DE2527256A1

DE2527256A1 - Verfahren und vorrichtung zur gleichmaessigen materialzufuehrung

Info

Publication number: DE2527256A1
Application number: DE19752527256
Authority: DE
Inventors: John D Psaras
Original assignee: Brown and Williamson Tobacco Corp
Current assignee: Brown and Williamson Holdings Inc
Priority date: 1974-06-24
Filing date: 1975-06-19
Publication date: 1976-01-08
Also published as: IT1039058B; FR2276008A1; BR7503375A; AU8076175A; JPS5220558B2; GB1512428A; JPS5113000A; SE7506886L

Description

Patentanwälte 628-24 -358?(24 Ö59H) ^β München 22, steinsdorfstmo

Dipl.-lng. R. B E E T Z sen. ^ΤβΙ·^{(o89) 2272}°¹ /227244/295910

Dipl.-Ing. K. LAMPRECHT Telegr. Allpatent München

Dr.-Ing. R. B E E TZ Jr. Telex 522048

19. Juni I975

Brown & Williamson Tobacco Corporation I6OO West Hill Street, Louisville, Kentucky 40201 V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zur gleichmäßigen Materialzuführung

Die Erfindung bezieht sieh auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur gleichmäßigen Zuführung von Materialien o.dgl., insbesondere zur Zuführung eines Materialbetts gleichmäßiger Dicke und gleichmäßigen Gewichts.

Bei verschiedenen Rohmaterialien, zu denen Tabak einschließlich Zigaretten oder zigarettenartiger Produkte gehört, übertrifft der Bedarf die Beschaffungsund Liefermöglichkeiten. Auf der anderen Seite werden gute Qualitätskontrollmaßnahmen bei allen Phasen der Herstellung als außerordentlich bedeutend angesehen, da die Wirkung von Veränderungen der Produkteigenschaften auf das Abnahmeverhalten der Verbraucher mit steigender Genauigkeit erjsannt wird. Die Ambivalenz, einerseits Beschränkungen bei Rohmaterialien Rechnung zu tragen und andererseits notwendige Qualitätskontrolltechni-

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ken zu Übernehmen, stellt an die Hersteller große Probleme, insbesondere auf Gebieten, wo das Verfahren und die entsprechenden Vorrichtungen sehr enge Kontrollmaßnahmen erfordern. Zu diesen Gebieten gehört die Zuführung von Tabakmaterialien in den verschiedenen Stufen des Verarbeitungsverfahrens. Zur Vermeidung von Produktveränderungen müssen die Materialien bei jeder einzelnen Grundoperation gleichmäßig zugeführt werden. So führt beispielsweise eine nicht gleichmäßige Zuführung von Tabakmaterialien bei einer Trocknungsstufe zu Veränderungen im Feuchtigkeitsgehalt und beeinflußt alle danach folgenden Verfahrensschritte in entsprechender Weise und damit schließlich auch das Endprodukt selbst. In ähnlicher Weise ist es beim Verpacken oder dem Aufbringen von Geruchs- bzw. Geschmacksstoffen und anderen Additivmaterialien wesentlich, daß der Tabak durch jede Anwendungsstufe hindurch gleichmäßig zugeführt wird. Auch bei der Durchführung von Mischvorgängen ist eine gleichmäßige Zuführung unerläßlich.

Der Hauptgrund für die Forderung nach extremer Sorgfalt beim Zuführen von Tabakmaterialien liegt jedoch in der wachsenden Beachtung des Umstands, daß der Raucher aufgrund seiner Geschmacks- und Geruchsbeurteilung auch anscheinend geringfügige Veränderungen der Produkteigenschaften bemerkt. Zahlreiche Hersteller gehen infolgedessen davon aus, daß eine neuerliche Verarbeitung des Produkts üblicherweise erforderlich ist, wenn die Produktspezifikationen nicht innerhalb eines zunehmend enger werdenden Bereichs liegen. Auch die Testung neuer Tabakproduktmarken im Vergleich zu einem vorhandenen Standard erfordert entsprechend, daß beide Produkte innerhalb der ^rZiel'-Spezifikationen liegen. Wenn die Zusammen-

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setzung eines Produkts entsprechend nicht konsistent ist und innerhalb der Spezifikationen liegt, können entsprechend keine sinnvollen Testergebnisse erhalten werden. Wenn andererseits eine nochmalige Herstellung aufgrund festgestellter nicht vertretbarer Abweichungen in der Produktzusammensetzung notwendig ist, ist damit verständlicherweise ein Rohmaterialverlust verbunden, was unter heutigen Verhältnissen immer weniger in Kauf genommen werden kann.

