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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuführen eines vorzugsweise flüssigen Zusatzstoffes auf
eine bewegte Bahn aus ausgebreitete Fäden aufweisendem Filtermaterial.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
eine Vorrichtung zum Zuführen
eines vorzugsweise flüssigen
Zusatzstoffes auf eine bewegte Bahn aus ausgebreitete Fäden aufweisendem
Filtermaterial.
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Bei
der Herstellung von Filterstäben
für die tabakverarbeitende
Industrie, die insbesondere an Zigaretten angesetzt werden, um Schadstoffe
aus dem Zigarettenrauch zu filtern, wird sogenanntes Filter-Tow,
das meist aus Celluloseacetat besteht, als endloser Streifen von
einem Vorrat abgezogen und behandelt. Das Filter-Tow besteht aus
einem Gewebe aus locker aneinanderhaftenden Fäden, die zur Bildung einer
breiten und meist ebenen Bahn auseinandergezogen werden, so daß die Fäden nebeneinander
und im wesentlichen parallel bewegt werden. Die Ausbreitung der
Bahn erfolgt in einer Reckzone, die von zwei mit unterschiedlichen
Umfangs geschwindigkeiten umlaufenden Walzenpaaren gebildet wird,
von denen mindestens eine Walze an ihrer Oberfläche gerillt ist. Nach der Ausbreitung
wird der Bahn ein Zusatzstoff, der meist flüssig ist und z. B. aus Triacetin-Tröpfchen besteht,
in feinverteilter Form zugeführt.
Die Tröpfchen
lösen die
Fäden an, so
daß die
Fäden nach
ihrer Zusammenraffung zu einem runden Strang und Umhüllung mit
einem Filterpapierstreifen in einer sogenannten Filterstrangmaschine
dauerhaft miteinander verhaftet, d. h. vernetzt, werden. Anstelle
eines flüssigen
Zusatzstoffes kann auch ein aus einer feinverteilten pulverförmigen Substanz
bestehender Zusatzstoff verwendet werden. Aufbereitungsgeräte der vorgeschriebenen
Art sind in den
US-Patentschriften US
5 060 664 und
4 511
420 sowie der
GB
2 265 296 A , beschrieben.
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Bei
der Ausbreitung der Fäden
des Filter-Tows kann die Tow-Menge, beispielsweise der Mittenbereich
der Bahn, mehr Material enthalten als die beiden Randbereiche oder
umgekehrt. Wird dann, wie bisher üblich, stets die gleiche Menge
an Zusatzstoff jedem Bereich der Bahn zugeführt, dann ist das Mengenverhältnis von
Filter-Tow von Filterstoff nicht mehr in allen Bereichen konstant,
d. h. in einem Bereich mit zuviel Tow-Menge je Flächeneinheit
befindet sich dann zu wenig Zusatzstoff, z. B. Triacetin, in einem
Bereich mit zu wenig Tow-Menge je Flächeneinheit befindet sich zuviel
Zusatzstoff. Dies bedeutet, daß die
Homogenität
des Triacetinauftrags über
die Breite der Bahn nicht mehr gewährleistet ist. Erwünscht ist
aber ein zumindest annähernd
konstantes Mengenverhältnis über die
Bahnbreite, also quer zur Richtung der Bahnbewegung.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Konstanz
des Verhältnisses
von Zusatzstoff zu Filtermaterial zu verbessern. Gemäß der Erfindung
wird dies dadurch erreicht, daß die Dichte
der Bahn quer zu ihrer Bewegungsrichtung erfaßt wird, und daß die Zufuhr
des Zusatzstoffes zu der Bahn in Abhängigkeit von der Dichte erfolgt.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Dichte
in einzelnen Bahnbereichen erfaßt,
so daß festgestellt
werden kann, wo sich ggf. Dichteabweichungen oder Dichteschwankungen
befinden. Die Bahndichte kann schnell und empfindlich mittels die
Bahn durchsetzender Strahlung vorzugsweise Lichtstrahlung erfaßt werden,
deren mehr oder weniger starke mittels fotoelektronischer Detektoren
erfaßte
Schwächung
ein Maß für die mehr
oder weniger große
Dichte des Bahnmaterials ist. Hierzu können Lichtwellen Verwendung
finden, die zumindest teilweise Licht im Infrarotbereich auf die
einzelnen Bahnbereiche abstrahlen.
