DE3707527A1 - Verfahren und vorrichtung zur unabhaengigen einstellung der dichte und des widerstandes gegen zug von filterstaebchen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Zuführen eines Faserbandes oder Vliesbandes in die Garnitur eines Geräts für die Herstellung von Filterstäbchen zur Entfernung teilchenförmiger Materie und von Teeren aus Zigarettenrauch.

Herkömmliche Methoden zur Fertigung von Filterstäbchen auf Faser-Basis verwenden gekräuselte textile Kabel aus Celluloseacetat oder ausnahmsweise ein Kabel aus Polyolefinen wie Polypropylen, das nach wohlbekannten Garn-"Öffnungs"-Mechanismen unter Einsatz von Luft oder Dampf hergestellt ist. Bindemittel-Formulierungen werden dann auf das geöffnete Kabel gedruckt oder gesprüht und werden zwischen den Fasern und in diese hinein absorbiert, um sie miteinander und benachbarten Fasern zu verkleben.

Das Kabel wird dann in die Formungszone eines Apparats zur Herstellung von Filterstäbchen eingeführt, der gewöhnlich eine Garnitur-"Trompete" und eine Garnitur umfaßt, wo Kontakt mit einer "Kabelumhüllung", die von einer Speisewalze zugeführt wird, hergestellt wird. Der Apparat umfaßt innerhalb der Garnitur Mittel zum Einziehen der Fasern und Formen der Fasern zu einem Filterstäbchen und eine Schneidvorrichtung zum Schneiden des Stäbchens in die einzelnen Filterelemente ("Stopfen").

Ein Celluloseacetat-Kabel kann unter Einsatz einer solchen technischen Standardanlage zur Herstellung von Filterstäbchen einfach und rasch zu schneidbaren Filterstäbchen verarbeitet werden. Das Verfahren wird nicht nachteilig beeinflußt durch das Einwirkenlassen wesentlicher Mengen nichtflüchtiger, flüssiger organischer Weichmacher wie Triacetin, Diacetin, Citronensäure oder dergleichen auf ein Faserkabel, bevor dieses in die Garnitur des Apparats zur Stäbchenherstellung eintritt.

Während der vielen Jahre, in denen Filterstäbchen in der beschriebenen konventionellen Weise hergestellt werden, ist die Wahl der Fasern für solche Filter im allgemeinen auf Cellulosefaser-Kabel beschränkt geblieben, und derartige Filterelemente bleiben gefragt, obwohl die resultierenden Elemente nicht so wirksam sind, wie Filterelemente wären, die unter Verwendung synthetischer Fasern mit feinerem Titer (wie Polyolefinen) erhalten werden. Celluloseacetat-Fasern sind auch schwächer {0,9 bis 1,08 g/dtex (1,0 bis 1,2 g/den)} als andere verfügbare Fasern, etwa als Polypropylenfasern. Dieser Kennwert begrenzt den Betrag der Spannung und der Kräuselung, der auf ein Faserkabel vor dem Einführen in eine Standardanlage zur Herstellung von Filterstäbchen zur Einwirkung gebracht werden kann, was wiederum die Knitterfestigkeit, das Leistungsvermögen und das "Zug"-Verhalten des Filter- Elements beschränkt.

Andererseits lassen sich synthetische Polyolefin-Fasern wie solche aus Polypropylen zu einem viel feineren Titer verstrecken, der eine verbesserte Filterleistung ohne Verlust der zum Kräuseln und zum Aushalten der Herstellung mit hoher Geschwindigkeit benötigten Festigkeit ergibt.

Polypropylen-Fasern haben jedoch auch Nachteile. Ein offenes oder "erblühtes" Polypropylen-Faserkabel läßt sich durch die meisten Celluloseacetat-Bindemittel- Formulierungen nicht leicht benetzen, und die bekannten Formulierungen sind nicht in der Lage, hilfsweise die Gleiteigenschaften zu vermitteln, die zur Verhinderung von Stauungen und Störungen auf üblichen Hochgeschwin­ digkeitsmaschinen nötig sind, sofern sie nicht in derartigen Überschußmengen angewandt werden, daß die Filterleistung und andere wünschenswerte Eigenschaften nachteilig beeinflußt werden. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn man außerdem versucht, ebenso wie Weichmacher geeignete Mengen modifizierender Komponenten wie Feuchthaltemittel, Geschmacksstoffe, Arzneimittel, Absorbentien, Adsorbentien und dergleichen vor den Arbeitsgängen des Formens und Schneidens in das Faserkabel einzuarbeiten oder auf dieses aufzubringen.