Materialien wie Tabakmaterialien setzen sich aus kleinen irregulär geformten Partikeln zusammen, die Reibungs- und andere Eigenschaften aufweisen, aufgrund derer die Partikel bei der Zuführung oder Handhabung in Bulkladung oder Masse zum Zusammenbacken, Agglomerieren oder Verklumpen bzw. Verdichten neigen. Faserförmige oder andere Materialien, die in Pasern aufgetrennt werden können, gehören in vielen Fällen zu dieser Stoffkategorie. Die Zuführung derartiger Materialien mit der erforderlichen Genauigkeit stellt daher ein außerordentlich schwieriges Problem dar. Tabak-Bulkmaterial beispielsweise in Form von Streifen, Blättern bzw. Schichten oder Stangen neigt bekanntermaßen bei der Handhabung in Zuführungsvorrichtungen zum Zusammenbacken. Abgesehen von üblichen mechanischen Störungen, die aufgrund der genannten Eigenschaften hervorgerufen werden, tritt nicht selten ein Beschickungsfehler von 10 % oder mehr bei der Zuführung von Tabak in verschiedenen Verarbeitungsstufen aufj derartige Betriebszustände werden schnell unhaltbar.

Es ist bezeichnend, daß das Problem einer gleichmäßigen Zuführung derartiger Materialien zwar seit langem bekannt ist, jedoch bisher nicht zur Zufriedenheit

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der Hersteller gelöst werden konnte. So wurden beispielsweise in vielen Fällen vibrierende Fördereinrichtungen und Behälter zur Zuführung von Materialien wie Tabak verwendet, wobei die Partikel dieser Materialien gleichzeitig getrennt oder fluidisiert wurden. In der US-PSΊ 755 08l ist beispielsweise ein vibrierender bzw. oszillierender Behälter beschrieben, in den Tabak eingeführt wird. Der Tabak wird mit zwei rotierenden StiftWalzen zum Auseihanderbrechen gebracht und bildet Schichten des Materials auf einem Förderband unter einem Sieb. Diese Vorrichtung stellte allerdings aufgrund ihrer großen Kompliziertheit keine brauchbare Lösung des genannten Problems dar. In der US-PS 3 196 850 ist eine andere. Behältervorrichtung angegeben, die jedoch ebenfalls¹ aufgrund der. Vielzahl der darin enthaltenen rotierenden Zylinder mit einziehbaren Stiften von ähnlicher Kompliziertheit ist.

. Der■Erfindung liegt entsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, mit denen eine signifikante Verringerung der Standardabweichung bei der gleichmäßigen Zuführung von Materialien wie Tabakmaterialien o.dgl. erreicht wird, wobei der Vorrichtung zugleich ein einfaches Konstruktionsprinzip und eine einfache Verfahrensweise zugrunde liegt.

Die Aufgabe wird gemäß den Patentansprüchen gelöst. Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung angegeben, die folgende wesentlichen Teile umfaßt:

Einen Trichter mit im wesentlichen geschlossenen Seiten, der oben und am Boden zur Aufnahme bzw. Ent-

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ladung des Materials offen ist,

eine Vorrichtung zur Pluidisierung einer dem Trichter zugeführten Materialmasse,

eine Fördereinrichtung unter dem Trichter zur Aufnahme des vom Trichter kommenden Materials,

ein im Trichter rotierendes Element als Teil der Kontrolleinrichtung, die eine vorherbestimmte Materialmenge als Bett bzw. Schicht auf die Fördereinrichtung bringt, sowie

eine Schleusenvorrichtung, die zusammen mit dem rotierenden Element überschüssiges Material vom Bett entfernt und dessen Rückführung in den Trichter bewirkt. Das Materialbett tritt unter dem Trichter als Bett gleichmäßiger Dicke aus.

Aus Vereinfachungsgründen werden hier und im folgenden als "Materialien" solche Materialien bezeichnet, die aus kleinen, irregulär geformten Teilchen einschließlich Pibrillen oder Pasern bestehen und bei der Handhabung oder Verarbeitung solche Reibungs- und andere Eigenschaften aufweisen, daß die Partikel als Bulkladung oder in der Masse zum Zusammenbacken, Agglomerieren oder Verklumpen bzw. Verfestigen neigen und schwierig zu fluidisieren sind.

Die erfindungsgemäß erzielten Vorteile lassen sich am besten anhand von Tabakmaterialien aufzeigen; das erfindungsgemäße Verfahren sowie die entsprechende Vorrichtung lassen sich jedoch darüber hinaus auf alle übrigen Materialien mit den oben definierten Eigenschaften in gleicher Weise übertragen.

Nach einer VJeiterbildung der Erfindung umfaßt das

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Verfahren zur gleichmäßigen Materialzuführung folgende Schritte:

Kontinuierliche Bewegung einer Materialmasse in ein abgegrenztes Volumen,

kontinuierliches Fluidisieren des Materials zur Vermeidung des Zusammenbackens,

kontinuierliches Abmessen eines Teils des Materials aus dem abgegrenzten Volum heraus auf ein bewegliches Förderband,

Zusammenpressen des Materials in ein Bett,

Entfernen der oberen Schicht des Betts und Rückführen des entfernten Materials in die fluidisierte Masse sowie

Zusammenpressen des verbleibenden Materials auf dem Band zu einem Bett.

Auf diese Weise wird eine vorbestimmte Menge des Materials vom Förderband als Bett im wesentlichen gleichmäßiger Dicke und gleichmäßigen Lineargewichts ausgetragen.

