Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen des
Durchmessers eines Filters für stabförmige Artikel der tabakverarbeitenden
Industrie, beispielsweise für Zigaretten.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik
bekannt. So zeigen beispielsweise die DE 3414247 der Anmelderin, die der
US 4,543,816 entspricht, und die DE 3806320 der Anmelderin derartige
Verfahren und Vorrichtungen. Die dort gezeigten Verfahren und
Vorrichtungen messen den Filterdurchmesser während der Herstellung des
Filters und regeln dann aufgrund des gemessenen Filterdurchmessers die
Filterherstellung derart, dass ein konstanter Filterdurchmesser am Ausgang
einer Filterherstellungsmaschine, auch Filtermaker genannt, zur Verfügung
gestellt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten Verfahren und
Vorrichtungen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der
unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass der
Filterdurchmesser am Punkt der Weiterverarbeitung, d.h. üblicherweise am
Filteransetzer, sehr genau einem gewünschten Solldurchmesser
entsprechend eingestellt werden kann. Dies ist wichtig, da bei
Zigarettenfiltern der Durchmesser (oder abgeleitet der Umfang) von großer
Bedeutung für den Zugwiderstand und die Kondensatretention beim Ziehen
an der Zigarette und auch für den Prozess des Ansetzens des Filters an den
Tabakstock ist.
Beim Filteransetzprozess am Filteransetzer können schon Abweichungen
von wenigen 1/100 mm vom Solldurchmesser zu einer zusätzlichen,
unerwünschten Ventilation im Bereich der Verklebung führen.
Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, dass eine genaue Einhaltung des
Filterdurchmessers bei der Herstellung jedoch unter anderem deshalb
schwierig ist, weil der Filterdurchmesser abhängig von der Feuchtigkeit des
für die Herstellung des Filters verwendeten Materials, z.B. eines Zellulose-Acetat-Tows,
ist.
Das hat bestimmte Konsequenzen. Denn nahezu immer stimmen die
Feuchte des Tows, d.h. die Ist-Towfeuchte (Fist) und die Gleichgewichtsfeuchte,
d.h. die Feuchte des Tows, die sich entsprechend der Feuchtigkeit
der Umgebungsluft einstellen würde, nicht überein. Die eingangs genannten
Filterherstellungsmaschinen produzieren jedoch an ihrem Ausgang Filter mit
einem Durchmesser, der der Ist-Towfeuchte (Fist) entspricht.
Wird nun der Durchmesser der Filter zu Kontrollzwecken z.B. in einem
außerhalb der Produktionslinie betriebenen Messturm vermessen, so sind
die Filter vor und/oder während der Messung eine gewisse Zeit dem
Raumklima des Messturms ausgesetzt, welches zumeist nicht dem
Raumklima der Filterherstellung entspricht und ändern somit ihre
Feuchtigkeit.
Die Feuchtigkeitsänderung ist auch von der verstrichenen Zeit zwischen
Herstellung und Messung abhängig, läuft jedoch wegen der meistens
hochporösen Papierhülle der Filter relativ schnell ab. Dadurch ändert sich
der Durchmesser der Filter, so dass das Kontrollgerät am Messturm einen
anderen Durchmesser feststellt als die Durchmesser-Messeinrichtung an der
Filterherstellungsmaschine. Daraufhin eingeleitete Korrekturmaßnahmen am
Ausgang der Filterherstellungsmaschine sind dann unberechtigt.
Auf dem Wege von der Filterherstellungsmaschine zur Filteransetzmaschine
sind die Filter ebenfalls eine längere Zeit dem Raumklima ausgesetzt und
werden die entsprechende Gleichgewichtsfeuchte annehmen und somit auch
ihren Durchmesser ändern.
Schließlich wird sich bei unterschiedlichen Towfeuchten der als Vorrat
dienenden Tow-Ballen bei einer Regelung des Filterdurchmessers auf einen
konstanten Wert am Ausgang des Filtermakers wiederum ein anderer
Durchmesser am Filteransetzer einstellen, wenn der Filter dort seine auch
von der ursprünglichen Towfeuchte beeinflusste Gleichgewichtsfeuchte
annimmt.
Zur Lösung dieser Probleme wird daher die zu erwartende Veränderung
bevorzugt auf der Basis eines Vergleichs zwischen der Feuchtigkeit des
Filtermaterials mit der relativen Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft eines
zukünftigen Aufenthaltsbereichs des Filters, bspw. am Filteransetzer,
ermittelt.
