DE2149432A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Filtern fuer Tabakrauch - Google Patents

Description

British-American Tobacco Company Limited, Westminster House 7, Millbank, London S.W. 1 / England

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Filtern für

Tabakrauch

Die Erfindung betrifft Filter für Tabakrauch sowie ihre Herstellung. Sie betrifft insbesondere die Herstellung von Filterstäben, von denen in entsprechenden Abschnitten geschnitten, Doppel- oder Mehrfachfilter oder ent sprechende derartige Filter hergestellt werden können.

Filter, die aus mehr als einem kurzen Abschnitt bestehen, von denen jeder unterschiedliche Filtereigenschaften hat, sind als Mehrfachfilter bekannt. Die Abschnitte können aus verschiedenen Materialien, wie z.B. Zelluloseacetat oder Papier, hergestellt werden, und einer oder mehrere können mit einem Zusatzmittel bzw. Additiv oder verschiedenen Zusatzmitteln bzw. Additiven behandelt werden. Die Abschnitte werden dann miteinander vereinigt, wobei sie aneinander angrenzen, und dann in an sich bekannter Weise umhüllt werden.

Die Vereinigung dieser kurzen Abschnitte mit Hochgeschwin-

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Für das Auffragsvorhallnis gilt die Gebührenordnung der Deutschen Patentanwaltskammer.-Gerichttstand für Leiitung und Zahlung: Nürnberg.

ORIGINAL INSPECTED

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digkeitsmaschinen bringt Schwierigkeiten mit sich, die ein Arbeiten der Maschine bei niedrigerer Geschwindigkeit er fordern und häufig zu Stillstandsetzungen führen. Die Herstellung derartiger Filter ist kostspielig, da zwei maschinelle Arbeitsschritte erforderlich sind : nämlich die Herstellung eines Stabes, von dem die einzelnen Abschnitte abgeschnitten werden und einen davon getrennten Arbeitsschritt, um sie miteinander zu vereinigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben sowie eine Vorrichtung zu schaffen, die ein schnelleres, bequemeres und kontinuierliches Herstellen von Dop pel- oder Mehrfachfiltern bzw. die Herstellung entsprechender Filter in einem einzigen Arbeitsschritt erlauben,^' ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß ein Additiv in einen Stab aus Filtermaterial für Tabakrauch mittels eines oder mehrerer Löcher eingebracht wird, die in dem Stab angebracht werden.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Filterstab aus Material, das ein thermoplastisches, extrudiertes geschäumtes Material mit offenen Zellen ist, bzw. ein derartiges Material aufweist, wie z.B. Polyäthylen oder Polypropylen, mit Löchern versehen, die von der Ober fläche ausgehen; und wird dann durch ein Bad eines Additives derart geführt, daß das Additiv vom Stab durch die Löcher aufgenommen wird.

Ein passendes extrudiertes geschäumtes Material wird z.B. von der Firma Monsanto Chemicals Limited gemäß dem briti sehen Patent 1 182 646 hergestellt. Dieses Material kann in Filterstabform extrudiert werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der E_rfindung werden anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Dabei zeigt :

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Pig. 1 eine schematische Seitenansicht, teilweise geschnitten, eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für das Einbringen eines Additives in einen Filterstab,

Pig. 2 einen Ausschnitt in vergrößertem Maßstab entlang der Linie II - II nach Pig. I, und

