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Vorrichtung zur Bildung einer Klebenaht Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zur Bildung einer zwei Längsränder von bandförmigem Material miteinander
verbindenden kontinuierlichen Klebenaht im Durchlaufverfahren, insbesondere zur
Herstellung von Zigarettenfiltern, mit einer eine Klebstoffauftrageinrichtung enthaltenden
Auftragstation.
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Bei der Herstellung von Zigarettenfiltern wird gewöhnlich das, Filtermaterial,
z.B. ein Kabel aus Celluloseacetat, vorbereitet und zur Umhüllung zusammengefaßt.
Ein Hüllmaterial, z.B. ein langer Hüllstreifen aus Papier, wird laufend so in eine
Vorrichtung eingeführt, daß es neben dem Filtermaterial zu liegen kommt. Das Hüllmaterial
wird beim Durchlauf nach und nach um das Filtermaterial gelegt. Während dieses Urnilüllungsvorganges
wird ein Klebstoff längs des einen Randes des Hüllrnaterials aufgebracht. Anschließend
werden die Ränder zusan;mengefügt, so daß eine Klebenaht entsteht, die parallel
zur Achse des Filtermaterials verläuft, das jetzt einen zylindrischen Stab bildet.
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Bisher war es üblich, zum Kleben der Naht von Zigarettenfilterstäben
auf Wasserbasis aufgebaute Klebstoffe, Stärkekleister oder Mischbinder zu verwenden.
Dabei sind verschiedene Vorrichtungen zum Auftragen des Klebstoffs auf das Hüllmaterial
in Gebrauch, beispielsweise rotierende Stollen, die in einen Klebstoffbehälter eintauchen
oder den Klebstoff von einer Übertragungsrolle aufnehmen.
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Die bekannten Methoden weisen verschiedene Nachteile auf, die bei
Vorrichtungen, welche mit hoher Geschwindigkeit arbeiten, häufig zu ernsthaften
Schwierigkeiten führen.
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Viele auf Wasserbasis aufgebaute Klebstoffe, Stärkekleister und Mischbinder
sind nur kurze Zeit haltbar und müssen in kleinen Mengen von Hand angerührt werden.
Außerdem sickern sie manchmal durch das Hüllmaterial und fließen oft über den Rand
der Klebenaht hinaus. Vorrichtungen, bei denen der Klebstoff über rotierende Rollen
auf das Hüllmaterial aufgetragen wird, können nicht mit sehr hohen Geschwindigkeiten
arbeiten, weil dabei Klebstofftropfen fortgeschleudert werden.
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Sie arbeiten bei zunehmender Geschwindigkeit auch deswegen unbefriedigend,
weil die Rolle, wenn nur eine dünne Klebstoffschicht aufgetragen wird, manchmal
rutscht oder aussetzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bildung
einer zwei Längsränder von bandförmigem Material mit einander verbindenden kontinuierlichen
Klebenaht, insbesondere unter Verwendung von Heißschmelzkleber, zu schaffen, mit
der trotz einfacher Bauweise besonders wirtschaftlich und extrem schnell gearbeitet
werden kann.
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Diese Aufgabe ist, ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten
Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Auftragstation eine Führung vorgesehen
ist,
welche den mit Klebstoff zu beschichtenden Längsrand straff
hält, und daß die Klebstoffauftrageinrichtung eine Extrusionsdüse und einen den
aufgetragenen Klebstoff ausstreichenden Verteiler aufweist Mittels einer Extrusionsdüse
kann auch noch bei sehr hohen Arbeitsgeschwindigkeiten ein gleichmäßig starker lilebstoffstrang
auf den einen Längsrand aufgetragen werden, der, da das Material index Auftragstation
straff gehalten wird, anschließend von dem Verteiler zu einer dünnen, streifenförmigen
Schicht ausgestrichen wird, die einen vorbestimmten Bereich bedeckt und zweckmäßigerweise
in geringern Abstand von der Kante des Sängsrandes endet, um zu verhindern, daß
Klebstoff über die Kante hinaustritt, wenn die miteinander zu verklebenden Ränder
aneinandergedrückt werden.
