt ist, ein sofortiges Erhitzen dann nicht mehr erforderlich,
weil das Klebematerial durch einen irgendwann nachfolgenden Heizvorgang aktiviert
werden kann, je nachdem wann und wo es gerade zweckmäßig ist.
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Obwohl die handelsüblichen Polyurethanschaumstoffe erheblich in ihrer
Zusammensetzung und in ihrem physikalischen Aufbau
voneinander abweichen,
besitzen sie in feinteiliger Form jedoch: alle eine bemerkenswerte Selektionswirkung
gegenüber Cyanwasserstoff sowie die Fähigkeit zur Retention beachtlicher Mengen
anderer Rauchbestandteile, einschließlich der dampfflüchtigen Phenole. Es ist über
dies überraschend, daß die Siltra-tionseigenschaf-ten des feinteiligen Schaumstoffmaterials
nur von seiner Korngröße abhängen, unabhängig vom Druckgefälle, bzw. Zugwiderstand
des Filters. Dementsprechend lassen sich diese Eigenschaften ohne Abänderung des
Druckgefälles durch Wechsel der Korngröße des Filtermaterials verändern. Das Anteilsverhältnis
der jeweiligen zurückgehaltenen Rauchbestandteile läßt sich durch entsprechende
Wahl der chemischen Zusammensetzung und/oder der physikalischen Eigenschaften des
verwendeten Schaumstoffausgangsmaterials beeinflussen. Eine derartige Beeinflussung
kann auch durch entsörechende Ausviahl des Klebematerials erfolgen. So erhöht z.B.
Natriumphosphat die Retention von Cyanwasserstoff, begünstigt dagegen die Durchlässigkeit
gegenüber Nikotin.
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Das erforderliche Druckgefälle, bzw. der entsprechende Durchgangswiderstand
kann auf einfache Art und Weise durch Veränderung der Zuführungsgeschwindigkeit
und des Verdichtungsgrades des Schaumstoffmaterials während der Herstellung der
Filter stange eingestellt werden. Das Druckgefälle, b--'w. der Zugwiderstand einer
etwa 7 mm langen Filterstange beträgt vorzugsweise 15 bis 20 cm Wassersäule.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Filter werden
vorzugsweise in Verbindung mit mindestens einem Abschnitte eines üblichen Filter
am Mundende oder zwischen zwei Abschnitten aus derartigem Filtermaterial benutzt.
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Weitere Möglichkeiten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sowie die dazu gehorigen Vorrichtungen erden anhünd der nachfolgenden Beispiele
und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigt: Fig. 1 ein Fließschema der Verfahrensschritte für eine
erste Ausführungsform des Verfahrens, Fig. 2 die schematische perspektivische Darstellung
einer Vorrichtung zur Durchführung von Verfahrenschritten gemäß Fig. 1, Fig. 3 ein
Fließschema ähnlich dem Fig. 1, das eine weitere Ausführungsform zur Durchführung
des Verfahrens beschreibt Fig. 4 eine schematische perspektivische Darstellung der
Vorrichtung zur Ausführung von Verfahrensschritden gemäß Fig. 3, und Fig, 5 eine
schematische perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Zuführungseinrichtung
für Materialmischung.
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Beispiel 1: Bei diesem Verfahrensbeispiel, auf das mit den Fig. 1
und 2 Bezug genommen wird, wurde als Schaumstoffmaterial ein weißer Polyurethanschaumstoff
verwendet, wie er unter der Bezeichnung "Spandofoam 200" als Erzeugnis der Firma
Baxenden Chemical & Co. handelsüblich ist. Es handelt sich hierbei um einen
harten, geschlossenporigen Schaumstoff, mit geringer Zellgröße der mit einem flammliemmenden
Mittel ausgerüstet is.
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Blöcke aus diesen Werkstoff wurden in Streifen von etwa 6,45 qem zersägt
und einem Zerkleinerer 1 zugeführt. Als Zerkleinerer wurde beispielsweise ein 11-Zoll
(28 cm-) Christy Norris Disintegrator verwendet, der mit 6000 Umdrehungen pro Minute
betrieben wurde und pro Stunde etwa 3,6 kg grobgemahlenes und durch ein Sieb mit
6,5 mm Lochdu@ messer hindurchgeführtes Gut lieferte.
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Dieses Material wurde in einer Hammermühle 2 (verwendet wurde eineRaymond-Mill
mit einer ähnlichen Kapazität wie der Zerweiter kleinerer 1) soweit/zerkleinert,
daß es durch ein Sieb mit 1,6 mm Lochdurchmesser hindurchgeführt werden konnte.