Fig. j5 einen Längsschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel eines Teiles einer derartigen erfindungsgemässen Vorrichtung.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird ein umhüllter Zigarettenfilterstab 1 aus extrudiertem, thermoplastischem geschäumtem Material mit offenen Zellen, beispielsweise extrudiertem Polyäthylenschaummaterial zunächst zwischen einer oberen und unteren Lochvorrichtung 2a, 2b hindurchgezogen, und anschliessend durch ein Bad 3 mit einer Lösung eines Additives 4. Wie für die obere Vorrichtung 2a dargestellt ist, weist jede Lochvorrichtung eine Perforationsnadel 5 auf, die in einem Halter 6 befestigt ist, der seinerseits mittels eines Drehzapfens 7 mit einem Stempel 8 verbunden ist, der den Ansatz eines mit konstanter Geschwindigkeit hin- und hergehenden Plungers 9 bildet, der seinerseits gleitend in einer zylindrischen Führung 10 geführt ist. Diese Nadel 5 steht gegen, den Stab 1 mittels einer Spiralfeder 11 unter einer Vorspannung an. Die Plunger 9 werden beispielsweise mittels Nockenscheiben hin- und herbewegt. Die oberen und unteren Plunger 9 werden derart angetrieben, daß die Nadeln 5 durch die Umhüllung 12 des Filterstabes 1 gestoßen werden und Löcher 13, l4 von einer Tiefe von 1 bis 2,5 mm erzeugen. Wie dargestellt, werden die oberen und unteren Nadeln gleichzeitig angetrie ben, sie können auch abwechselnd angetrieben werden, sodass die oberen und unteren Löcher 13 und 14 gegeneinander ver setzt hergestellt werden, beispielsweise um 1 - 4 mm in Längsrichtung des Stabes 1. Wie ebenfalls dargestellt, werden die Löcher 13 und 14 in gleichen Abständen hergestellt, sie können jedoch auch abwechselnd in großem und kleinem Abstand hergestellt werden, wie im folgenden noch beschrieben viird. Die oberen und unteren Lochvorrichtungen 2a, 2b kön non auch selbst gegeneinander versetzt sein und gleichzei-

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tig betrieben werden. Wenn die oberen und unteren Löcher diametral zueinander erzeugt werden sollen, können sie mittels einer einzigen Nadel, die senkrecht durch den Stab 1 völlig hindurchtritt, hergestellt werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt erfindungsgemäß der Durchmesser der Nadel passenderweise zwischen 0,5 und 1,5 mm. Der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Löchern 13 oder 14 auf der gleichen Seite des Stabes 1 steht in enger, wenn auch nicht genauer Beziehung zu der jeweiligen Länge der beiden Abschnitte im Falle eines Doppelfilters.

Der gelochte Stab 1 wird in und durch ein Bad 3 geführt, " in dem der Flüssigkeitsspiegel 15 des Additives 4 derart eingehalten wird, daß der Stab nur teilweise unterge taucht wird, beispielsweise zwischen einem Drittel und 3/4 seines Durchmessers, wobei die oberen Löcher 13 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 15 verbleiben. Wie darge stellt, wird das Niveau 15 des Bades 3 mittels Überlauföffnungen 16 konstant gehalten, die in eine Wanne 17 mit einem Abfluß 18 münden. Das Bad wird über eine Leitung 19 mit einem Steuerventil 20 für die Zufuhr mit Additiv versorgt und kann erforderlichenfalls über einen Abfluß 21 mit einem Absperrhahn 22 abgelassen werden. An einer mittleren Stelle in Längsrichtung des Bades 3 wird der k Stab 1 unter einen Abzug 23 geführt, der sich in Längsrichtung des Stabes erstreckt, sodaß er stets eines oder mehrere der oberen Löcher 13 überdeckt, wenn der Stab unter ihm hindurchgeführt wird. Wie ersichtlich ist, ist die Unterseite des Abzuges 23 derart ausgebildet, daß er den Stab 1 an seinen Enden (Fig. 1) und an den Seiten (Fig. 2) bündig bzw. abdichtend überdeckt. Der Abzug 23 ist mittels einer Leitung 24 mit einer Vakuumanlage verbunden, wodurch ein Druck von 25 - 50 cm Wassersäule in dem Abzug aufrechterhalten wird. Innerhalb des Abzuges zieht der Unterdruck, der auf die Oberseite des geschäumten Stabes 1 gerichtet ist, Additiv 4 durch ein unteres Loch l4 in den Stab, sodaß die benachbarte Umgebung des

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Loches getränkt wird und das Addtitiv sich etwas im Stab ausbreitet. Nach dem Verlassen des Bades 3> wird der Stab durch eine Trockenzone geführt und in an sich bekannter Weise in Filterabschnitte geschnitten, wobei jeder Ab schnitt einen imprägnierten Teil und einen nicht imprägnierten Teil aufweist, sodaß ein Filter nach der Art eines Doppelfilters erhalten wird. Die Antriebsmittel zum Vorwärtstransportieren des Stabes 1, die Lochvorrichtungen 2a, 2b und die Schneidvorrichtung sind synchronisiert.