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Vorteilhaft ist ferner, daß die Vorrichtung, insbesondere bei der
Verarbeitung von Heißschmelzkleber, nur selten gereinigt zu werden braucht., Besondere
Vorteile ergeben srch bei der Herstellung von Zigarettenfiltersträngen, da die Festigkeit
der Klebenaht einen gleichmäßigen Umfang des Stranges gewährleistet. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung kann aber auch in anderen Fällen mit Vorteil angewendet werden, in denen
die beiden Längsränder eines zu einem Schlauch umgeformten bandförmigen Materials
oder die Ränder von zwei Bändern oder Streifen miteinander verklebt werden müssen.
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Der Verteiler ist vorteilhafterweise an der die Mündungs-Öffnung enthaltenden
Vorderseite der Extrusionsdüse vorgesehen, da sich hierdurch ein konstruktiv besonders
einfacher Aufbau erzielen läßt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verteiler
durch einen Teil der Randzone der Vorderseite gebildet, welche mit dem zu beschichtenden
Rand einen sich sowohl in der Richtung der
Relativbewegung zwischen
Rand und Extrusionsdüse bis zu der den Verteiler bildenden Randzone hin als auch
in der Querrichtung hierzu nach außen zur Kante hin verengenden Spalt bildet. Die
Vorderseite der Extrusionsdüse kann im wesentlichen kreisförmig ausgebildet sein,
wobei die Mündungsöffnung in ihrem Zentrum liegt. Diese Form der Vorderseite ist
nicht nur aus Herstellungsgründen vorteilhaft.
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Sie ermöglicht es auch, die Neigung gegenüber dem zu beschichtenden
Rand unterschiedlichen Verhältnissen anzupassen, ohne daß dadurch die Wirkung des
Verteilers beeinträchtigt werden würde.
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Als besonders vorteilhaft haben sich eine Neigung der Vorderseite
der Extrusionsdüse gegenüber der Normalen des zu beschichtenden Längsrandes quer
zur Bevlegungsrichtung in der Größe von etwa 5° bis 15° und in der Bewegungsrichtung
von etwa 700 bis 85 o' ergeben.
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Wenn die Extrusionsdüse an eine Heißschmelzkleber unter Druck fördernde
Zufuhreinrichtung angeschlossen ist, ist es zur raschen Verfestigung des Klebers
vorteilhaft, eine Kühleinrichtung vorzusehen, welche den Klebstoff nach der Bildung
der Klebenaht kühlt.
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Im folgenden ist die Erfindung anhand eines auf der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels im einzelnen erläuert. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische
Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung von Zigarettenfiltersträngen; Fig.
2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung;
Fig.
3 einen Schnitt längs der Linie III - III der Fig. 1; Fig. 4 einen Schnitt längs
der Linie IV - IV der Fig. 1; Fig 5 einen Schnitt längs der Linie V - V der Fig.
1; Fig. 6 eine teilweise geschnitten dargestellte Ansicht der Klebstoffzuführeinrichtung
einschließlich der angeschlossenen Extrusionsdüse; Fig. 7 eine Draufsicht auf die
Spitze der Extrusionsdüse in ihre Stellung relativ zum Htllstreifen; Fig, 8 eine
Ansicht der Vorderseite der ExtrusionSdüse Fig. 9 eine schematische Darstellung
der Lage der Vorderseite der Extrusionsdüse bezüglich des üllstre'ifens bei einer
Blickrichtung in der Längsrichtung des Hüllstreifens; Fig.10 eine schematische Darstellung
der Lage der Vorderseite der Ektrüsionsdüse bezüglich des Hüllstreifens bei eine
Blickrichtung in Querr-ichtung des Hüllstreifens.
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Eine Vorrichtung zur Herstellung eines Z igare tenfi lterstranges
wird von einem Vorrat laufend Filtermaterial 10 in Pfeilrichtung zugeführt. Das
Filtermaterial 10 kann aus vielen, dünnen Fasern oder Fäden bestehen, dIe' zu einem
Kabel
gewi; alten Durchmessers und gleichförmigen Umfangs gebündelt nd. Transporteinrichtungen
fördern das Filtermaterial längs einer vorbestimmten Bahn, die im AusfUhrungsbeispiel
im wesentlichen in einer horizontalen Ebene liegt.