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Bei über 90 % des so zerkleinerten Schaumstoffes lag die Teilchengröße
zwischen 0,15 und 0,71 mm; die Hauptmenge der Teilchen besaß eine Große zwischen
0,15 und 0,42 mm. Dies entsprach der bevorzugten Teilchengröße.
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Als Klebematerial wurde kristalisiertes lfrinatriumorthophosphatdodekahydrat
verwendet. Zur Verringerung der Teilchengröße wurde dieses Material in einer Hammermühle
3 (Paymond-Mill) behandelt, bis es durch ein Sieb mit 0,65 mm Lochäurohmesser hindurchtre-ten
konnte. Die Teilchengröße lag dann vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,3 mm. Das so
erhaltene Material wurde innig mit den zerkleinerten Schaumstoffpartikelchen im
Verhältnis von 4 Gewichtsteilen Schaumst;off zu einem Gewicht steil Irinatriumorthophosphatdodekahydrat
gemischt. Die Mischung erfoe in einem Taumelmischer 4 und erstreckte sich über einen
Zeitraum von etwa 10 bis 15 min. Die Mischung wurde dann in einen Behälter 5 überführt,
der mit einem Schaufelrührwerk ausgerüstet ist, welches fünf Umdrehungen pro Minute
ausführt. Der jeweilige Inhalt des Behälters wird bei einer konstanten Fülltiefe
von etwa 10 cm gehalten. Aus dies#m Behälter 5 von dsn in Fig. 2 lediglich der untere
Teil zu ersehen ist, wurde die Mischung durch eine Förderschraube 6 (25,4 mm Durchmesser
und etwa 25,4 mm Steigung, Drehzahl ungefähr 30 U.p.M.) in einen Füllschacht 7 überführt,
der sie dann auf ein sich bewegendes flaches Band 8 aus üblichem Filtereinschlagpapier
weiliergab. Die Oberfläche des Bandes 8 war miS einem thermoplastischem Klebsoff
beschichtet. Dieses Band, das sich zwischen Führungsstücken 9 (Fig. 2) bewegt, wurde
über eine Heinzeinrichtung 10 gefiihrt, deren Temperatur bei 750 C gehalten wurde.
Diese Heizeinrichtung aktivierte die Klebstoffbeschichtung und ergab so eine Verbindung
zwischen dem Band und den Teilchen de1 darauf liegenden Materialmi chung.
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Zugleich wurde die Oberfläche der zwischen den Fithrungen 9 gehaltenen
Materialmischung durch ein Scheibenrad 11 nivelliert
bzw, ausgeglichen.
Dieses Scheibenrad 11 wurde durch einen kleinen Elektromotor 12 mit veränderbarer
Geschwindigkeit angetrieben und war so befes-tigt, daß sich sein Umfang etwa 12
mm über der Oberfläche des Bandes befand. Das Rad 11 be- | stand aus zwei aneinander
anliegenden S-birnrädern (mit je 63,5 mm Durchmesser und eL,wa 15,8 mm Breite, mit
60 Zähnen von je etwa 1,6 mm Tiefe), wobei die Zähne dieser beiden.
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Räder gegeneinander versetzt waren. Das Rad 11 drehe sich entgegen
esetzt zur Bewegungsrichtung des Bandes und wirkte so als "Abstreif"-Rad. Das Band
und die nivellierte Schicht der Materialmischung wurden dann durch eine Verdichtungsstation
13 geführt, die aus einer Folge von vier Verdich-liun.gsrollen 14 bis 17 besteht,
welche zusammen durch einen Elektromotor mit veränderbarer Geschwindigkeit angetrieben
werden.
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Die Rcllen 14 bis 17 waren vertikal veränderlich befestigt und mit
zunehmend kleineren Abständen, d.h. mit von 12 mm bis 6 mm abnehmendem Abständen
über dem band 8 angeordnet.
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Mindestens die Rollen 14 und 17 waren mit einer konkaven iLauffläche
von 2 mm Tiefe versehen. Die Außendurchmesser der Rollen betrug etwa SO mm und ihre
Breite e-l-wa 13 mmO Der Durchmesser und die Breite der aufeinanderfolgenden Rollen
kann geringfügig voneinander abweichen0 Diese Rollen können auch aus unterschie#dlichem
Material bes; ehen. So können z.B. die Rollen 14 und 15 aus weichem Stahl, die Rolle
16 aus einer harten Legierung un die Rolle 17 aus Messing bestehen. Zusätzlich zu
der Verdichtungsstation 13 ist vorzugsweise, wie in der Zeichnung dargestellt, eine
Einrichtung 18 zur Beseitigung statischer Aufladungen vorgesehen.