In vorteilhafter Weise werden so 25 - 50 mg eines Additives jeweils einem behan-delten Abschnitt eines Filters zugeführt. Falls ein Filter nach Art eines Dreifachfil ters gewünscht wird, kann ein weiterer Satz von Löchern in entsprechender Weise erzeugt werden, und zwar im Anschluß an das Bad J, und zwar in solchen Abschnitten des Stabes 1, die von denjenigen verschieden sind, in denen die Löcher 13 und 14 vorhanden sind. Das oben beschriebene Verfahren wird wiederholt, indem ein zweites Bad ver wendet wird, das ein Additiv enthält, das verschieden ist von demjenigen im Bad j5; anschließend wird der Stab ge trocknet und in Filterabschnitte unterteilt, die einem Dreifachfilter entsprechen.

Das geschäumte Material kann derart beschaffen sein, daß es eine relativ lauchundurchlässige Oberflächenschicht hat, wie dies bei Kunststoffmaterial nach dem obenerwähnten Patent der Fall sein kann. In diesem Falle ist es nicht erforderlich, den Stab 1 vor dem Durchführen durch die Vorrichtung zu umhüllen.

Die Löcher IJ und 14 können in Abwandlung hiervon mittels zweier mit Ansätzen bzw. Stiften versehener Räder herge stellt werden, von denen das eine oberhalb und das andere unterhalb des Stabes 1 angeordnet ist und die mit einer Umfangsgeschwindigkeit gedreht werden, die gleich der Geschwindigkeit des Stabes in seiner Bewegungsrichtung ist. In Abwandlung hiervon kann ein einziges Rad mit Ansätzen von geringfügig größerer Länge als der Durchmesser des Stabes verwendet werden. 209822/0523 _g_

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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Stab 1 derart gelocht, daß entspre chend schmale Löcher in Bandform oder Ringzonen entste -" hen, die sich entlang des Umfanges des Stabes erstrecken und voneinander distanziert sind, oder statistisch um und in Längsrichtung des Stabes verteilt sind und zwar über Abstände, die jeweils der Länge eines behandelten Abschnittes, beispielsweise eines Doppelfilters entsprechen, wobei sich dies in Abständen entsprechend der Länge des Filters wiederholt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Zuführen des Additives, die in Verbindung mit einer Lochvorrichtung, wie sie auf der rechten Seite der Fig. 1 gezeigt ist, oder in Verbindung mit einer anderen Perforationsvorrichtung, die oben beschrieben sind, ist in Fig. 3 dargestellt. In diesem Falle wird der ge lochte Stab durch eine Kammer 25, die mittels einer Leitung 26 auf einen Druck von βΟΟ - 9δθ cm Wassersäule evakuiert ist, und durch eine zweite Kammer 27 geleitet, die das Additiv 4 enthält, das mittels einer Pumpe über eine Leitung 28 zugeführt und auf einem Niveau 15 derart gehalten wird, daß der Stab 1 völlig untertaucht. In dieser Kammer wird das Additiv in das Innere des Stabes durch die Löcher infolge des geringen Druckes bzw. Unterdrukkes innerhalb des Stabes eingesaugt. Dies kann mittels eines Überdruckes in der Kammer 27 unterstützt werden. Der Stab 1 tritt durch die Wände der Kammern 25, 27 über O-Ringe 29 ein bzw. aus, die wirksam diese Kammern ab dichten. Der Stab kann durch die Kammern mit einer Ge schwindigkeit von beispielsweise 300 mm/sec. transpor tiert werden, wobei bei dieser Geschwindigkeit 10 - 40 Gewichtsprozent des Additives vom Stabmaterial in den behandelten Abschnitten aufgenommen werden können.

Schließlich kann der Stab 1 entsprechend einem anderen Verfahren gelocht und das Additiv durch eine Injektion ohne Kanüle eingeführt werden, wie dies in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung P be -

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schrieben und beansprucht ist.