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Ein Hüllstreifen 12 wird von einer Rolle 14 abgezogen und zunächst
tangential mit dem Filtermaterial 10 zusammengeführt. Die Lineargeschwindigkeit
des Filtermaterials 10 und des Hüllstreifens 12 sind zumindest im wesentlichen gleich.
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Das Filtermaterial 10 und das Hüllmaterial 12 werden zusammen in eine
Führungsrinne 16 eingeführt, die das Hüllmaterial 12 aus seiner anfangs flachen
Lage fortschreitend um das Filtermaterial 10 hüllt.
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In einem Zwischenstadium des Hüllvorganges durchläuft das Hüllmaterial
12 eine Auftragstation, in der sich eine Klebstoffauftrageinrichtung in Form einer
Extrusionsdüse befindet. Mit dieser Düse 40 wird ein Strang 32 aus einem Heißschmelzkleber
parallel und im Abstand von der einen Kante des Hüllmaterials aufgetragen und anschließend
ausgestrichen zur Bildung einer Klebenaht, die das um das Filtermaterial 10 gehüllte
Hüllmaterial 12 zusammenhält. Verschiedene, aufeinander folgende Stadien des Hüll-
oder Wickelvorganges sind in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt. Fig. 3 zeigt das Ausgangsstadium,
Fig. 4 zeigt ein Zwischenstadium, kurz vor dem Zeitpunkt, in dem der Heißschmelzkleber
aufgetragen wird, und Fig. 5 zeigt ein spaltes Stadium, unmittelbar bevor die sich
überlappenden Ränder des Hüllstreifens 12 zusammengefügt werden.
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Im Zwischenstadium des Hüllvorgangs, in dem der Hüllstreifen die Auftragstation
durchläuft, wird der eine Rand 18 des Hüllstreifens 12, auf den der Heißschmelzkleber
aufgetragen
werden muß, straff und aufrecht geführt, damit der Klebstoff
aufgebracht werden kann. Der Rand muß nicht notwendigerweise aufrecht geführt werden;
diese Lage hat sich jedoch als zweckdienlich herausgestellt. Zur straffen Führung
des Randes 18 sind zwei in der Längsrichtung des Hüllstreifens im Abstand voneinander
angeordnete plattenförmige Führungen 20 und 22 vorgesehen, an denen die Rückseite
des Randes 18 anliegt.
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Der EIülkstreifen 12 und das in ihm liegende Filtermaterial 10 werden
durch die Führungsrinne 16 mittels eines endlosen Förderbandes 15 bewegt. Nachdem
die Ränder des Ilüllstreifens zur Bildung der Klebenaht übereinandergelegt und zusammengepreßt
worden sind, wird das umhüllte Filtermaterial 10, solange es noch innerhalb der
Führungsrinne 16 liegt, an einem Kühler 25 vorbeigefUhrt, damit. der Klebstoff sich
verfestigt. Der Kühler 25 weist eine Einlaßöffnung 29 und eine Auslaßöffnung 27
auf, dte den Durchfluß eines Kühlmittels ermöglichen. Das umhüllte Filtermaterial,
das jetzt die Form eines'Stabes besitzt, wird anschließend einer Schneidevorrichtung,
mit beispielsweise einem Messer 28, zugefuhrt, die sukzessiv Stücke von dem Stab
abtrennt.
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Der Strang 32 aus Heißschmelzkleber wird im Ausführungsbeispiel zwischen
den beiden Führungen 20 und 22 aufgetragen, wo der Rand 18 ebenfalls straff und
aufrecht gehalten ist.