Die Erfindung gibt also ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur gleichmäßigen Zuführung kleiner, irregulär geformtes Partikel an, die solche Reibungseigenschaften aufweisen, daß die Partikel in Bülkform oder in der Masse zum Zusammenbacken, Agglomerieren oder Verklumpen bzw. Verdichten neigen und daher auf andere Weise nur mit großen Schwierigkeiten zu fluidisieren sind. Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung angegeben, die einen Trichter, eine Vorrichtung zur Fluidisierung des eintretenden Materials sowie ein rotierendes Element innerhalb des Trichters

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umfaßt, das zum Aufbrechen des Materials beiträgt und das Material in vorbestimmten Mengen auf ein bewegliches Förderband unter dem Trichter aufbringt. Das Material wird durch den abwärts gerichteten Druck des rotierenden Elements in Bettform gebracht, wonach anschließend der obere Teil des Betts entfernt und in den Trichter zurückgeführt wird, worauf der verbleibende Teil leicht zu einem Bett gleichmäßiger Dicke verpreßt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der einer erfindungsgemäßen Ausfuhrungsform entsprechenden Vorrichtung;

Fig. 2 eine Vorderansicht der Vorrichtung von Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht der Vorrichtung von Fig. 1 von oben;

Fig. 4 eine Querschnittsdarstellung des Trichters und des Förderbands von Fig. 1;

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Zylinder- und Stiftanordnung sowie

Fig. 6 eine schematische Ansicht einer Weiterbildung der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Zuführungsvorrichtung. Oqr Trichter 10, der oben und am Boden offen ist, befindet sich in einem Trägerrahmen 12 und ist auf diesem so befestigt, daß eine Vibrationsbewegung auf den Trichter 10 übertragen werden kann. Die Flansche 14 (in Fig. 2 günstig zu erkennen), die sich an den Seiten 16 des Trichters 10 be-

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finden, sind_: mit den Ankerbolzen 22 an den Verlängerungen l8 des Rahmens 12 lose befestigt. Gutnmihalterungen um die, Bolzen 22 und zwischen den Planschen l4 und den Rahmenverlangerungen l8 gewährleisten dabei eine hinreichende Beweglichkeit, wodurch der Trichter 10 mit Hilfe,des exzentrischen Motors 24, der auf der geneigten Seite 26- montiert. ist, in Vibration versetzt werden kann.: _{: :} _ _;.

Eine.Transportvorrichtung 28 befindet sich unter dem Trichter 10 zur Aufnahme und Abtransportierung des Materials=. Das Förderband 30 bewegt sich um die Rollen 32 (vgl. Pig. 2), die in den U-Eisen 34 gelagert sind und einen Teil des Rahraenaufbaus der Vorrichtung 28 bilden. Zwei Seitenschienen 36 sind unter einem Winkel an den U-Eisen 34 angebracht, wie aus Pig. I hervorgeht. Wie aus Fig. 2 ersichtlich wird, grenzen die Seitenschienen 36 unmittelbar an das Förderband j50 und ragen darüber hinaus,; wodurohf sie als Führung für das aus dem Trichter 10 austretende Material dienen.

Der Antrieb für das Band 30 geschieht durch einen Motor 40 mit regulierbarer Geschwindigkeit, der unter dem Band 30 am Rahmen befestigt ist. Der Motor 40 ist in geeigneter Weise Über eine Getriebeanordnung 44 und eine Kette bzw. einen Gliederkeilriemen 42 mit den Antriebsrollen 32 verbunden.

Aus der Draufsicht der Fig. 3 geht hervor, daß sich in dem Trichter 10 eine Walze 46 befindet, die um die Welle 48 (vgl. Fig. 2) rotiert. Der Antriebsmotor $4 der Walze ist mit zwei Haltern 52 an der oberen Querverstrebung 50 befestigt. Auf der Welle 48 ist ein© Rolle 56 aufgekeilt, während die Welle 58

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des Motors 54 eine Antriebsrolle 60 trägt. Die Rolle wird über einen flexiblen Riemen 62 von der Rolle 60 angetrieben. Der Motor 54 ist auf diese Weise von der Vibrationsbewegung des Trichters 10 aufgrund der Flexibilität des Riemens 62 isoliert.

Wie am besten aus Fig. 3 hervorgeht, laufen die Seitenteile des Trichters 10 im allgemeinen gegen die Walze 46 zusammen. Im Innern des Trichters 10 ist eine Anschlagplatte 64 vorgesehen, die sich nach außen und unten gegen die Walze 46 hin erstreckt. Unterhalb der Walze 46 ist an der der Anschlagplatte 44 gegenüberliegenden Seite des Trichters 10 eine Schleusenöffnung 66 vorgesehen. Aus der Oberfläche der Walze 46 ragt eine Vielzahl von Stiften 68 heraus, wobei jedoch ein ausreichender Abstand vorgesehen ist, um einen Kontakt der Stifte 68 mit der Anschlagplatte 64 oder der Schleusenöffnung 66 zu vermeiden.