Neben den Problemen, die mit dem Einsatz von Additiven bei Polypropylen-Faserkabeln zusammenhängen, betrifft ein Hauptproblem, das nicht gelöst ist, die Beziehung zwischen dem Druckabfall (dem dem Zug entgegengesetzten Widerstand) und der Maßhaltigkeit oder der Härte des resultierenden Filterelements. Die US-PS 45 22 616 (Celanese Corp.), die ein Hochgeschwindigkeitsverfahren zur Herstellung von Zigaretten-Filterstäbchen aus einem offenen Celluloseacetat-Faserkabel offenbart, erkennt das Bestehen einer komplexen Wechselbeziehung zwischen dem Titer der Faser, dem Druckabfall und seine Wirkung auf den Zug, der Filterleistung und der Filterhärte (wenn ein Celluloseacetat-Kabel benutzt wird).

Das Verfahren dieses Celanese-Patents vermehrt die gewöhnlichen Schritte der Öffnung des Kabels und erhält auf diese Weise dadurch eine annehmbare Filter-Charakteristik, daß das Kabel um eine spannende Walze herumgeführt wird, die an einem Ende eines um einen Drehpunkt beweglichen Hebelarms auf einem Trägerrahmen zwischen den Zuführungswalzen und der Vorrichtung zur Stäbchenherstellung befestigt ist, wobei der Arm in abwärtiger, spannender Richtung durch die Gewichts­ verteilung einseitig belastet wird und der Gewichtsausgleich durch einstellbare Gegengewichte erfolgt. Eine gewünschte konstante Rückspannung (die normalerweise in g (Gramm) gemessen wird) wird erhalten. Die spannende Walze ist vorzugsweise festgestellt, jedoch kann sie auch eine schwebende Walze (wie eine "Tänzer"- Walze) sein, um die Kabelbreite und die Richtung zu bestimmen und einen Grad der Spannung oder des "Zerrens" (des Zurückbleibens der Spule) zu vermitteln, der jedoch während des Betriebs nicht einstellbar ist und der zurückgenommen wird, bevor das Kabel in die Garnitur eintritt.

Das Patent legt dar, daß der Widerstand gegen die Luftströmung durch die Längsstrecke des Filterstäbchens (RTD) gleichmäßig sein sollte, da die Faserdichte den Widerstand gegen die Luftströmung beeinflußt. Um größere Gleichmäßigkeit im Celluloseacetat-Kabel sicherzustellen, offenbart die US-PS 39 60 345 (Rothmans of Pall Mall Canada) die ähnliche Verwendung einer Walze durch das Anbringen einer "trägheitslosen" Walze auf einer beweglichen Welle, die veränderlichen Bremsdruck auf das sich bewegende Kabel ausübt, bevor dieses in die konische Einlaßöffnung der Garnitur eintritt, um Dichte­ schwankungen des in den Aufblüh-Apparat eingespeisten Kabels zu kompensieren. Mit Hilfe von Fühlern wird der Bremsdruck so eingestellt, daß er Schwankungen der Dichte des Kabels kompensiert, nachdem dieses die Zuführungs- oder "Rückhalte"-Walzen und Öffnungsdüsen verläßt, so daß eine konstante Spannung in dem sich bewegenden, geöffneten Kabel aufrechterhalten wird, während sich dieses auf die Greifwalzen zubewegt, die das Kabel zu der Garnitur hinbewegen. Die Spannung wird zurückgenommen, bevor das Kabel in die Garnitur eintritt.

Keines der beiden Patente befaßt sich jedoch mit der Auswirkung des Einsatzes eines Polypropylen-Vlies- oder -Faserband-Einsatzmaterials (insbesondere eines solchen, das eine veränderliche Mischung aus Fasern und Feinheitsgraden enthält) an Stelle eines geöffneten Celluloseacetat-Faserkabels des üblichen Typs. Es ist nicht zu erwarten, daß sich ein Einsatzmaterial aus Polypropylen-Faserband oder -Vliesstoff, das einen sehr viel höheren Grad der Elastizität als Celluloseacetat- Fasern besitzt, genau so verhält (falls es überhaupt verwendbar ist) wie ein geöffnetes Celluloseacetat- Faserkabel.