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Die Düse 40 ist so angeordnet, daß ihre Vorderseite 42 sowohl längs
als auch quer zu der Ebene geneigt ist, in der die Fläche, auf die der Klebstoff
aufgetragen werden soll, also der Rand 18, gehalten wird. Es wurde festgestellt,
daß bei einer solchen Anordnung der Vorderseite 42 der Düse 40 der Klebstoff wesentlich
gleichförmiger und erheblich schneller aufgebracht werden kann als bei den bisher
bekannten Vorrichtungen. Die Vorderseite 42 ist, wie man aus den Fig. 7 und 8 sieht,
im vorliegenden Fall im wesentlichen eben und sie weist einen
die
Mündungsöffnung 44 umgebenden Bereich 50 auf, der im Ausführungsbeispiel kreisförmig
ist. Die Vorderseite 42 ist derart bezüglich des Randes 18 geneigt, daß sich ein
in der Vorschubrichtung des Hüllmaterials verengender Spalt ergibt und der hinten
liegende Abschnitt 52 den Rand 18 des Hüllstreifens 12 gerade eben berührt. In Fig.
9, die hinsichtlich der Blickrichtung etwa der Fig. 4 entspricht, ist eine Linie
11 senkrecht zur Ebene der Vorderseite 42 gezeichnet, die einen Winkel a mit einer
Linie bildet, die senkrecht auf dem Rand 18 steht. Fig. 10 zeigt in einer Draufsicht,
ähnlich wie die Fig. 7, den Neigungswinkel der Vorderseite 42 gegenüber dem Rand
18. Die Linie 12 steht senkrecht auf der Vorderseite 42 und bildet mit dem Rand
18 den Winkel "b". Man sieht anhand des die Bewegungsrichtung angebenden Pfeiles
92, daß die Normale der Vorderseite 42 der Düse 40 nicht nur leicht nach oben, sondern
auch leicht nach hinten geneigt ist, die Vorderseite also mit dem Rand 18 auch einen
sich in der Querrichtung verengenden Spalt bildet. Der Winkel "a" sollte im Bereich
zwischen 50 und 150 liegen; ein Winkel von 100 wird bevorzugt. Der Winkel b sollte
im Bereich zwischen 700 und 850 liegen; ein Winkel von 800 wird bevorzugt. Bei einer
solchen Ausrichtung der Vorderseite 42 der Düse 40 wird der Klebstoffstrang ohne
Schwierigkeiten auf den Rand 18 aufgebracht und unmittelbar danach in dem gewünschten
Maß ausgestrichen, so daß man eine gute Klebverbindung erhält, bei der kein Klebstoff
zwischen den sich überlappenden Rändern des Hüllstreifens 12 herausgepreßt wird.
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Die Austrittsöffnung 44, die im Zentrum der Vorderseite 42 liegt,
ist in geringem Abstand vom Rand 18 angeordnet, um den Austritt des Klebstoffs zu
ermöglichen. Der Düsenkanal 54 der Düse 40 verläuft zumindest in einem kurzen Endabschnitt
bis zur Vorderseite 42 senkrecht zu dieser. Wie in den Figuren dargestellt ist,
ist die Vorderseite 42 im wesentlichen eben und kreisförmig ausgebildet.
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Die Austrittsgeschwindigkeit des Klebstoffs hängt von der Vorschubgeschwindigkeit
des Hüllstreifens ab und von der Klebstoffmenge, die auf den Hüllstreifen aufgebracht
werden soll.
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Die Düse 40 ist zweckmäßig an einer Halterung 60 befestigt, die auf
einem Stützarm 62 vertikal und auf einem Träger 64 horizontal, also senkrecht zu
der zu beschichtenden Fläche, verschiebbar ist. An die Halterung 60 ist eine Leitung
66 angeschlossen, durch die der Klebstoff zugeführt wird. Falls ein Heißschmelzkleber
verwendet wird, kann die Leitung 66 mit Heizbändern 68 versehen sein, die den geschmolzenen
Klebstoff auf der gewünschten Temperatur halten. Auch die Halterung 60 kann durch
Heizbänder 70 erwärmt werden, damit der geschnolzene Klebstoff auf der gewünschten
Temperatur gehalten wird.