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Während des Durchgangs unt;er den höher angeordneten Rollen 14 und
15 hindurch bewegte sich das Band 8 in einem flachen Bett zwischen den Führungen
9. Während des Durchgangs unter den liefer gelegenen Rollen 16 und 17 hindurch wurde
es in einer gewölbten Rinne 19 geführt, welche es dann an eine hohlkehlenförmige
Vorrichtung zur Überführung in die Stangenform
weiterleitete.
Das teilweise geformte Band mit der verdichteten Mischung aus Schaumstoffteilchen
und Natriumphosphat wurde dann in die Formbacke 21 und durch eine Reihe von Heiz-,
Kühl- und Formstationen 22a, b, G geführt.
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Dieser Vorrichtungsteil der aufeinander foldenden Stationen enl.sprich-t
der hierfür üblichen Art, wie sie a.B, in der britischen Patentschrift 1 103 822
beschrieben ist. Die auf diese Weise hergestellte eingehüllte Filterstange wurde
auf übliche Weise mit Hilfe der Schneideinrichtung 24 in Abschnitt bestimmter Längs
zerteilt.
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Beispiel 2: Für dieses Verfahrensbeispiel, das auf die Fig. 3 und
4 Bezug nimmt, wurde wiederum eine Mischung aus vier Gewichtsteilen zerkleinertem
Schaums-toff und einem Gewichtsteil aus Trinatriumorthophosphatdedekahydrat verwendet.
Diese Mischung wurde in der vorstehend unter Bezug auf die Fi@ 1 und 2 beschriebenen
Weise hergestellt0 In diesem Fall jedoch wurde die Mi@chung einem Rüttelbehälter
25 zugeführt, der an einer üblichen Zigaretenherstellungsmaschine anstelle des dort
normalerweise vorgesehenen Tabak-Zufuhrbehälters angeordnet war. Der Behälter 25
(Fig. 4) war trichterförmig gestaltet, wobei seine Wände eine Neigung von 20° gegenüber
der Vertikalen aufwiesen. Er besaß eine Entleerungsöffnung 26 von 76,2 mm Durchmesser.
Die aus dem Behälter austretende Materialmischung wurde unter einer in Vertikalrichtung
veränderlichen Sperre 27 hindurch einem breiten flachen Trog 28 (508 mm lang und
etwa 178 mm breit) einer in horizontaler Richtung schwingenden Aufgabevorrichtung
zugeführt. Sowohl die Höheneinstellun der Sperre 27 als auch der Ausschlag der Rüttelschwingung
kann zur Steuerung der Zufuhrgeschwindigkeit der Mischung verwendet werden.
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im allgemeinen wurde die Sperre 27 in einer solchen Höhe angebracht,
daß ihr Absüand 29 zum Trog 28 etwa 20 mm betrug. Bei dieser Einstellung ergab sich
eine Zufuhrungeschwindigkeit der Mischung von etwa 120 g pro Minute.
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Das aus dein Trog 28 gelangende Material fiel durch einen kurzen senkrecht;
angeordneten Füllschacht 30 auf ein Band 8 aus Filterstangeneinschlagpapier, das
sich zwischen den Sei tons schienen 31 der Vorrichtung vorwärtsbewegte. Die Seitenschienen
31 bildeten Führungswände für das Band und die darauf liegende Mischung. Das Band
wurde dann unter einer Nivellierstation 11 mit einem Zahnrad 32 (101 mm Durchmesser,
5,8 mm Breite und 64 Zähne mit; 1,58 mm Tiefe) hindurchgeführt. Dieses Zahnrad wurde
so angeordnet;, daß sich seine Umfangsfläche 20 mm über dem Band befand und wurde
mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 27,4 m pro Minute entgegen der Bewegungsrichtung
des Bandes gedreht, während die Geschwindigkeit des B@ndes etwa 18,3 m pro Minute
be-trug. Auf diese Weise wirkte das Zahnrad als Zurückhalte- bzw. Ausgleichsvorrichtung.
Es wurde unabhängig durch einen kleinen Motor 33 mit; einer Einrichtung zur Regulierung
der Geschwindigkeit angetrieben. Das Ban.d 8 und die Mischung gelang-ten dann durch
einen konvergierenden Abschnitt der Schienen 31 zu einer Verdichtungsstation 13,
in der die Materialmischung durch ein Verdichtungsrad 34 verdioht;et; wurde. Dieses
Verdichtungsrad 34 entspricht dem üblicherweise in dieser Maschine verwendeten Rad
mit; der Ausnahne, daß es an seinem Umfang eine gewölbte Ausnehmung von etwa 2 mm
Tiefe sowie eine unabhängige Antriebsvorrichtung aufweist, die aus einem hinsichtlich
seiner Geschwindigkeit regelbaren Motor 35 und einem Kettenantrieb 36 besteht.