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Die
Bahndichte kann in weiterer Ausbildung der Erfindung durch die Bahn
durchsetzendes Gas, vorzugsweise Luft, erfaßt werden. Die Beeinflussung von
Luftströmen
in den einzelen Bahnbereichen infolge der Dichte des Bahnmaterials
kann von geeigneten pneumatischen Detektoren erfaßt werden.
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Schließlich kann
gemäß der Erfindung
die Bahndichte durch die Bahn durchsetzende elektrische oder elektromagnetische
Felder, vorzugsweise durch Hochfrequenz-Felder, erfaßt werden. Die Beeinflussung
der Felder in den einzelnen Bahnbereichen infolge der Dichte des
Bahnmaterials kann von geeigneten Hochfrequenz-Detektoren erfaßt werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Zufuhr des Zusatzstoffes
zu der Bahn mittels steuerbarer Stellglieder gesteuert werden. Hierbei
werden die jeweils einem einzelen Bahnbereich zugeordneten Stellglieder
durch Dichtemeßsignale gesteuert,
die aus zugeordneten Bahnbereichen gebildet werden. Die Stellglieder
können
in Weiterbildung der Erfindung von quer zur Bewegungsrichtung der
Bahn angeordneten Ventilen gebildet werden. Sie können analog
oder digital in Abhängigkeit
von den dichteabhängigen
Meßsignalen
gesteuert werden. Anstelle von Ventilen als Stellglieder können gemäß der Erfindung
Dosierpumpen verwendet werden, deren Pumpleistungen von den dichteabhängigen Meßsignalen
gesteuert werden.
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Die
eingangs genannte Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine die
Dichte der Bahn quer zu ihrer Bewegungsrichtung erfaßende Meßanordnung, die
mit mindestens einem Stellglied für die Zufuhr des Zusatzstoffes
zu der Bahn verbunden ist. In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung
gemäß der Erfindung weist
die Dichtemeßanordnung
mehrere Meßwertgeber
auf, die jeweils einem Bereich der Bahn zugeordnet und mit einem
Stellglied verbunden sind. Vorteilhafte Meßwertgeber gemäß der Erfindung
arbeiten mit die Bahn durchsetzender Strahlung, insbesondere mit
Licht, dessen Spektrum zumindest teilweise im Infrarotbereich liegen
kann. Die mehr oder weniger große
Schwächung
des Lichtes infolge Dichteschwankungen des Bahnmaterials in den
einzelnen Bahnbereichen kann durch geeignete den Bahnbereichen zugeordnete
fotoelektronische dichteabhängige
Signale abgebende Detektoren erfaßt werden. Eine weitere Möglichkeit
der Erfassung der Dichte in den einzelnen Bahnbereichen besteht
gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung im Einsatz von pneumatischen den Bahnbereichen jeweils
zugeordneten Detektoren, die das Bahnmaterial durchsetzende Luftströme erfassen
und z. B. in elektrische Signale umsetzen. Eine weitere Möglichkeit
der Erfassung der Dichte in den einzelnen Bahnbereichen besteht gemäß der Erfindung
im Einsatz von Hochfrequenz-Detektoren,
die das Bahnmaterial mittels die Bahn durchsetzender hochfrequenter
elektrischer oder elektromagnetischer Felder erfassen und in elektrische
Signale umsetzen.