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Der Klebstoff wird der Düse unter einem Druck zugeführt, der durch
eine Pumpe 72 erzeugt wird. Selbstverständlich können auch andere Druckerzeugungsalagen,
beispielsweise ein hydraulisches Drucksystem,verwendet werden, um den heißen Klebstoff
durch die Düse 40 zu pressen. Die Pumpe 72 saugt den Klebstoff aus einem Vorratsbehälter
74 über eine Leitung 76 an, die durch Heizbänder 78 erwärmt wird.
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Der Vorratsbehälter 74 wird mittels eines Trichters 80 mit festem,
tabletten- oder kornförmigem Klebstoff nachgefüllt. Die Tabletten oder Körner fallen
aufgrund ihres Gewichts in den Vorratsbehälter 74 und werden, dort durch eine iieizvorrichtung
82 geschmolzen. Selbstverständlich können verschiedenartige Heizvorrichtungen verwendet
werden.
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Die Pumpe 72 kann eine herkömm3iche Pumpe sein, die zähflüssige Materialien
von relativ hoher Temperatur fördern kann. Die Pumpe 72 wird durch einen Motor 86
angetrieben,
vorzugsweise über eine Kupplung 88, die die Pumpe
vom Motor trennen kann, wenn die Belastung der Pumpe einen bestimmten Wert erreicht.
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Auf dem Strömungsweg zwischen der Pumpe 72 und der Düse 40 ist ein
Ventil 90 vorgesehen. Das Ventil 90 soll möglichst schnell ansprechen, damit die
Leitung zu der Düse 40 schnell gesperrt und auch schnell wieder geöffnet werden
kann. Das Ventil 90 kann pneumatisch betätigbar sein, damit der Klebstoffaustitt
an der Düse 40 schnell unterbrochen werden kann, wen. r Hüllstreifen 12 angehalten
wird.
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Beispiel: Der beschriebenen Vorrichtung wird ein Hüllstreifen für
Zigarettenfilter, der etwa 0,05 mm dick und von veränderlicher Porosität'und Textur
ist, mit einer Geschwindigkeit von etwa 300 m pro Minute zugeführt. Ein synthetischer
Klebstoff, der unter dem Handelsnwrten Eastobond im Handel ist und der bei einer
Temperatur von 148°C eine Viskosität von 3600 cPoise hat, wird in dem Vorratsbehälter
74 geschmolzen, der auf einer Temperatur von etwa 1450C gehalten wird. Zur Förderung
des Klebstoffs vom Vorratsbehälter zu der Düse 40 wird eine Zahnradpumpe verwendet.
Das Ventil ist pneumatisch betätigbar und es vermag auch jm Temperaturbereich von
1500C bis 1700C zu arbeiten. Seine Kontaktteile bestehen aus rostfreiem Stahl. über
ein Magnetventil wird die Luft zur Betätigung des Ventils 90 zugeführt. Die Leitungen
66 und 76 werden ebenfalls auf etwa 1500C gehalten. Der Ausstoß der Pumpe 72 ist
so eingestellt, daß die für die gewünschte Breite des Klebstreifens erforderliche
Klebstoffmenge geliefert wird. Der geschmolzene Klebstoff gelangt durch das Ventil
90 in die Düse 40, die aus rostfreiem, gehärtetem Stahl mit einer Rockwellhärte
C-45 besteht.
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Der Düsenkanal verläuft im wesentlichen senkrecht zu der
flachen
Vorderseite 42. Die Austrittsöffnung 44 hat einen Durchmesser von etwa 1,6 mm. Der
Hüllstreifen wird an der feststehenden Düse 40 vorbeigeführt und nimmt einen Klebstoffstrang
auf, der etwa auf die 1 1/2-fache Breite der Austrittsöffnung 44 ausgestrichen wird.
Das Ausstreichen bewirkt der dem Hüllstreifen am nächsten liegende Abschnitt 52
der Vorderseite 42 der Düse. Durch Einstellen der Düse 40 mit Hilfe des Stützarms
62 und- des Trägers 64 wird die geeignete Lage der Düse bezüglich des Hüllstreifens
hergestellt, so daß der Klebstoff in Form eines Streifens nahe der Kante des Randes
18 ausgebreitet wird.