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Das Bad 34 wurde mit; einer Umfangsgeschwindigkeit von 15,2 m pro
Minute angetrieben und befand sich etwa sich etwa 8 mm über dem Band 8. Das Band
und die Materialmischung wurden dann durch
einen bei einer derartigen
Maschine üblichen Schuh 37, durch ein Zungenstück 38 und durch-einen Beschlag 39
geführt. Sie wurden dadurch in Stangenform gebracht und die Naht des Bandes wurde
dabei verschlossen, gerade so wie dies bei der Zigarettenherstellung erfolgt; die
Stange wurde schließlich in der Station 24 in an sich bekannter leise in Stücke
bestimmter Länge zerschnitten. Um zu gewährleisten, daß keine Teilchen der Mischung
in die Naht eingeschlossen werden, ist vorzugsweise anliegend am Rad 34 ein Absaugrohr
34' angeordnet.
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Zur Erzielung der Bindung innerhalb der Abschnit;te der Filterstann
wurden diese mit einer Geschwindigkeit von etwa 3 m pro Minute auf ein endloses
Maschendraht-Transportband 40 mit einer Lochweite -Jon 9,5 mm, und dann durch einen
et;wa 1,5 m langen Kanal 41 geführt, der durch drei Gruppen von Infrarotheizelementen
erhitzt; wurde, die e jeweils aus sechs Heizröhren mit einer Leistung von 1 k' bestanden.
Davon waren jeweils drei oberhalb und drei unterhalb des Transportbandes angeordnet;
und alle Heizröhren waren zur Bündelung der Surahlung abgeschirmt. Nach dem Verlassen
des Tunnels 41 und nach entsprechender Kühlung zeigten sich die Stangen fest gebunden,
d.h. die Schaumstoffteilchen hafteten fest aneinander.
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Diese Bindungsstufe muß nicht; unbedingt sofort an die Herstellung
der Stangenabschnitte angeschlossen sein. Die Bindung kann zu irge@deiner Zeit vor
der Verwendung der Stangenabschnitte zur He stellung von Filterzigaretten durchgeführt
werden. Überdien ist es nicht erforderlich, daß die Filterstan enabschnitte die
Heiz- und Kühlkammern in axialer Richtung durchlaufen. Ihr Durchlauf kann vielmehr
auch quer zu dieser Richtung erfolgen. Dies bringt Vorteile hinsichtlich der Raumausnutzung
und auch dadurch, daß dieser Teil der Vorrichtung an einer günstigen Stelle getrennt
von dei oben bese riebenen Maschine angeordnet werden kann.
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Beispiel 3: Bei einer in Fig.5 dargestellten abgewandelten Ausgestaltung
der Zuführungsvorrichtung wurde die Materialmischung einem Behälter 5 zugegeben,
der mit einer regelbaren Rüttelvorrichtung 42 ausgestattet ist. Die Materialmischung
wurde mittels einer mit Flanschen versehenen Rolle 43, durch eine regelbare Sperre
44 und unter eine einstellbare Rolle 45 mit flachen Längsnuten vorgeschoben. Sowohl
der untere Teil des Behälters 5 als auch die Rolle 45 griffen zwischen den Flanschen
46 der Rolle 43 ineinander ein und reichten bis dicht an die Flansche 46 heran.
Die Rolle 43 besaß einen Gesamtdurchmesser von 355,6 mm und Flansche mit einer Tiefe
von 25,4 mm. Die Rolle 45 dagegen wies einen Durchmesser von 1o1,6 mm und eine Länge
von 114,3 mm auf. Sie war mit 50 gleichmäßig verteilten flachen Nuten von 1,58 mm
Tiefe ausgestattet. Die Rollen 47 und 45 wurden durch einen Motor gemeinsam angetrieben,
der zur Steuerung der Zufuhrgeschwindigkeit regelbar war. Um eine überschüssige
Materialzufuhr für den Fall des Versagens der Sperre 44 zu verhindern, war an der
Zufuhrseite der Rolle 45 eine Querschiene 47 angeordnet. Diese diente gleichzeitig
zur Versteifung des hier nicht dargestellten Gehäuses dieser Vorrichtung. Die durch
die Nuten der Rolle 45 abgezogene Materialmischung lief auf eine Rutsche 58 aus,
deren oberer Teil leicht geschwungen war, während der untere Teil, der sich abwärts
zwischen die Seitenführungen der Rinne 49 erstreckt, steil geneigt war. Die Materialmischung
bildete einen gleichmäßigen ebenen Belag, der der anfänglichen Biegung der Rutsche
folgend ruhig abglitt, dann abbrach und in Form einzelner Teilchen in die Rinne
49 fiel. Auf diese Weise wurde eine wirksame und leicht steuerbare Zuführung der
Materialmischung erreicht.