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Die
Meßwertgeber
sind bevorzugt stromabwärts
von der Meßstelle
angeordneten Stellgliedern zugeordnet. Die Stellglieder können als
steuerbare Ventile (Stellventile) oder steuerbare Dosierpumpen ausgebildet
sein, die quer zur Bewe gungsrichtung der Bahn angeordnet sind. Die
Steuerung der den einzelnen Bahnbereichen zugeordneten Stellglieder erfolgt
in Abhängigkeit
von Meßsignalen,
die von den den jeweiligen Bahnbereichen zugeordneten Meßwertgebern
abgegeben werden. Dabei kann die Änderung der Menge des von einem
Stellglied einem Bahnbereich zugeführten Zusatzstoffes kontinuierlich,
z. B. proportional, mit der Dichte des Bahnbereiches schwanken.
Ein Meßsignal
kann aber auch digitalisiert werden; den einzelnen z. B. binären Stellen des
Digitalsignals entsprechende Steuersignale können dann digital arbeitenden
Stellgliedern, z. B. Ventilen, zugeführt werden.
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Die
mit der Erfindung verbundenen Vorteile bestehen darin, daß die Zufuhr
des Zusatzstoffes Schwankungen der Bahn in der Richtung quer zur Förderrichtung
der Bahn schnell angepaßt
werden kann, so daß das
Verhältnis
der Menge von Bahnmaterial und von Zusatzstoff in den einzelnen
Bahnbereichen zumindest annähernd
konstant ist. Daher ist das Verhältnis
dann auch bei der gesamten Bahn zumindest annähernd konstant.
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Die
Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen
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1 eine
Seitenansicht eines Tow-Aufbereitungsgerätes unter Verwendung von fotoelektronischen
Meßwertgebern
gemäß der Erfindung,
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2 eine
Draufsicht auf den größten Teil des
Tow-Aufbereitungsgerätes
gemäß 1,
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3 einen
pneumatischen Meßwertgeber zur
Erfassung von Dichteschwankungen des als ebene Bahn ausgebreiteten
und bewegten Tows,
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4 einen
Hochfrequenz-Meßwertgeber zur
Erfassung von Dichteschwankungen des als ebene Bahn ausgebreiteten
und bewegten Tows.
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In
den 1 und 2 weist ein Aufbereitungsgerät 1 für Filter-Tow
ein Walzenpaar 2 zum fortlaufenden Abziehen eines endlosen
Filter-Tow-Streifens 3, z. B. aus Celluloseacetat, von
einem Ballen 4 auf. Nach der Entnahme von Ballen 4 passiert
der Filter-Tow-Streifen 3 auf seinem Weg zum Walzenpaar 2,
auf dem er über
eine Umlenkrolle 6 geführt
ist, zwei Luftdüsen 7 und 8,
die zur Ausbreitung und Auflockerung des Gewebes des Filter-Tow-Streifens
dienen. In 2 sind die vorgenannten aus 1 ersichtlichen
Bauelemente weggelassen.
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Dem
Walzenpaar
2 folgen in Bewegungsrichtung des Streifens
3 zwei
weitere Walzenpaare
9 und
11, zwischen denen sich
eine Zufuhrvorrichtung
12 zum Zuführen eines Zusatzstoffes in
Form von Weichmacher, z. B. Triacetin, auf den zwischen den Walzenpaaren
9 und
11 als
ebene Bahn ausgebreiteten Fäden
geführten
Filter-Tow-Streifens
befindet. Von den einzelnen Walzen der Walzenpaare
9 und
11 mit
gleichen Durchmessern ist vorteilhaft jeweils eine Walze an ihrem
Umfang mit Nuten versehen (gerillt), während die Gegenwalze eine glatte
Oberfläche
aus elastischem Material haben kann. Alle Walzenpaare
2,
9 und
11 sind
von einem nichtdargestellten Hauptantriebsmotor über ebenfalls nicht dargestellte
Riemenantriebe antreibbar, wie z. B. in
US 5 060 664 A beschrieben.
Anstelle eines Hauptantriebsmotors können auch separate Antriebe
vorgesehen sein.