Die Arbeitsweise der Zuführungsvorrichtung geht am besten aus Fig. 4 hervor, in der der Trichter 10, die Transporteinrichtung 28 sowie die Walze 46 im Querschnitt dargestellt sind. Die gestrichelte Linie verdeutlicht dabei den Kreis, der von den Enden der Stifte 68 bei Rotation der Walze 46 beschrieben wird.

Das Material 72 wird oben in den Trichter 10 eingeführt und sammelt sich über der Walze 46, die sich in der durch den Pfeil 74 angegebenen Richtung dreht. Der Trichter 10 und das Material 72 werden dabei durch den Motor 24 in Vibration versetzt. Durch diese Bewegung wird das Material fluidisiert, wodurch ein Aneinanderkleben und Zusammenbacken in der Masse vermieden und zugleich die Bewegung mit der Walze 46 erleichtert

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wird. Die Vibration des Trichters 10 sollte mit dem jeweils verarbeiteten Material und der Vorrichtung selbst abgestimmt sein. Die Bewegung sollte hinreichen, um ein Zusammenbacken des Materials in den Zwischenräumen zwischen der Walze und den einzelnen Teilen des Trichters zu vermeiden, jedoch gleichzeitig wenig solche Frequenzen und/oder Amplituden aufweisen, die zu einem Abbau des Materials oder Schaden an der Zuführungsvorrichtung führen würden. So wurden beispielsweise eine Frequenz von etwa 30 Hz und eine Amplitude von etwa 3 mm (l/8 inch) als bei der Anwendung von Tabakmaterialien zufriedenstellende Werte ermittelt. Die Fluidisierung des im Trichter enthaltenen Materials durch Vibration ist erfindungsgemäß bevorzugt; die Fluidisierung des Materials kann jedoch erforderlichenfalls auch nach anderen Verfahren wie etwa durch Einleiten von in das Material gerichteten Luftströmen an geeigneten Stellen vorgenommen werden.

Die Stifte 68 auf der Walze 46 bewirken, daß das an der rotierenden Walze angrenzende Material 72 allgemein gegen den Zwischenraum zwischen der Walze 46 und der Anschlagplatte 64 bewegt wird. Die Anschlagplatte 64 dient auch dazu, das Material gegen die Walze 46 hinzuführen, und muß daher unter einem hinreichenden Winkel (durch den Bogen 76 verdeutlicht) geneigt angebracht sein, damit das Material an ihrer Oberfläche hlnunterzugleiten vermag. Der von der Senkrechten ausgerechnete Neigungswinkel der Anschlagplatte sollte nicht mehr als etwa 45 °, vorzugsweise etwa 20 ° betragen, wenn die Vorrichtung für Tabakmaterialien eingesetzt wird. Die Verwendung anderer Materialien kann die Einstellung entsprechend geänderter Winkel erforder-

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lieh machen.

Die durch den Zwischenraum zwischen der Walze 46 und der Platte 64 abgemessene Materialmenge hängt von einer Zahl von Einflußgrößen ab, unter denen die Drehzahl der Walze 46 sowie die Abmessungen der Spalte selbst am wichtigsten sind. Obgleich die geeignete Spaltbreite etwas von der Art des zugeführten Materials abhängt, sollte die Spaltbreite jedoch nicht kleiner als etwa 25 mm (1 inch) betragen, da sonst bei der Zuführung von Tabakmaterialien Verstopfungserscheinungen auftreten.

Das durch den Spalt abgemessene Material sammelt sich auf dem Riemen J50 und wird zwischen den Schienen 36 in der durch den Pfeil 78 angegebenen Richtung gefördert. Unterhalb der Walze 46 erfährt das Material durch die Oberfläche der Walze 46 Kompressionskräfte und wird zu einem Bett komprimiert. Die Stifte 68 schaben dabei gleichmäßig die obere Schicht des Betts in die. Schleusenöffnung 66, wo überschüssiges Material entfernt und in den oberen Teil des Trichters 10 und die fluidisierte Materialmasse zurückgefördert wird.

Die Form der Schleusenöffnung 66 kann im Querschnitt gewölbt und parallel zur Oberfläche der Walze sein, wodurch eine Art Abtragewirkung auf das Material auf dem Band ausgeübt wird. Obgleich der optimale Abstand zwischen dem Boden der Schleusenöffnung 66 und dem Band J>0 von der Art des jeweils verarbeiteten Materials abhängt, ist es bei der Verarbeitung von Tabakmaterialien vorteilhaft, wenn der Spalt nicht weniger als etwa 5,0 cm (etwa 2 inch), üblicherweise nicht

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weniger als etwa 7,5 cm (j5 inch) beträgt. Spaltöffnungen kleiner als etwa 5*0 cm (2 inch) führen im allgemeinen dazu, daß das Bett aus Tabakmaterial, das unter dem Trichter 10 austritt, zu kompakt ist. Der Boden der Schleusenöffnung 66 dient zu Glättung der Oberfläche und leichten Kompression des zurückbleibenden Materials zu einem Bett gleichmäßiger Dicke und gleichmäßigen Lineargewichts.