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In der Rinne 49 wurde, ebenso wie bei den vorstehend beschrieabbenen
Beispielen die Mischung durch ein Band und einem Maschinenteil zugeführt, der Einrichtungen
für die Nivellierung, Verdichtung und für die nachfolgenden Verarbeituntsstufen
aufwies.
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Die Einrichtungen für diese Stufen können so ähnlich ausgestaltet
sein, wie sie in den vorstehenden Beispielen 1 und 2 unter Bezug auf die Fig.l,
2 bzw. 3 und 4 beschrieben sind.
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Die einzelnen Ausführungsbeispiele des vorstehend beschriebenen Verfahrens
und der vorstehend beschriebenen Vorrichtung bieten ein hohes Maß an Anpassungsfa'higkeit,as
den verschiedenen Arten vun Schaumstoffmaterial entsprechend, sowie zur Herstellung
von Filterstangen mit bestimmten physikalischen Eigenschaften, erforderlich ist.
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Beispiel 4: Zur Ermittlung des Effektes, den eine Veränderung des
Druckgefälles, bzw. des Zugwiderstandes bewirkt, wurde mittels des Verfahrens und
mittels der Vorrichtung die unter Bezug auf die Fig.1 und 2 beschrieben wurden (Beispiel
1), zwei Arten von Filterstangen aus einer Mischung von zwei Teilen des gleichen
zerkleinerten Polyurethanschaumstoffes und einem Gewichtsteil Polyäthylenpulver
als Klebstoff hergestellt. r die erste Art, wurde die Zufuhrgeschwindigkeit der
Mischung bei 7 und das Ausmaß der Verdichtung bei 17 so gewählt, daß Filter mit
üblichem Druckabfall, bzw. üblichem Zugwiderstand erhalten wurden. Für die zweite
Gruppe wurden die Bedingungen so verändert, daß Filter mit einem niedrigeren Druckgefälle
bzw. Druckwidestand erhalten wurden. Von Jeder der beiden Arten wurden Filterabschnitte
von 15 mm Länge hergestellt und an Zigaretten angebracht.
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Diese Zigaretten wurden dann unter Benutzung einer Rau,chmaschine
abgeraucht, die pro Minute einen Zug mit 2 Sekunden Dauer und 35 ml Zugvolumen ausführt.
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Anschließend wurde bestimmt welche Gewichtsanteile an Gesamt-Partikelphase,
Nikotin, wasserdampfflüchtigen Phenolen und Cyanwasserstoff aus dem Tabakrauch zurdckgehalten
wurden. Die entsprechenden Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle I aufgeführt:
Tabelle
1
| Filter Druckgefälle Zurückgehaltene Anteile (%) |
| bzw. Zugwider- |
| Gesamt-@anti- Nikotin Was- Cyanwas- |
| stand (cm Was- Gesamt-Parti Nikotin Was- Cyanwas- |
| sersäule bei kelphase ser- serstoff |
| dampf- |
| einem Luftstrom |
| flüch- |
| v.1050 cm³/min.) |
| tige |
| Phenole |
| Gruppe 1 13,0 42 30 54 66 |
| 2 2 5,2 27 18 48 bo |
Beispiel 5: Mittels des Verfahrens und mittels der Vorrichtung welche unter Bezug
auf die Fig.3 und 4 vorstehend beschrieben wurden (Beispiel 2) bei denen jedoch
die Apparateteile 1 bis 4, 40 und 41 nicht mit verwendet wurden, wurden Filterstangen
hergestellt, welche ausschließlich aus eingehüllten Polyurethanschaumstoffteilchen
bestanden. Diese Polyurethanschaumstoffteilchen wurden zuvor durch Sieben in sieben
bekannte Korngrößenbereiche aufge-| teilt. Für jeden Korngrößenbereich wurde die
Zufuhrgeschwindigkeit aus dem Behälter 25 auf das Band 8 und das Ausmaß der Verdichtung
in der Station 13 so eingestellt, daß die letztlich erhaltenen Filterstangen im
wesentlichen das gleiche Druckgefälle bzw. den gleichen Zugwiderstand aufwiesen.