Vliesbänder oder Faserkabel von gemischtem Titer, die Polypropylen enthalten, gehören beide jeweils zu den billigsten Fasern, die den Vorteil der durch höheren Feinheitsgrad bedingten wirksameren Filtereigenschaften nutzbar machen und gleichzeitig das durch den Einsatz von Additiven zu dem Kabel verursachten Problem der Stauungen und Störungen beseitigen könnten. Hierzu können verschiedene Faser-Zusammensetzungen ebenso wie verschiedene Feinheitsgrade zählen, darunter eine niedrigschmelzende Faser wie Polyethylen, kombiniert mit anderen Polyolefin-Fasern oder Celluloseacetat- Fasern, und diese können Filter mit verschiedenen Bindungs- und Flüssigkeitsabsorptionseigenschaften liefern. Solche Fasern mit gemischten Feinheitsgraden zur Verwendung in Zigarettenfilter-Elementen werden hierin im Folgenden als Polypropylen-Mischfasern bezeichnet.

Um den Vorzugswünschen der meisten Benutzer nachzukommen, hat ein Rauch-Filterstäbchen einen Härtewert oberhalb von etwa 85%, wobei etwa 90% ganz besonders bevorzugt werden, jedoch sollte der Härtewert etwa 92% nicht überschreiten. In gleicher Weise sollte der Druckabfall etwa 34 mbar (350 mmWS; definiert als mmWG) in einem üblichen Wasser-Überdruck-Meßgerät für typische Stäbchen mit einem Gewicht zwischen etwa 535 und etwa 580 g pro 1000 Stäbchen nicht überschreiten.

Es ist besonders anzumerken, daß der geeignete Grad der Festigkeit in Filterstäbchen aus Polypropylenfasern dazu neigt, den Druckabfall zu erhöhen und damit dem wünschenswerten leichten "Zug" beim Rauchen entgegenzuwirken. Mit anderen Worten, es besteht eine negative Korrelation zwischen dem Druckabfall oder dem "Zug" (delta P oder mmWG) und dem "Härtewert" (% F). (Diese Werte gehen zurück auf den Einsatz der "Filtrone Hardness and Resilience and Pressure Drop Testers", Serie Mark V, des von Abbey Manufacturing Estates, Wembly Middlesex, Großbritannien) hergestellten Typs.

Ein in gleicher Weise wünschenswerter Parameter-Wert, der mit Polypropylen-Mischfasern ebenso schwierig zu erzielen ist, ist die "Zug"-Gleichmäßigkeit unter den Filterelementen, nämlich ein geringer Wert der Variation des Druckabfalls. Mit anderen Worten, ein niedriger Koeffizient der prozentualen Schwankung oder "CV", in einer Größenordnung von 7% oder weniger, ist wesentlich für die Gewinnung von Filtern hoher Qualität.

Somit macht es der Einsatz der Polypropylen-Mischfaser in einer Standardanlage zur Herstellung von Filterstäbchen, die mit Geschwindigkeiten oberhalb von 200 m/min arbeitet, sehr schwierig, einen gewünschten Festigkeitsgrad, einen gewünschten leichten "Zug" für den Raucher und einen wesentlichen Wert der Gleichmäßigkeit dieser Kennwerte miteinander zu kombinieren.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Apparat zum Einführen eines Zigaretten-Filtermaterials in eine mit Geschwindigkeiten oberhalb von 200 m/min arbeitende Standardanlage zur Herstellung von Filterstäbchen, die eine Spannungswalze zur Aufrechterhaltung einer Spannung in dem Filtermaterial stromaufwärts des Eingangs in die Garnitur und Mittel zum Schneiden der Filterstäbchen in Filterelemente umfaßt, wobei der Betrag der Spannung einstellbar ist, dadurch charakterisiert, daß das Zigaretten-Filtermaterial ein Vliesband oder Faserband aus Polypropylen-Mischfasern ist und die Spannungswalze in Richtung auf den Zuführungsweg hin einseitig belastet ist, um eine V- oder U-förmige Umleitung um die Walze mittels einer zweiteilenden Kraft zu bilden, die zwischen 50 und 200 g variiert, um die Schwankung in der Masse pro Längeneinheit des Einsatzmaterials zu kompensieren, das einen Punkt stromaufwärts der Walze in einer vorgegebenen Zeit passiert, wobei die Resultierende dieser Kraft, die als Streckspannung auf das Einsatzmaterial einwirkt, eine gesteuerte Rate der Massen-Übertragung in die Garnitur bewirkt, die einen Druckabfall, der etwa 34 mbar (350 mmWS) über die Strecke der Länge eines Filterelements mit einem Umfang von etwa 24,3 mm und einem Gewicht zwischen etwa 535 und 580 g pro 1000 Stück nicht überschreitet, einen Härtewert des Filterelements zwischen 84 und 95 und einen Koeffizient der prozentualen Variation des Druckabfall-Wertes von nicht mehr als 7% erzeugt.