Zahlreiche Materialzuführungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik arbeiten nach dem sog. "first-infirst-out "-Prinzip: den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik liegt im allgemeinen die Vorstellung zugrunde, daß derartige Materialien zum Abbau neigen, wenn sie sich über einen ausgedehnten Zeitraum hinweg in derartigen Zuführungsvorrichtungen befinden und darin manipuliert werden. Wenn ein Verfahrensschritt eine erhöhte Menge an Material erfordert, wurde nach dem Stand der Technik so vorgegangen, daß das Material direkt und kontinuierlich durch die Zuführungsvorrichtung gefördert wurde, indem alle beweglichen Bestandteile der Vorrichtung entsprechend beschleunigt wurden, um so den gesteigerten Materialbedarf nachzuliefern. Der Arbeitsbereich derartiger Vorrichtungen nach dem Stand der Technik war dadurch fixiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen demgegenüber die Erweiterung des Arbeitsbereichs einer Zuführungsvorrichtung. Wenn durch die Rotation der Walze 46 bei einer hinreichend hohen Drehzahl deren Lineargeschwindigkeit größer ist als die Geschwindigkeit des Pörder-

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bands 30, werden Teile des Materials durch die Walze zusätzlich zu der Menge auf das Band 30 gefördert, die günstigerweise unter der Schleusenöffnung 66 ohne stärkere Kontaktierung austreten kann, wodurch ein physikalischer Abbau des Materials eintritt. Wie bereits erwähnt, führen die abhebende bzw. kratzende Wirkung der Stifte auf dem Materialbett und die abhebende Wirkung der Öffnung 66 dazu, daß überschüssiges Material in den Trichter 10 zurückgeführt und mit dem neu hinzukommenden Material gemischt wird. Die Geschwindigkeit des Förderbands kann so als Antwort auf größeren Materialbedarf ohne damit verbundene Veränderungen der anderen Verfahrensparameter erhöht werden, wodurch ein gewissermaßen flexibles Durchsatzverhältnis bzw. ein flexibler Betriebsbereich erzielt wird. Die optimale Zuführungsgeschwindigkeit der Trommel hängt etwas vom verarbeiteten Material ab und liegt im allgemeinen zwischen etwa 10 - 45 U/min. Die Drehung der Walze 46 ist in Fig. 4 so dargestellt, daß sich die Unterseite der Walze in Richtung der Bandbewegung bewegt. Für die hier zugrundeliegenden Verarbeitungsvorhaben ist diese Rotation in Richtung der Bandbewegung bevorzugt; der Drehsinn der Walze kann jedoch erforderlichenfalls auch umgekehrt werden, wobei die Anschlagplatte an die gegenüberliegende Seite des Trichters verlegt wird, um eine geeignete Materialbemessung zu erzielen. Die Schleusenöffnung bleibt wie im vorherigen Fall an der stromabwärts gerichteten Seite des Trichters. Bei Rotation der Walze in zum Förderband entgegengesetzter Richtung ist ein größerer Materialabbau sowie allgemein eine Verringerung der Kontrollmöglichkeit der gleichmäßigen Zuführung zu erwarten; eine derartige Betriebsweise kann jedoch, obgleich sie nicht

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bevorzugt ist, bei der Zuführung bestimmter Materialien, insbesondere von Tabakmaterialien, angewandt werden.

Es ist ferner wünschenswert, daß die Drehachse der Walze im wesentlichen parallel zur Ebene des Förderbands liegt. Bedeutende Abweichungen von dieser geometrischen Anordnung verursachen Veränderungen der Dichte des Materialbetts in Querrichtung, das unter der Walze 46 austritt.

In Fig. 5 ist eine bevorzugte Anordnung der Stifte auf der Walze dargestellt. Diese bevorzugte Anordnung bringt den Vorteil mit sich, daß dadurch eine gleichmäßige Kraftwirkung auf die Oberfläche der Schicht ausgeübt wird. Die bevorzugte Anordnung weist die Form mehrerer schraubenförmig angeordneter Reihen von Stiften auf, die so positioniert sind, daß, wenn der letzte Stift einer Reihe den Kratzvorgang auf der Oberfläche beendet hat, der erste Stift der nächsten Reihe damit beginnt. Die Schraubenanordnung vermeidet Veränderungen der Packung, die zu erwarten wären, wenn die Stiftreihen parallel zur Drehachse angeordnet sind.

Länge und Abstände der Stifte sind dabei nicht kritisch; sie werden im allgemeinen innerhalb der zu den physikalischen Eigenschaften der zuzuführenden Materialien passenden Grenzen variiert. Stiftlängen von etwa 25 mm (1 inch) oder größer scheinen dabei beispielsweise bei der Zuführung von Tabakmaterialien zufriedenstellendere Ergebnisse zu liefern als längere Stifte. Die bevorzugten Abstände zwischen den Stiften einer Reihe sollten etwa 25 - 75 _mm (χ _ 3 inch) betragen.