Die so hergestellten Filterstangen wurden auf ihr Druckgefälle hin überprüft und
diewenigen ausgewählt, welche ein Druckgefälle von 15 cm Wassersäule auf 15 mm Länge
aufwiesen Dann wurden Abschnitte von 15 mm Länge von diesen Stangen abgetre @t und
zwischen zwei Je 7 mm langen Filterstangenabschnitten aus Zelluloseazetatfasern
mit einer Faserstärke von 15 Denier und einer Gesamtstärke von 64.ooo Denier befestigt.
Die so erhaltenen zusammengesetzten Filteiamundstücke wurden an Zigaretten angebracht
und wie vorstehend beschrieben abgeraucht Dann wurden die zurückgehaltenen Anteile
an
Gesamt-Partikelphase bestimmt. Dabei wurden folgende Ergebnisse erzielt: Tabelle
II
| Filter Korngröße Gewicht der Anteil der zurückgehalte- |
| (Durchmesser Körner nen Gesamt-Partikel- |
| in mm) (mg.) phase |
| (%) |
| 1 größer als 65 37 |
| 1,68 |
| 2 1,68-1,20 65 40 |
| 3 1,20-1,00 75 47 |
| 4 1,00-0,85 75 48 |
| 5 0,85-0,60 85 52 |
| 6 0,60-0,42 90 51 |
| 7 0,42-0,35 90 54 |
Es zeigt sich somit, daß bei gleichem Druckgefälle, bzw. gleichem Zugwiderstand
der Filter-Effekt mit abnehmender Korngröße anwächst.
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Zur Ermittlung des Effektes der sich bei der Verwendung verschiedener
Arten von Polyurethanschaumstoffmaterial ergibt, wurden fünf Materialarten A bis
E untersucht. Diese Materialien wiesen folgende Merkmale auf: A) Ein weißer Hartschaumstoff
auf Toluylendiocyanatbasis, getrieben unter Verwnedung von halogenierten Kohlenwasserstoffen.
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Kleine einheitliche Zellen, gerade noch mit bloßem Auge erkennbar,
mit dünnen (Zell-)Wänden.
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B) Schwachgefärbter Schaumstoff auf der Basis von 4, 4' -Diphenylmethandiisocyanat,
getrieben unter Verwindung ähnlich
halogenierter Kohlenwasserstoffe.
Zellgröße und Wandstärke ähnlich / dem Schaumstoff A).
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C) Heller Hartschaumstoff auf der Basis von Toluylendiisocyanat, getrieben
mit aus der Reaktion gebildeten Kohlendioxid. Große Zellen, Mehrzahl der Zellen
etwa 2 - 5 mm, dickwandig.
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D) Fahlbrauner Hartschaumstoff auf der Basis von 4,41 -Diphenylmethandiisocyanat,
getrieben unter Verwendung von halogenierten Kohlenwasserstoffen. Zellgröße und
Wandstärke sichtlich größer als bei A) und B), mit einem Zelldurohmesser von höchstens
1 mm9 mit bloßem Auge klar erkennbar.
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E) Schaumstoff ähnlich B), jedoch von einem anderen Lieferanten.
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Beispiel 6: Die Schaumstoffe A-E wurden nach dem unter Bezugnahme
auf die Fig.1 und 2 beschriebenen Verfahren (Beispiel 1) zerkleinert und das Schüttgewicht
der erhaltenen Schaumstoffkörnchen bestimmt.
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Von -Jedem dieser zerkleinerten Schaumstoffe wurden dann vier Gewichtsteile
mit einem Gewichtsteil zerkleinertem Natriumphosphatdedekahydrat und nach dem unter
Bezug auf die Fig.3 und 4 beschriebenen Verfahren (Beispiel 2) eingehüllten Filterstangen
geformt. Die so gebildeten Filterstangen wurdenlin Abschnitte von 7 mm Länge zerschnitten
und das Durchschnittsgewicht der Abschnitte bestimmt. Diese Abschnitte wurden dann
wie im Beispiel 5 beschrieben, zwischen zwei Abschnitten einer Filterstange aus
Celluloseacetatfasern angeordnet. Die zusammengesetzten Filtermundstücke wurden
dann an Zigaretten angebracht und wie vorstehend beschrieben abgeraucht. Anschließend
wurden die zurückgehaltenen Anteile an Gesamt-Partikelphase, Nikotin, wasserdampfflüchtigen
Phenolen und Cyanwasserstoff bestimmt. Dabei wurden folgende Ergebnisse erhalten:
Tabelle
III
| Schaum- Gewicht Druckge- Schütt- Zurückgehaltene An- |
| stoff d.Schaum- fälle gew.der teile (%) |
| stoffteil- bzw.Zug- Schaum- |
| chen im wider- stoff Part.- tin ser- Cyan- |
| Part.- @in ser- was- |
| Filter stand teilch. |
| Phase dampf- ser- |
| (mg) (cm-Was- (g/cm³) |
| flü@@ stoff |
| sersäule tige |
| b.einem Phe- |
| Luftstrom |
| v.1050 cm³/ |
| min.) |
| A 48 15 o,ll 50 37 59 59 |
| B 59 14 o,12 62 50 66 56 |
| C 160 15 o,35 59 4o 61 39 |
| D 48 20 o,lo 53 45 60 46 |
| E 64 15 o,14 56 41 59 52 |
Wie ersichtlich, waren alle diese Materialien als Filter wirksam und ließen im Vergleich
zu üblichen Filterstoffen eine hohe Selektvität gegenüber Cyanwasserstoff erkennen.