Ebenfalls gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Einführen eines Zigaretten-Filtermaterials in eine mit Geschwindigkeiten oberhalb von 200 m/min arbeitende Standardanlage zur Herstellung von Filter­ stäbchen, die eine Spannungswalze zur Aufrechterhaltung einer Spannung in dem Filtermaterial stromaufwärts des Eingangs in die Garnitur umfaßt, wobei der Betrag der Spannung zur Steuerung der Spannung in dem Einsatzmaterial einstellbar ist, dadurch charakterisiert, daß das Zigaretten-Filtermaterial ein Vliesband oder Faserband aus Polypropylen-Mischfasern ist und die Spannungswalze in Richtung auf den Zuführungsweg hin einseitig belastet ist, um eine V- oder U-förmige Umleitung um die Walze mittels einer Kraft zu bilden, die zwischen 50 und 200 g variiert, um die Schwankungen in der Masse pro Längeneinheit des Einsatzmaterials zu kompensieren, das einen Punkt stromaufwärts der Walze in einer vorgegebenen Zeit passiert, wobei die Resultierende dieser Kraft, die als Streckspannung auf das Einsatzmaterial einwirkt, eine gesteuerte Rate der Massen-Übertragung in die Garnitur bewirkt, die einen Druckabfall, der etwa 34 mbar (350 mmWS) über die Strecke der Länge eines Filterelements mit einem Umfang von etwa 24,3 mm und einem Gewicht zwischen etwa 535 und 580 g pro 1000 Stück nicht überschreitet, einen Härtewert des Filterelements zwischen 84 und 95 und einen Koeffizient der prozentualen Variation des Druckabfall-Wertes von nicht mehr als 7% erzeugt.

Vorzugsweise liegt der Koeffizient der prozentualen Variation des Druckabfall-Wertes nicht über etwa 4%.

Die Wirkung der Spannungswalze in dem Apparat und in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine gleichmäßige und annehmbare Menge des Einsatzmaterials festzulegen, die in die Garnitur eintritt, was offenbar Abweichungen von der Konstanz der auf das Ausgangsmaterial einwirkenden Spannung, die von der US-PS 39 60 345 (Rothmans) gefordert wird, erforderlich machen kann.

Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden weiterhin in den folgenden Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist ein teilweise schematischer Schnitt eines Systems zur Herstellung von Filterstäbchen mit einer Zuführungsvorrichtung 24, die ein Rückspannungsmittel in Form einer festen Spannungswalze 25 umfaßt, die hinreichend breit ist, um ein Band aus Vliesmaterial oder ein Faserband 10 zu tragen, und stromaufwärts der Garnitur 14 eines Apparates 1 zur Herstellung von Filterstäbchen befestigt ist.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Modifikation eines Systems zur Herstellung von Filterstäbchen, in dem Additive 43 A zur Einwirkung gebracht, getrocknet und zwischen einer Vielzahl von Vliesbändern oder einem Vliesband und einem Faserband sandwichartig eingelagert werden und das in ähnlicher Weise in bezug auf den Druckabfall und die Festigkeit gesteuert wird.

Fig. 3 stellt schematisch ein bevorzugtes Regelkreis- System zur automatischen Einstellung der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Vorrichtung zum Spannen dar, wodurch das manuell einstellbare Gegengewicht 34 A der Fig. 2 durch ein Solenoid 32 B oder eine ähnliche Vorrichtung ersetzt ist, das bzw. die mittels eines Mikroprozessors oder durch Schaltmittel 34 B aktiviert werden, die ihrerseits wiederum auf ein oder mehrere Fühler 31 B, 33 B und 36 B ansprechen, die sich konventioneller Meßeinrichtungen bedienen, um Schwankungen in der Rate des Massenübergangs, der Masse des Einsatzmaterials pro Längeneinheit, die einen gegebenen Ort innerhalb einer gegebenen Zeit passiert, zu bestimmen.