Substanzen, die in den Stab in irgendeiner oben beschriebenen Weise eingebracht werden können, sind Lösungen oder Dispersionen von organischen oder anorganischen, alkali sehen oder sauren Stoffen, oder auch Aufschlämmungen, beispielsweise von Kohlenstoff oder Aluminium; von fein zer teilten Metallen, wie z.B. Zink oder aus kleinen Kügelchen aus Ionenaustauschermaterial. Es können Substanzen sein mit spezifischen oder selektiven Piltereigenschaften oder Substanzen mit erhöhter Pilterwirkung.

Spezifische zu verwendende Substanzen weisen Zinkoxyd oder Zinkacetat, auch Polyäthylimine, Lithiumchlorid, Natrium karbonat, Trinatriumphosphat, Äthylendiamirip.cetat und Zeolite auf. Zusätzlich zu den Additiven für die Pilterwir kung, können Additive, die den Rauchgeschmack verbessern oder verändern, wie z.B. Menthol, süßende Stoffe undjäergl., oder Kombinationen derartiger Stoffe in ähnlicher Weise eingebracht werden. In allen Fällen soll natürlich die Substanz nicht derart sein, daß sie in Verbindung mit dem Ma terial des Stabes zusammen sich nachteilig auswirkt.

Doppel- oder Mehrfachfilter oder ihnen entsprechende Filter, die in der einen oder anderen oben beschriebenen Weise hergestellt werden, können in diesem fertigen Zustand mit Zi garetten in einer an sich bekannten Zigarettenherstellungsmaschine für Filterzigaretten zusammengesetzt werden.

Nachstehend werden Beispiele für die Herstellung spezifi scher Filter angegeben :

Beispiel 1

Unter Verwendung einer Vorrichtung, wie sie unter Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben wurde, wird ein Zigarettenfilterstab aus geschäumtem extrudiertem Polyäthylenmaterial gelocht, und zwar oberhalb und unterhalb an diametral gegenüberliegenden Stellen bis in eine Tiefe von 2 mm, indem Nadeln von 1 mm Durchmesser verwendet werden. Die Löcher werden in abwechselnden Abständen von 24 und 6 mm in Längsrich-

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tung des Stabes erzeugt. Der Stab wird dann in ein Bad (entsprechend dem Bad 3 in Pig· 1) eingeführt, das als Additiv eine lO^ige Lösung aus Natriumkarbonat mit Zimmertemperatur enthält. Der Stab wird bis in eine Tiefe entsprechend der Hälfte seines Durchmessers in die Lösung eingetaucht, sodaß die unteren Löcher unterhalb der Badoberfläche eintauchen, jedoch nicht die oberen Löcher. Die oberen Löcher werden(mittels einer Absaugeinrichtung entsprechend der Haube 23 in den Pig. I und 2) einem Absaugen bei einem Druck von 30 cm Wassersäule unterworfen, wodurch behandelte Bereiche in aufeinanderfolgenden ab wechselnden Abständen von 24 und 6 mm Länge in Längsrichtung des Stabes erzeugt werden. Nach dem Entnehmen aus dem Bad wird der Stab getrocknet und geschnitten, und zwar in der Mitte zwischen behandelten Abschnitten mit 6 mm Abstand in 90 mm lange Abschnitte, von denen jeder 6 Doppelfilter von 15 mm nach dem endgültigen Durchschneiden in die Mitte der sechs mm langen Abschnitte zwischen behandelten Bereichen bildet. Ein jeder derartiger Doppelfilter wies einen Abschnitt von etwa 5 mm Länge mit 6,5 mg Natriumkarbonat, und einen Abschnitt von 10 mm Länge aus unbehandeltem Material auf.

Beispiel 2

Ein Filterstab des gleichen Materials wie in Beispiel 1 wird oben und unten bis in eine Tiefe von 2 mm wie in dem Beispiel 1 gelocht, wobei jedoch die oberen und unteren Löcher um einen Millimeter in Längsrichtung des Sta bes versetzt sind.