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Die
Drehzahl des Walzenpaares 2 ist kleiner als diejenige des
Walzenpaares 9, so daß die
Walzenpaare 2 und 9 eine Reckeinrichtung für den Filter-Tow-Streifen
bilden. Die Drehzahl des Walzenpaares 2 ist über ein
Getriebe 14 veränderbar,
dessen Übersetzung
durch einen steuerbaren Verstellmotor 16 geändert werden
kann. Das Geschwindigkeitsverhältnis
zwischen den Walzenpaaren 2 und 9 gibt den Grad
der Reckung des Filter-Tow-Streifens 3, d. h. der von diesem
gebildeten ausgebreiteten Bahn vor. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die Bremswalzen 2 angetrieben. Sie können aber
auch als Schleppwalzen ausgebildet sein, die aufgrund ihrer Reibung
als Bremswalzen wirken.
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Vor
der Auftragzone 17 (bezogen auf die Bewegungsrichtung der
Filter-Tow-Bahn 3) und zwischen den Walzenpaaren 2 und 9 befindet
sich eine Meßanordnung 18 zum
Erfassen der Dichtewerte der ausgebreiteten Bahn 3. Sie
weist Meßwertgeber 19a...19e auf,
die jeweils einem Bahnbereich 3a...3e zugeordnet
und in einer Reihe quer zur Längserstreckung
und Bewegungsrichtung der Bahn 3 angeordnet sind. Die Meßwertgeber 19a...19e der
Meßwertanordnung 18 dienen
dazu, die Dichtewerte des Bahnmaterials in den Bahnbereichen 3a...3e separat
zu messen, um Inhomogenitäten
erfassen zu können. Die
Meßwertgeber 19a...19e weisen
Lichtquelle 21a...21e und fotoelektrische Detektoren 22a...22e auf.
Ein Detektor 22a...22e gibt ein Signal ab, das von
der Schwächung
des auf ihn fallenden Lichtes abhängt. Dieses Licht ist somit
abhängig
von der aktuellen Dichte des Bahnstreifens, d. h. von dessen Mengenstrom
(Menge je Flächeneinheit). Ändert sich durch
irgendwelche Einflüsse
bei der Zufuhr des Filter-Tow-Streifens 3 von dem Ballen 4 die
Dichte in einem Bahnbereich oder weicht sie von einem vorgesehenen
Wert ab, so zeigt der zugehörige
Meßwertgeber
diesen unerwünschten
Betriebszustand mit seinem Signal an. Die Signale der Meßwertgeber 19a...19e werden
jeweils einer Signalverarbeitungsanordnung 23a...23e zugeführt, die
die einzelnen Signale aufbereiten, evtl. mit einem Soll-Wert vergleichen.
Die Ausgangssignale der Anordnungen 23a...23e gelangen
zu Stellgliedern 24a...24e, die z. B. durch Änderung
ihrer Durchflußquerschnitte
eine Mengensteuerung des zugeführten
Zusatzstoffes (z. B. Triacetin) erlauben. Jeder Meßwertgeber 19a...19e steuert
sein zugeordnetes Stellglied 24a...24e derart,
daß dieses
bei einer geringeren gemessenen Dichte seinen Durchlaßquerschnitt
und damit die Zufuhr des Zusatzstoffes aus einem Vorratsbehälter 26 verringert,
bei einer größeren Dichte den
Durchlaßquerschnitt
und damit die Zufuhr vergrößert. Auf
diese Weise wird die Zufuhr so an die Dichteverhältnisse angepaßt, daß in einem
Bahnbereich 3a...3e stets das gleiche Verhältnis von
Filter-Tow und Zusatzstoff aufrechterhalten wird. Die Gesamtmenge
des Zusatzstoffes, der einer bestimmten Länge der Bahn und damit einer
bestimmten Bahnmenge zugeführt
wird, bleibt dabei gleich. Die Stellglieder 24a...24e können als
steuerbare Ventile 27a...27e ausgebildet sein,
deren Durchflußmengen/Zeiteinheit
von Ausgangssignalen der Meßwertgeber 19a...19e gesteuert
werden. Die Durchflullmengen können
proportional zu den Ausgangssignalen sein, die Abhängigkeit
kann aber auch durch eine Funktion vorgegeben sein. Anstelle von
Stellventilen lassen sich auch andere Stellglieder einsetzen, z.