Fig. 1 veranschaulicht im einzelnen eine manuell gesteuerte Anlage, die demonstriert, daß erfindungsgemäß annehmbare Filterelemente aus einem Vliesband oder einem Faserband aus Polypropylen-Mischfasern durch manuelle Einstellung ohne automatische Steuerung der Zuführung produziert werden können. Gemäß Fig. 1 wird ein Band aus Vliesmaterial mit einer Breite von etwa 10 bis 30 cm (4′′ bis 12′′) oder ein Faserband 10 von einer (nicht eingezeichneten) Abwickelhaspel vermittels Speisewalzen 11 und Speise- und Register-Walzen 12 über eine Führungswalze 17 und um eine Spannungswalze 25 herum, die an einem Ende eines hin- und herbeweglichen, am Drehpunkt 27 in einem (nicht eingezeichneten) Trägerrahmen verankerten Hebelarms 26 drehbar befestigt ist, zugeführt, wobei der Arm in Richtung auf den Zuführungsweg mit einer Kraft von 25 bis 500 g beaufschlagt wird, wodurch mittels der Gewichtsverteilung des Armes eine V- oder U-förmige Umlenkung des Wegs um die Walze herum in abwärtiger spannender Richtung gebildet wird, und durch ein Gegengewicht 28 und ein einstellbares Gegengewicht 34, das mittels eines Gewindes auf einer Einstellspindel 35 am entgegengesetzten Ende des Hebelarms festgehalten ist, teilweise im Gleichgewicht gehalten wird. Ein Wert der gewünschten Spannung (die leicht in g meßbar ist), wird erhalten durch Einstellen des Gegengewichts von Zeit zu Zeit, um Schwankungen in der Charakteristik des Einsatzmaterials auszugleichen.

Das Band aus Vliesmaterial oder Faserband 10 wird dann über eine Führungswalze 17 in die Garnitur-Trompete 15 und Garnitur 14 des Apparats 1 zur Herstellung von Filterstäbchen eingeführt. Dort wird es in Kontakt gebracht mit der Kabelumhüllung 4, die getrennt von einer Umhüllungs-Speisewalze 5 über Trägerwalzen 19 zugeführt wird, und zusammen mit dieser auf ein Garnitur-Endlosband 3 aufgegeben. Das Garniturband und die Umhüllungs-Speisewalze 5 werden mittels eines Elektromotors oder einer ähnlichen Vorrichtung (nicht eingezeichnet) in Rotation versetzt, um das Band oder Faserband durch den Garnitur-Abschnitt 2 hindurchzutransportieren. Der konventionelle Apparat 1 zur Stäbchen- Herstellung enthält innerhalb des Garnitur-Abschnitts

• a) Mittel zum Ziehen, zur Formgebung und zum Aufnehmen des Bandes (oder Faserbandes), um einen Stopfen auszubilden,
• b) Mittel zum Umhüllen des Stopfens mit der Kabelumhüllung und zur Befestigung derselben an dem Stopfen und
• c) eine Schneidvorrichtung zum Zerschneiden der resultierenden Filterstäbchen in einzelne Filterelemente 16 passender Länge, die danach über ein Verpackungsband 18 einem Aufnahmebehälter 23 zugeführt werden.

Fig. 2 zeigt in Diagrammform eine Modifikation der Anlage und des Verfahrens, die in Fig. 1 dargestellt sind. In dieser Modifikation wird aus einem Sprühkopf 41 A mittels einer Verbindungsleitung 40 A von einer (nicht eingezeichneten) äußeren Quelle gleichmäßig ein Nebel oder Sprühstrahl einer Schmelze, Lösung, Emulsion oder Dispersion eines oder mehrerer modifizierender Mittel und Additive 43 A geeigneter Konzentration zwischen zwei Bändern aus textilem Vliesmaterial oder Faserbänder 10 A, 10 B zur Einwirkung gebracht, die von Speisewalzen 39 A und 42 A zugeführt werden. Die Bänder werden danach in Ausrichtung mit Hilfe beheizter Quetschwalzen 12 A getrocknet und über Führungswalzen 17 A geleitet, bevor sie die Garnitur 14 A des Apparats 1 A zur Stäbchen-Herstellung durchlaufen, um Filter- Elemente 16 A der gewünschten Länge und Charakteristik herzustellen. Die übrigen Komponenten sind durch arabische Zahlen identisch zu Fig. 1 definiert und unterscheiden sich nur durch das Suffix "A".