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Beispiel (: Um den Effekt zu ermitteln, den die Verwendung verschiedener
Anteile von Klebematerial bewirkt, wurde das unter Bezugnahme auf die Fig.3 und
4 beschriebene Verfahren (Beispiel 2) zur Herstellung von Filterstangen aus zerkleinertem
Schaumstoff "Spandofoam 200" und Natriumorthophosphatdodekahydrat benutzt. Für jede
Mischung wurden die Zuführungsgeschwindigkeit. und das Ausmaß der Verdichtung so
eingerichtet, daß in etwa das gleiche Druckgefälle, bzw. der gleiche Zugwiderstand,
an den letztlich erhaltenen Stangen gegeben waren. Die Stangen wurden in Abschnitte
von 7 mm Länge zerschnitten. Diese Abschnitte wurden zwischen
zwei
ebenfalls 7 mm langen Abschnitten aus Celluloseacetatfasern, entsprechend dem im
vorhergehenden Beispiel beschriebenen Aufbau an Zigaretten angeordnet. Diese Zigaretten
wurden wie beschrieben abgeraucht. Der Rauchversuch erfolgte im Vergleich mit Zigaretten,
die keinen Schaumstoffilterabschnitt besaßen und im Vergleich mit solchen Zigaretten,
die zwar einen Schaumstoffilterabsohnitt, jedoch ohne zugemischtes Klebstoffmaterial
aufwiesen. Anschließend wurden die zurückgehaltenen Anteile an Gesamt-Partikelphase,
Nikotin, wasserdampfflüchtigen Phenolen und Cyanwasserstoff bestimmt. Dabei wurden
die nachfolgenden Ergebnisse erhalten: Tabelle 1V
| Verhält- Gew. Druckge- Zurückgehaltene Anteile |
| nis Phos- Schaum- fälle bzw. |
| phat zu stoffteil- Zugwider- |
| Schaumstoff chen pro stand des Ges. - Nikotin wasser-Cyan |
| Ges.- Nikotin wasser- Cyan- |
| teilchen Filter Filters |
| Partikel dampf- was |
| (mg) (cm Wasser- |
| phase flüch- ser- |
| einem Luft- |
| Phenole |
| strom v.1050 |
| cm³/Min. |
| - 0 1,8 14 14 25 unt.10 |
| - 53 15,8 65 56 67 52 |
| 1:4 56 16,8 59 44 63 55 |
| 1:3 57 21,o 59 40 64 58 |
| 1:2 52 17,5 59 40 66 ! 59 |
| 1:1 48 17,5 58 40 54 61 |
Sofern gewünscht können der Mischung auch andere Stoffe beigefügt werden, welche
die Filtereigenschaften der Filterstange aus gebundenem Schaumstoff verbessern.
Solche Stoffe sind z.B. Aktivkohle, aktive Erden wie z.B. Bentonit, Molekularsiebmaterialien
und solche Stoffe, welche spezifisch bestimmte Verbindungen aus dem Tabakrauch zurückhalten
können. Der Filtereffekt einer Stange aus Polyurethanschaumstoff, der mit Natriumacetathydrat
gebunden ist,
wurde z.B. durch den Zusatz von Zinkacetat gesteigert.
Es wurde ein Anwachsen der aus dem Tabakrauch zurückgehaltenen Anteile an Cyanwasserstoff
und Schwefelwasserstoff bewirkt. Das nachfolgende Beispiel erläutert die Wirkung
dieses Zusatzes.