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Obgleich das austretende Materialbett gleichmäßige Dicke aufweist und ein im wesentlichen gleichmäßiges Lineargewicht besitzt, können kleine Veränderungen des Lineargewichts aufgrund von Veränderungen der Materialeigenschaften von einer Charge zur anderen auftreten. Derartige Veränderungen können in Übereinstimmung mit der in der schematischen Fig. 6 dargestellten Ausführungsform der Erfindung korrigiert werden. Das darin dargestellte wägende Förderband 82 besitzt Einrichtung zur Wägung oder Messung der Beladung wie etwa die Beladungsmeßzelle 84, die ein zur jeweiligen, darüber befindlichen augenblicklichen Beladung proportionales elektrisches Signal an eine integrierte Schaltung 86 leitet, zusammen mit einem als Eingangssignal 88 bezeichneten Signal, das der Geschwindigkeit des Bands 82 proportional ist. Das Ausgangssignal 90 wird anschließend in eine Kontrolleinrichtung 92 geleitet, die ein herkömmlicher Komparator oder eine Brückenschaltung zum Vergleich der Eingangssignale mit einem vorbestimmten Sollwert, der dem erwünschten Gewicht entspricht, sein kann. Wenn die Größe des Eingangssignals vom Sollwert abweicht, wird über die Kontrolleinrichtung ein Regelsignal 96 erzeugt, wodurch der Motor 98 auf eine geeignete Geschwindigkeit eingestellt wird und damit die Geschwindigkeit des Bandes 82 variiert wird, bis das erwünschte Gewicht erreicht ist.

Wenn die Zuführungsgeschwindigkeit gesteigert werden soll, führt eine Steigerung der Geschwindigkeit des Förderbands zu einer Abnahme der linearen Dichte des Materialbetts, wenn die Walzengeschwindigkeit nicht proportional mit gesteigert wird. Die Veränderung ist durch die Abnahme der Gesamtzeit bedingt,

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während der die abwärts gerichtete Kraftwirkung der Walze auf das Material einwirkt. Materialien, die eine gewisse Elastizität in der Masse besitzen, neigen dazu, bei der Anwendung von Druck über kurze Zeitintervalle zur ursprünglichen Dicke "zurückzuspringen". Zur Gewährleistung einer im wesentlichen konstanten Lineardichte über einen Bereich der Förderbandgeschwindigkeit kann eine Weiterbildung eingesetzt werden, bei der die Förderband- und Walzengeschwindigkeit miteinander gekoppelt sind. Bei dieser Weiterbildung liefert die Kontrolleinrichtung 92 ein zweites Ausgangssignal, das in Fig. 6 mit der gestrichelten Linie 100 bezeichnet ist, das den Veränderungen des Ausgangssignals 96 proportional ist und den Motor 102 zur entsprechenden Veränderung der Geschwindigkeit der Walze 104 veranlaßt. Diese erfindungsgemäße Weiterbildung gewährleistet eine konstante Lineardichte über einen Bereich von Förderbandgeschwindigkeiten.

Die Erfindung gibt also ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur gleichmäßigen Zuführung kleiner, irregulär geformter Teilchen an, die solche Reibungseigenschaften aufweisen, daß die Teilchen als Bulkladung oder in der Masse zum Zusammenbacken, Agglomerieren oder Verklumpen neigen oder in anderer Weise schwierig zu fluidisieren sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt einen Trichter, eine Einrichtung zur Fluidisierung des eintretenden Materials sowie ein im Trichter rotierendes Element, das dazu beiträgt, das Material zu zerkleinern und in vorbestimmten Mengen auf ein sich unterhalb des Trichters bewegendes Förderband zu bringen. Das Material wird dabei durch den abwärts gerichteten Druck des rotierenden Elements in Bettform gebracht, wonach der obere Teil des Betts entfernt und in den Trichter zurückgeführt wird, worauf der verbleibende Teil

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leicht zu einem Bett gleichmäßiger Dicke komprimiert wird.

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung des Einflusses verschiedener Verfahrensbedingungen und struktureller Parameter auf die Materialien, insbesondere Tabakmaterialien. Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung sind jedoch nicht auf die gleichmäßige Zuführung von Tabakmaterialien beschränkt, sondern können in gleich günstiger Weise, wie bereits erwähnt, auf zahlreiche andere Materialarten angewandt werden.

Beispiel 1

Es wurde eine Vorrichtung ähnlich der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung verwendet, bei der folgende Parameter vorlagen:

(a) Vibrationsfrequenz 30 Hz

(b) Vibrationsamplitude 3 mm (1/8 inch)

(c) Anstellwinkel der Ablenkplatte 35 ° (aus der Senk

rechten)

(d) Spalt zwischen Ablenkplatte

und Walze 18 - 25 mm (1-3/4 inch)

(e) Drehzahl der Walze (in Band- 20 U/min

richtung)

(f) Bandgeschwindigkeit 0,3 - 3,7 m/min

(1-12 feet/min)

(g) Stiftlänge 25 mm (1 inch) (h) Stiftdurchmesser β mm (1/4 inch)

(i) Stiftanordnung 4 Reihen in Schrauben

linie mit gleichmäßigen Abständen

(J) Spalt zwischen Schleusen- von unter 50 - 100 mm öffnung und Förderband (2-4 inch)

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Geschnittene Tabakstangen und Schichten wurden in den Trichter eingeführt, der sich mit der oben genannten Frequenz und Amplitude in Vibration befand. Bei Bettdicken unter etwa 50 mm (2 inch) oder niedriger wurde starkes Verklumpen des Tabakbetts beobachtet. Eine Bettdicke von etwa 100 mm oder darüber (4 inch) erwies sich im allgemeinen am günstigsten.