In dem bevorzugten, normalerweise erfindungsgemäß verwendeten Apparat, der in Fig. 3 dargestellt ist, ist das manuell einstellbare Gegengewicht 35 in Fig. 1 durch eine automatische, elektronisch betätigte Steueranordnung der Massenübertragungsgeschwindigkeit ersetzt, die als Solenoid 32 B dargestellt ist, dessen Welle am Ende des Hebels 28 B befestigt ist. Die Dichte und das Zug-Verhalten des Filters werden an einer geeigneten Stelle stromaufwärts der Garnitur 14 B durch eine Fühlereinrichtung bestimmt, die die Masse pro Längeneinheit des eingespeisten Faserbandes oder Vliesbandes ermittelt, das einen vorgegebenen Punkt in einer vorgegebenen Zeit passiert. Hierfür wird eine Kombination herkömmlicher optischer oder anderer Fühlereinrichtungen eingesetzt, darunter ein Mikrosensor 31 B und ein Längenzähler (Odometer) 33 B, deren Informationen in einen Mikroprozessor 30 B eingegeben werden, der die Ortseinstellung der Spannungswalze mit Hilfe eines einstellbaren Kontaktschalters oder einer Induktionsspule 36 B steuert. Die übrigen arabischen Zahlen bezeichnen Komponenten, die denjenigen in Fig. 1 und Fig. 2 ähneln.

Ein relativ hoher Bereich der Fadenfeinheit der Fasern kann für die Fertigung annehmbarer Filterelemente angewandt werden, da die herkömmliche begrenzende Beziehung zwischen Fasertiter, Dichte und Druckabfall gemäß der Erfindung durch eine erweiterte steuernde Einflußnahme auf die Vlies- oder Faserband-Ausgangskomponente modifiziert werden kann. Beispielsweise können ein Einzelfaden- Titer von 1,11 bis 44,4 dtex (Denier pro Filament (dpf) von 1 bis 40) und ein Masse-Kabel-Titer (Verbundgewicht von 9000 m eines Filament-Bündels) bis zu etwa 50 × 10³ oder höher eingesetzt werden.

Geeignete textile Fadenvliese können mittels herkömmlicher Methoden hergestellt werden, wobei Fasern mit Kreisquerschnitt oder "Y"-Querschnitt eingesetzt werden können, und können heißverklebte Textilvliese, Spinnvliese oder Nadelvliese umfassen, wobei das bevorzugte Verfahren ein leicht thermisches Verbinden ist. Die Einsatzmaterialien können beliebige Gewichte innerhalb eines Bereichs von 5 bis 50 g/m² haben, vorausgesetzt, daß sie eine ausreichende Zugfestigkeit besitzen, um einen Spannungswert auszuhalten, der etwa 500 g nicht übersteigt. Ein geeignetes Band {von 10 bis 30 cm (4′′ bis 12′′) Breite} oder Faserband kann aus Filamenten mit einem Titer von 1,11 bis 44,4 dtex (1 bis 40 dpf) oder im Fall des textilen Vlieses sogar noch mehr hergestellt werden.

Zu geeigneten modifizierenden Mitteln für Produkte, die gemäß Fig. 2 erhalten werden, zählen beispielsweise Lösungen, Emulsionen, Suspensionen oder Dispersionen eines oder mehrerer Feuchthaltemittel, die allgemein durch verschiedene mehrwertige Alkohole wie Glycerine, Glycole etc. beispielhaft verkörpert werden, Geschmacksstoffe und Parfüms wie Ketosen und Poly­ saccharide, darunter Wintergrün, Gartenminze, Pfefferminze, Zimt, Fruchtgeschmacksstoffe etc. sowie Arzneimittel wie Menthol und abschwellende Mittel.

Für die vorliegenden Zwecke wird sowohl das behandelte als auch das unbehandelte Band zweckmäßigerweise mit regulärem Stopfen-Umwickelpapier mit einem Gewicht von etwa 25 bis 90 g/m² oder gewünschtenfalls mehr umhüllt.

Wenngleich die Rückspann-Vorrichtung (d. h. eine Spannungswalze und ein Gegengewicht, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind) durch das Gewicht des Hebelarms relativ zu dem eingesetzten Band oder Faserband in abwärtiger (positiver) Richtung belastet wird, kann die gewünschte Spannung auch dadurch ausgeübt werden, daß der Hebel in der umgekehrten (aufwärtigen) Richtung belastet wird und ein entsprechend schwereres, dem Gegengewicht 35 vergleichbares Gegengewicht an dem entgegengesetzten Ende oder Spannungswalzenende des Hebelarms 26 angebracht wird.