B. steuerbare Dosierpumpen. Am Ausgang der Ventile 27a...27e befinden
sich Düsen 31a...31e,
durch die der Zusatzstoff, z. B. Triacetin, in feinverteilter (zerstäubter) Form 26a...26e der
Bahn 3 zugeführt
und auf deren Fäden
aufgebracht wird. Der Zusatzstoff kann aus dem Vorratsbehälter 26 in üblicher
Weise mittels einer oderer mehreren nicht dargestellten Pumpen zu
den Stellgliedern 24a...24e gefördert werden.
Anstelle von Stellventilen mit kontinuierlich verstellbarer Durchflußmenge können auch
für jeden Bahnbereich
nicht dargestellte Gruppen von Ventilen (evtl. mit unterschiedlichen
Durchflußmengen)
vorgesehen sein, die nur die Betriebszustände „Ein-Aus" haben und von digitalisierten Ausgangssignalen
der Meßwertgeber 19a...19e derart
ansteuerbar sind, daß die
Gesamt-Durchflußmengen
den gewünschten von
den Ausgangssignalen der Meßwertgeber
vorgegeben Werten entsprechen. Mit 28 ist ein weiteres Walzenpaar
bezeichnet, von dem aus die behandelte/aufbereitete Filtermaterialbahn 3 einem
Einlauftrichter 29 einer in der Zigarettenindustrie bekannten Filterstrangmaschine
zugeführt
wird.
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3 zeigt
eine Variante der Erfindung mit einer Meßanordnung 18 unter
Verwendung von pneumatischen Meßwertgebern 35a...35e für jeden Bereich 3a...3e der
Filter-Tow-Bahn 3. Gezeigt ist allerdings nur ein pneumatischer
Meßwertgeber 35a für einen
Bahnbereich 3a (2). Druckluft aus einer Druckluftquelle 36a wird über eine
Rohrleitung 37a, eine Drosselanordnung 38a und
eine Düse 39a zu der
Bahn 3 geleitet, die sie durchsetzt. Die von der Bahn beeinflußte Luft
gelangt über
einen Kanal 41a zu einem Meßwertumsetzer 42a,
der eine von der Bahndichte abhängige
pneumatische Größe der Luft in
ein elektrisches Meßsignal
umsetzt. Dieses Signal wird nach Verstärkung in einem Verstärker 40 dann wieder
einem Stellglied 24a (1), z. B.
in Form eines Stellventils 27a zugeführt, das seinen Durchlaßquerschnitt
entsprechend der gemessenen Dichte des Bahnbereichs 3a,
d. h. dem Dichtemeßsignal, einstellt.
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4 zeigt
eine weitere Variante der Erfindung mit einer Meßanordnung 18 unter
Verwendung von elektronischen Meßwertgebern 45a...45e für jeden
Bereich 3a...3e der Filter-Tow-Bahn 3.
Gezeigt ist allerdings nur ein Meßwertgeber 45a für einen Bahnbereich 3a (2).
Eine elektrische oder elektomagnetische Hochfrequenzquelle 46a gibt
Hochfrequenzimpulse an eine Elektrodenanordnung 47a, die
ein elektrisches oder elektromagnetisches Feld erzeugen. Dieses
Feld wird durch die Bahn 3, insbesondere von deren Dichte
beeinflußt.
Die Änderung einer
charakteristischen Größe des Hochfrequenz-Feldes
wird von einer Auswertschaltung 48a erfaßt und deren
von der Bahndichte abhängiges Ausgangssignal über einen
Verstärker 49a einem Stellglied 24a,
(1), z. B. in Form eines Stellventils 27a,
zugeführt,
das seinen Durchlaßquerschnitt
entsprechend der gemessenen Dichte des Bahnbereichs 3a,
d. h. dem Dichtemeßsignal,
einstellt.