Beispiel 2

Es wurde eine ähnliche Vorrichtung wie in Beispiel 1 verwendet mit dem Unterschied, daß die Bettdicke auf etwa 100 mm (4 inch) gehalten wurde und die Drehrichtung der Walze umgekehrt war; dabei wurde festgestellt, daß die Zuführung des Tabaks unregelmäßig war. Dies deutet darauf hin, daß es günstig ist, die Walze in der Richtung der Bandbewegung zu drehen.

Beispiel 3

Es wurde eine ähnliche Vorrichtung wie in Beispiel 1 verwendet mit dem Unterschied, daß die Bettdicke auf etwa 100 tntn (4 inch) gehalten und der Anstellwinkel zwischen 20 und 60 ° verändert wurde; dabei wurde festgestellt, daß der minimale Anstellwinkel etwa 45 ° beträgt und sein Wert vorzugsweise bei etwa 20 ° liegen sollte.

Beispiel 4

Es wurde eine ähnliche Vorrichtung wie in Beispiel 1 verwendet mit dem Unterschied, daß die Bettdicke auf etwa 100 mm (4 inch) gehalten wurde und die Stifte in zwei Reihen angeordnet waren, wobei jede unter einem

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Winkel von 60 ⁰C geneigt war, wobei sich ein Kreuzungspunkt in der Mitte ergab; es wurde festgestellt, daß die Stiftgeometrie zu einer ungleichmäßigen Kratzwirkung und in vielen Fällen zu einem wellenförmigen Aussehen des Tabakbetts führte.

Beispiel 5

Es wurde eine ähnliche Vorrichtung wie in Beispiel l verwendet mit dem Unterschied, daß die Bettdicke auf etwa 100 mm '4 inch) gehalten und die Drehzahl der 'falze zwischen 1,5 und 11 m/min (5 und yj feet/min) variiert wurde· es wurde festgestellt, daß ungleichmäßige Zuführung auftrat, wenn die Lineargeschwindigkeit der Walze kleiner war als die Geschwindigkeit des Förderbands.

Die Erfindung ist nicht auf die gegebenen Beispiele beschränkt; auch andere analoge Ausführungsformen sind im allgemeinen Erfindungsgedanken enthalten.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Zuführung einer gleichmäßigen Materialschicht, gekennzeichnet durch

(a) eine Trichtervorrichtung mit im wesentlichen geschlossenen Seiten, die oben und am Boden zur Erleichterung des Ein- und Austritts des Materials offen ist;

(b) eine Vorrichtung zur Fluidisierung des Materials in der Trichtervorrichtung;

(c) eine unter der Trichtervorrichtung befindliche Transportvorrichtung zur Aufnahme einer Schicht des Materials und Entfernung dieser Schicht aus dem Bereich unterhalb der Trichtervorrichtung sowie

(d) eine Kontroll- bzw. Regeleinrichtung zur Erzeugung einer gleichmäßigen Materialschicht auf der Transportvorrichtung, die folgende Bestandteile umfaßt: ein rotierendes Element, das sich innerhalb der Trichtervorrichtung befindet, eine erste stationäre Vorrichtung zum Abmessen einer vorbestimmten Materialmenge zusammen mit dem rotierenden Element auf die Transportvorrichtung sowie eine zweite stationäre Vorrichtung zur Entfernung eines Teils des Materials zusammen mit dem rotierenden Element und Rückführung dieses Teils in die Trichtervorrichtung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Messung der Beladung zur Ermittlung von

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Änderungen im Lineargewicht des Materials auf der Transportvorrichtung, wenn das Material aus dem Bereich unterhalb der Trichtervorrichtung entfernt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Messung der Beladung ein zur Veränderung des Lineargewichts proportionales Signal erzeugt und eine entsprechende Änderung der Lineargeschwindigkeit des rotierenden Elements veranlaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lineargeschwindigkeit des rotierenden Elements durch die Geschwindigkeit der Transportvorrichtung kontrolliert bzw. geregelt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die erste stationäre Vorrichtung neben dem oberen Teil des rotierenden Elements und die zweite stationäre Vorrichtung neben dem unteren Teil des rotierenden Elements befinden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende Element in der gleichen Richtung rotiert, in der die Bewegungsrichtung der Transportvorrichtung liegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten stationären Vorrichtungen an einander gegenüberliegenden Seiten des Trichters angebracht sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende Element eine Walze mit daraus herausragenden Teilen ist, die zum gleichmäßigen Abkratzen und