Je nach dem Gehalt und der Form des gewünschten Filterstopfens wird das spannende Rad zweckmäßig so eingestellt, daß es unter einer Zugkraft von etwa 100 bis 200 g läuft {5 dtex (4,5 dpf), Faserlänge 3,8 cm (1,5′′), Breite 23 bis 30 cm (9′′ bis 12′′)}, während ein Endlos-Faserband von 5 dtex (4,5 dpf) eine Spannungskraft zwischen etwa 50 und 200 g erfordert, um vergleichbare Variationen der Stäbchendichte und des Widerstandes gegen Zug (RTD) zu erhalten. Der genaue Betrag hängt in jedem Falle von der eingesetzten Maschine und der Arbeitsgeschwindigkeit ab.

Zum Zwecke der exemplarischen Darstellung werden die Zusammenhänge zwischen den Spannungsbeträgen, die für ein Faserband oder Band erforderlich sind, um spezielle Filterdichten, Zug-Charakteristika und Gleichmäßigkeit zu erzielen, in den folgenden Beispielen und Tabellen aufgezeigt.

Beispiel 1

Faserbänder eines Standard-Polypropylen-Zulaufkabels {5 dtex (4,5 dpf)} mit einem von 58,5 bis 66,8 × 10³ schwankenden Masse-Titer, die Veränderungen der Spannungskraft von 40 g (Kontrolle) bis 200 g ausgesetzt worden waren, wurden in die Garnitur eines Apparats zur Herstellung von Filterstäbchen eingespeist, nämlich eines Geräts vom Standard-Typ, bezeichnet als Modell MK 5 der Herstellerfirma Molens PLC, London, England, das entsprechend der Darstellung in Fig. 1 modifiziert worden war, um einen erfindungsgemäßen Apparat bereitzustellen; die resultierenden Änderungen des Druckabfalls und der Festigkeit der Filterelemente wurden gemessen, und die Ergebnisse werden in Tabelle 1 mitgeteilt.

Beispiel 2

Faserbänder, die im wesentlichen mit den in Beispiel 1 beschriebenen identisch waren {5 dtex (4,5 dpf)}, mit einem von 59,8 bis 66,8 × 10³ schwankenden Masse-Titer, werden durch den Apparat zur Herstellung von Filterstäbchen des Beispiels 1 hindurchgeführt, der mit einer Rückspannvorrichtung (Regelkreis-Vorrichtung) des in Fig. 3 schematisch dargestellten Typs modifiziert worden war. Die Test-Ergebnisse werden in der nachstehenden Tabelle 2 mitgeteilt.

Beispiel 3

Stapelfasern aus isotaktischem Polypropylen {5 dtex (4,5 dpf), auf 3,8 cm (1,5′′) geschnitten} mit einem "Y"-Querschnitt und mit einer Fließgeschwindigkeit von 40 ± 5 g/10 min werden zu einer Bahn mit einem Gewicht von etwa 25 g/m² kardiert. Die Bahn wird auf ein Endlosband aus Glasfaser übertragen und mit Hilfe eines Heißkalanders mit Rautenmuster bei 140°C und einem Walzendruck von 2,76 bar (40 psi) leicht thermisch verklebt, wodurch ein Vliesmaterial erhalten wird, das zu Test-Bändern von 30 cm (12′′) Breite zerschnitten wird.

Bei Verwendung des Test-Bandes als Einsatzmaterial für den Apparat zur Herstellung von Filterstäbchen des Beispiels 1 wird gefunden, daß vergleichbare Änderungen des Druckabfalls und der Festigkeit innerhalb des Spannungsbereichs von 100 bis 200 g erhalten wurden.

Tabelle 1

Physikalische Eigenschaften der Filterstäbchen in Abhängigkeit von der Steuerung der Spannung des Zigaretten-Faserkabels

Tabelle 2

Regelkreis-System zur Steuerung der Spannung

Beispiel 4

Beispiel 3 wird wiederholt, jedoch wird ein Vliesband vorher mit einer 5-proz. Zinkacetat-Lösung besprüht, um niedrige Konzentrationen Cyanid-Gas selektiv zu entfernen. Das besprühte Band wird dann getrocknet und sandwichartig zwischen zwei unbehandelten Vliesbändern eingelagert. Es wurde gefunden, daß die Änderungen des Druckabfalls und der Festigkeit denjenigen vergleichbar waren, die in Beispiel 3 bei der Variation der Rückspannung innerhalb des Bereichs von 100 bis 200 g gefunden wurden.