Der Stab wird dann in der in Beispiel 1 beschriebenen' Weise durch ein Bad geführt, das in diesem Falle eine lO^ige Lösung aus Zinkacetat enthält, bei einem Unterdruck von etwa 75 cm Wassersäule. Der Stab wird getrocknet und wie in Beispiel 1 zurechtgeschnitten. Die behandelten Abschnitte eines jeden Doppelfilters enthalten 6,5 mg Zinkacetat.

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Beispiel 3

Ein Filterstab aus geschäumtem Polypropylenmaterial wird bis in eine Tiefe von etwa 1 mm mit einer Nadel von 0,5 mm Durchmesser derart gelocht, daß Bänder mit Löchern entlang des Umfanges des Stabes entstehen, wobei die Bänder ihrerseits in abwechselnden Abständen von 24 mm und 6 mm Länge entlang des Stabes angeordnet sind. Der Stab wird dann durch eine Unterdruckkammer (entsprechend der Kammer 25 in Fig. 3) mit einer Geschwindigkeit von 300 mm/sec. geführt, wobei die Kammer auf einen Druck von 830 cm Wassersäule evakuiert ist. Aus der Unterdruckkammer wird der Stab durch eine Kammer (entsprechend der Kammer 27 in Fig. 3) mit einer 2,5$igen Lösung- von Me thanol geführt, wobei der Stab völlig untergetaucht wird. Durch diese Maßnahmen werden 120 Mikroliter der Lösung durch jedes Band mit Löchern im Filterstab aufgenommen. Nach dem Austreten aus dieser Kammer wird der Stab ge trocknet und geschnitten und zwar jeweils in der Mitte zwischen den behandelten Abschnitten mit 6 mm Abständen, in 90 mm lange Abschnitte und schließlich in Doppelfil ter von je 15 mm Länge, wobei die behandelten Abschnitte jeweils 3 mg Methanol enthalten.

- Ansprüche -

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Claims (1)

1. Ansprüche

   Verfahren zum Herstellen von Filtern für Tabakrauch,
   dadurch gekennzeichnet, daß ein Zusatzstoff (Additiv) in
   einen Stab aus Filtermaterial für Tabakrauch durch ein
   oder mehrere in'den Stab angebrachte Löcher eingeführt wird.

   2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Filtermaterial ein geschäumtes Material mit offenen Zellen verwendet wird.

   5.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Filtermaterial ein extrudiertes thermoplastisches Material dient, beispielsweise ein Polyäthylen- oder Polypropylenmaterial.

   4.) Verfahren nach Anspruch 1 bis J5* dadurch gekennzeich net, daß die Löcher mittels Nadeln gestochen werden.

   5.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß der gelochte Stab durch ein Bad mit dem Additiv
   derart geführt wird, daß das Additiv in den Stab durch
   die Löcher aufgenommen wird.

   6.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß der Stab sowohl von oben als auch von unten mit
   Löchern versehen wird.

   7.) Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeich net, daß der gelochte Stab durch das Bad derart geführt
   wird, daß nur die unteren Löcher, jedoch nicht die oberen
   Löcher untertauchen.

   8.) Verfahren nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme des Additives in den Stab durch einen Unter druck an den oberen Löchern gefördert wird.

   9.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, daß der gelochte Stab durch das Bad völlig unterge taucht geführt wird.

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   10.) Verfahren nach Anspruch 9j dadurch gekennzeichnet,daß
   der gelochte Stab, bevor er durch das Bad geführt wird,
   einem Unterdruck unterworfen wird, um die Aufnahme des Additives in den Stab zu fördern.

   11.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab in seiner Längsrichtung in derartigen Abständen gelocht ist und derart zu Filtern geschnitten wird, daß jeder Filter mindestens aus einem Abschnitt mit Additiv und mindestens einem Abschnitt ohne Additiv besteht.

   12.) Vorrichtung zum Herstellen von Filtern für Tabakrauch, gekennzeichnet durch Mittel zum Stoßen von Löchern in einen Stab aus Filtermaterial für Tabakrauch und Mittel zum Ein bringen eines Additives in den Stab durch diese öffnungen.

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