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Entfernen der Oberfläche des Materialbetts von der Transportvorrichtung auf die zweite stationäre Vorrichtung dienen, sowie dadurch, daß die Vorrichtung zur Pluidisierung eine Vibrationsvorrichtung ist, die der Trichtervorrichtung eine Vibrationsbewegung verleiht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste stationäre Vorrichtung eine Platte ist, die an der Seite des Trichters angebracht ist, zu der hin sich das rotierende Element dreht, und die neben dem oberen Teil des rotierenden Elements angebracht ist und sich in Bezug auf eine senkrechte Ebene nach außen und unten erstreckt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite stationäre Vorrichtung eine Schleusenöffnung ist, die sich an der Seite des Trichters befindet, an der der Materialstrom abwärts gerichtet ist, an den unteren Teil des rotierenden Elements angrenzt und eine gewölbte Form parallel zur Oberfläche des rotierenden Elements besitzt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Walze in der Bewegungsrichtung der Transportvorrichtung dreht.

12. Verfahren zur gleichmäßigen Materialzuführung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

(a) kontinuierliche Bewegung einer Materialmasse in ein abgegrenztes Volumen;

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(b) Pluidisierung der Materialmasse in dem abgegrenzten Volumen;

(c) kontinuierliches Abmessen eines Teils des Materials aus dem abgegrenzten Volumen auf ein bewegliches Band;

(d) Komprimieren des Material auf dem Band zu einem Bett;

(e) Entfernung der oberen Schicht des Betts und Rückführung des entfernten Teils in die fluidisierte Masse sowie

(f) Komprimieren des auf dem Band verbleibenden Materials zu einem Bett gleichmäßiger Dicke,

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Material durch Bewegen auf die Oberfläche einer rotierenden Walze mit daraus herausstehenden Teilen innerhalb des abgegrenzten Volums abgemessen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1J>, dadurch gekennzeichnet, daß das Lineargewicht des Materials kontinuierlich gemessen und die Geschwindigkeit der rotierenden Walze
beim Auftreten von Änderungen des Lineargewichts entsprechend variiert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der rotierenden Walze proportional zur Änderung der Geschwindigkeit des Förderbands geändert wird, wodurch eine im wesentlichen konstante Dichte pro Längeneinheit des Materials erzielt wird.

16. Verfahren nach Anspruch IJ, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Walze in der Bewegungsrichtung des Bands
dreht.

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17. Verfahren nach Anspruch 13* dadurch gekennzeichnet, daß sich die rotierende Walze mit einer Lineargeschwindigkeit dreht, die größer ist als die Geschwindigkeit des Förderbands.

18. Verfahren nach Anspruch 1J>, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidisierung durch Vibration der Materialmasse erzeugt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 1J5, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Schicht des Betts durch gleichmäßiges Abtragen der oberen Schicht mit den aus der rotierenden Walze herausstehenden Teilen entfernt wird, wobei die abgetragene Schicht in das abgegrenzte Volumen zurückgeführt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Material ein Tabakmaterial ist und zu einem Bett von mindestens etwa 50 mm Dicke (2 inch) abgetragen und komprimiert wird.

21. Vorrichtung zur gleichmäßigen Zuführung von Tabakmaterial als Schicht in die Verarbeitungsstufen bei der Tabakverarbeitung, gekennzeichnet durch

(a) einen Trichter (10) mit im wesentlichen geschlossenen Seiten, der zur Erleichterung des Ein- und Austritts des Tabakmaterials oben und unten offen ist;

(b) eine Vibrationseinrichtung zur Erzeugung einer Vibrationsbewegung des Trichters (10);

(c) ein unter dem Trichter (10) befindliches Förderband (30) zur Aufnahme des Tabakmaterials und Entfernung der Schicht aus dem Bereich unterhalb des Trichters;

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(d) eine im Innern des Trichters vorgesehene rotierende Walze (46), deren Drehachse im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Förderbands ist und im wesentlichen quer zur Längsachse des Bandes liegt, wobei die V/alze eine Vielzahl von aus ihrer Oberfläche herausragenden Teilen aufweist, sowie

(e) eine Anschlagplatte (64), die sich auf einer Seite des Trichters befindet und sich gegen die V/alze hin erstreckt und in Bezug auf eine horizontale Ebene nach abwärts geneigt ist, wobei der Spalt zwischen der Anschlagplatte und der Walze zwischen etwa 25 und 200 mm (1 - 8 inch) liegt (vgl. Fig. 1, 2 und 3).

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Walze und dem Förderband zwischen etwa 75 und 250 mm (3 - 10 inch) beträgt.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte mindestens 25 mm (1 inch) lang sind und sich in zumindest 50 mm (2 inch) Abstand voneinander befinden.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte in mehreren Reihen schraubenförmig um die Walze herum angeordnet sind.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagplatte einen Anstellwinkel von nicht mehr als etwa 45 ° aufweist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationsvorrichtung eine Vibrationsbewegung mit einer Amplitude von etwa 3 nim (1/8 inch) und einer Frequenz von 10 - 60 Hz erzeugt.

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