Claims (6)

1. Apparat zum Einführen eines Zigaretten-Filtermaterials in eine mit Geschwindigkeiten oberhalb von 200 m/min arbeitende Standardanlage zur Herstellung von Filterstäbchen, die eine Spannungswalze zur Aufrechterhaltung einer Spannung in dem Filtermaterial stromaufwärts des Eingangs in die Garnitur und Mittel zum Schneiden der Filterstäbchen in Filterelemente umfaßt, wobei der Betrag der Spannung einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Zigaretten-Filtermaterial ein Vliesband oder Faserband aus Polypropylen-Mischfasern ist und die Spannungswalze in Richtung auf den Zuführungsweg hin einseitig belastet ist, um eine V- oder U-förmige Umleitung um die Walze mittels einer zweiteilenden Kraft zu bilden, die zwischen 50 und 200 g variiert, um die Schwankung in der Masse pro Längeneinheit des Einsatzmaterials zu kompensieren, das einen Punkt stromaufwärts der Walze in einer vorgegebenen Zeit passiert, wobei die Resultierende dieser Kraft, die als Streckspannung auf das Einsatzmaterial einwirkt, eine gesteuerte Rate der Massen-Übertragung in die Garnitur bewirkt, die einen Druckabfall, der etwa 34 mbar (350 mmWS) über die Strecke der Länge eines Filterelements mit einem Umfang von etwa 24,3 mm und einem Gewicht zwischen etwa 535 und 580 g pro 1000 Stück nicht überschreitet, einen Härtewert des Filterelements zwischen 84 und 95 und einen Koeffizient der prozentualen Variation des Druckabfall-Wertes von nicht mehr als 7% erzeugt.

2. Apparat zum Einführen eines Zigaretten-Filtermaterials in eine Anlage zur Herstellung von Filterstäbchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Koeffizient der prozentualen Schwankung des Druckabfalls nicht größer als etwa 4% ist.

3. Apparat zum Einführen eines Zigaretten-Filtermaterials in eine Anlage zur Herstellung von Filterstäbchen nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungswalze drehbar an einem Ende eines drehbar gelagerten Hebels mit Gegengewicht befestigt ist.

4. Apparat zum Einführen eines Zigaretten-Filtermaterials in eine Anlage zur Herstellung von Filterstäbchen nach Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiteilende Kraft mittels einer elektronischen Steuerapparatur der Massenübertragungsgeschwindigkeit verändert wird, die die Masse pro Längeneinheit des eingespeisten Faserbandes oder Vliesbandes ermittelt, das einen vorgegebenen Punkt stromaufwärts der Spannungswalze in einer vorgegebenen Zeit passiert und dementsprechend das Gegengewicht einstellt.

5. Verfahren zum Einführen eines Zigaretten-Filtermaterials in eine mit Geschwindigkeiten oberhalb von 200 m/min arbeitende Standardanlage zur Herstellung von Filterstäbchen, das die Schritte des Aufrechterhaltens einer Spannung in dem Filtermaterial stromaufwärts des Eingangs in die Garnitur und des Schneidens der Filterstäbchen in Filterelemente umfaßt, wobei der Betrag der Spannung einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Zigaretten-Filtermaterial ein Vliesband oder Faserband aus Polypropylen-Mischfasern ist und der Vorschubweg von seinem direkten Weg umgelenkt wird, wodurch eine V- oder U-förmige Umleitung um die Walze mittels einer durch eine Walze ausgeübten zweiteilenden Kraft gebildet wird, die zwischen 50 und 200 g variiert, um die Schwankungen in der Masse pro Längeneinheit des Einsatzmaterials zu kompensieren, das einen Punkt stromaufwärts der Walze in einer vorgegebenen Zeit passiert, wobei die Resultierende dieser Kraft, die als Streckspannung auf das Einsatzmaterial einwirkt, eine gesteuerte Rate der Massen-Übertragung in die Garnitur bewirkt, die einen Druckabfall, der etwa 34 mbar (350 mmWS) über die Strecke der Länge eines Filterelements mit einem Umfang von etwa 24,3 mm und einem Gewicht zwischen etwa 535 und 580 g pro 1000 Stück nicht überschreitet, einen Härtewert des Filterelements zwischen 84 und 95 und einen Koeffizient der prozentualen Variation des Druckabfall-Wertes von nicht mehr als 7% erzeugt.

6. Verfahren zum Einführen eines Zigaretten-Filtermaterials in eine Anlage zur Herstellung von Filterstäbchen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Koeffizient der prozentualen Schwankung des Druckabfalls nicht größer als etwa 4% ist.