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Beispiel 8: Es wurden Filterstangen hergestellt, die Polyurethanschaumstoff
und Natriumacetat im Gewichtsverhältnis 4:1 und unterschiedliche Gewichtsteile von
Zinkacetat, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung enthielten. Die Herstellungsbedingungen
wurden dabei so gewählt, daß Stangen mit jeweils gleichem Druckgefälle, bzw. Zugwiderstand
erhalten wurden. 7 mm lange Abschnitte von diesen Stangen wurden dann zwischen zwei
7 mm langen Abschnitten aus einen Celluloseacetatfiltermaterial aus Fasern mit einer
Einzelstärke von 15 Denier und einer Gesamtstärke von 64.ooo Denier an Zigaretten
angebracht. Diese Zigaretten wurden wie vorstehend beschrieben abgeraucht und mit
Zigaretten verglichen, welche ähnliche Filter Jedoch ohne entsprechenden Hehalt
an Zinkacetat aufwiesen. Die zurückgehaltenen Anteile an Gesamt-Partikelphase, Nikotin,
wasserdampfflüchtigen Phenolen, Cyanwasserstoff und Schwefelwasserstoff wurden bestimmt.
Dabei wurden die nachfolgenden Ergebnisse erzielt: Tabelle V
| Zink- Druckge- zurückgehaltene Anteile (%) |
| acetat fälle, |
| Gew. bzw.Zug- |
| widerstand Ges.- Nikotin wasser- Cyan- Schwe- |
| (cm Wasser- Partikel- dampf- was- felwasser- |
| säule b.ein. phase | flüch- | ser- stoff |
| Luftstrom v. tige stoff |
| 1050 cm³/min.) Phenole |
| 0 20 54 46 68 44 unt.10 |
| 1o 20 63 56 70 63 37 |
| 25 | 20 64 1 58 75 69 52 |
| 50 20 67 62 74 79 62 |
Das nachfolgende Beispiel beschreibt; die Verwendung eines an@eren
Schaumstoffmaterials.
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Beispiel 9: Eine Tafel eines handelsüblichen, geschlossenzeilligen
Polystyrolschaumstoffes wurde in etwa 6,4 cm3 große ViereclLe zer-' schnitten und
auf die in den vorhergehenden Beispielen beschriebene Weise soweit zermahlen, daß
er ein Sieb mit runden Sieböffnungen von etwa 1,6 mm Durchmesser passieren konnte.
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Das so gewonnene Material besaß ein Schüttgewicht von 0,04 g pro
g/cm3. Dann wurde Kupfernitrattrihydrat soweit zermahlen, daß es ebenfalls ein Sieb
mit den vorgenannten. Abmessungen passierte. Dr Schaumstoff und das Salz wurden
im Verhältnis von zwei Gewichtsteilen Schaumstoff zu einem Gewichtsteil Salz vermischt
und unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Apparatur und des vorstehend beschriebenen
Verfahrens zu Stangen geformt. Obwohl eine sehr exakte Regelung der Heizstufe erforderlich
war um ein Schmelzen des Schaumstoffes zu verhindern, konnte eine feste, gutabgebundene
Filterstange hergestellt; werden.
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Auß@r den bereits erwähnten, lassen sich auch andere Klebematerialien
verwenden. So wurde gefunden, daß beispielsweise Natriumperborattetrahydrat, hydratwasserhaltiges
Kalziumbromid, Aluminiumbromidnonahydrat, Eisensulfatheptahydrat, Kupfernitrattrihydrat,
Natriumaluminiumsulfatdodekahydrat, Kaliumaluminiumsulfatdodekahydrat, Kaliumchromsulfatdodekahydrat,
Natriumacetattrihydrat, Magnesiumacetatdihydrat, Aluminiumstearat und Magnesiumstearat
eine zur Bildung von Filterstangen zufriedenstellende Bindung des Schaumstoffes
ergeben. Diese Bindemittel wurden dadurch geprüft, daß unter Benutzung des vorstehend
beschriebenen Verfahrens und der vorst@@nd beschriebenen Vorrichtung Polyurethanschaumstoff
der besohriebenen Type A) und das jeweilige Bindemittel soweit gemahlen wurden,
dar..' sie durch ein Sieb mit; Rundlöchern von
1,6 mm Durchmesser
hindurchgeführt werden konnten und dann im Gewichtsverhältnis von vier Teilen Schaumstoffzu
ein Teil Bindemittel gemischt wurden.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte und beschriebenen Merkmale
bzw. Maßnahmen beschränkt. Sie umfaßt auch alle Teil- und Unterkombinationen dieser
Markmale bzw. Maßnahmen oder Verfahrensschritte.
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- Ansprüche -