Zur Ermittlung der zu erwartenden Veränderung wird bspw. die Formel Dsoll =
Dist + a (Fsoll - Fist) verwendet, wobei Dsoll der Solldurchmesser des Filters,
Dist der Istdurchmesser des Filters, Fsoll die Sollfeuchte des Filtermaterials,
d.h. die relative Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft des zukünftigen
Aufenthaltsbereichs des Filters, a eine materialabhängige Größe (z.B. für
Zellulose-Acetat-Tow der Spezifikation 3.0 Y 35 beträgt die Größe 0,0017)
und Fist die Istfeuchte des Filtermaterials ist. Hierzu kann die relative
Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft des zukünftigen Aufenthaltsbereichs bei
der Ermittlung der zu erwartenden Veränderung als bekannt vorausgesetzt
oder gemessen werden.
Die Feuchtigkeit des Filtermaterials, die Istfeuchte, kann ihrerseits in einem
Bereich der Messung des Filterdurchmessers und/oder im Bereich des
Vorrates und/oder in einem Bereich vor der Herstellung des Filters an dem
zur Herstellung des Filters verwendeten Filtermaterial gemessen werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein
Solldurchmesser des Filters festgelegt und die Einstellung des
Durchmessers unter Berücksichtigung der zu erwartenden Veränderung
derart vorgenommen, dass trotz der zu erwartenden Veränderung der
Solldurchmesser erreicht wird. Bevorzugt wird der Solldurchmesser in dem
zukünftigen Aufenthaltsbereich erreicht oder zu einem vorgegebenen
Weiterverarbeitungszeitpunkt des Filters erreicht.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung;
- Fig. 2
- eine vergrößerte Darstellung der verwendeten Messanordnung; und
- Fig. 3
- einen Graph, der die Sorptionsisotherme von üblichem Filtertow zeigt.
In Fig. 1 ist als Beispiel einer Vorrichtung gemäss der Erfindung eine
Maschine zum Herstellen eines Filterstrangs, insbesondere für die
Herstellung von Filtern für Zigaretten und dergleichen rauchbaren Artikeln, in
einer schematischen Seitenansicht dargestellt. Diese Vorrichtung, auch
Filtermaker genannt, besteht aus zwei Hauptbaugruppen, einem
Aufbereitungsgerät 1 für in einem endlosen Filtermaterialstreifen zugeführtes
Filtertow 4 und einem Bearbeitungsgerät 2 zur Herstellung von umhüllten
Filterstäben.
Das Aufbereitungsgerät 1 weist ein Walzenpaar 3 zum fortlaufenden
Abziehen eines endlosen Filtermaterialstreifens 4 von einem Ballen 6 auf.
Nach der Entnahme vom Ballen 6 passiert der Filtertowstreifen auf seinem
Weg zum Walzenpaar 3, auf dem er über eine Umlenkrolle 5 geführt ist, zwei
Luftdüsen 7 und 8, die zur Ausbreitung und Auflockerung des Gewebes des
Filtermaterialstreifens dienen. Dem Walzenpaar 3 folgen zwei weitere
Walzenpaare 9 und 11, zwischen denen sich eine Auftragseinrichtung 12
zum Aufbringen von Weichmacher auf den zwischen den Walzenpaaren 9
und 11 ausgebreitet geführten Filtermaterialstreifen 4 befindet. Von den
einzelnen Walzen der Walzenpaare 9 und ist vorteilhafterweise jeweils eine
Walze an ihrem Umfang mit Nuten versehen, während die Gegenwalze eine
glatte Oberfläche aus elastischem Material hat. Alle Walzenpaare 3, 9 und
11 sind von einem Hauptantriebsmotor 13 über Riementriebe 13a bis c
antreibbar. Anstelle eines Hauptantriebsmotors 13 können auch einer oder
mehrere separate Antriebe für die Walzenpaare vorgesehen sein.
Die Drehzahl des Walzenpaares 3 ist kleiner als diejenige des Walzenpaares
9, so dass die Walzenpaare 3 und 9 eine Reckeinrichtung bilden. Die
Drehzahl des Walzenpaares 3 ist über ein Getriebe 14 veränderbar, dessen
Übersetzung durch einen steuerbaren Verstellmotor 16 geändert werden
kann. Das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen den Walzenpaaren 3 und 9
gibt den Grad der Reckung des Filtermaterialstreifens 4 vor. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel sind die Bremswalzen 3 angetrieben. Sie können auch
als Schleppwalzen ausgebildet sein, die aufgrund von
Reibungsverhältnissen als Bremswalzen wirken.
In der Auftragseinrichtung 12 wird auf den ausgebreiteten und gereckten
Filtermaterialstreifen 4 in einer vorgegebenen Dosierung eine
Weichmacherflüssigkeit aufgebracht.
Der aufbereitete, mit Weichmacher besprühte Filtermaterialstreifen 4 gelangt
über das Walzenpaar 11 von dem Aufbereitungsgerät 1 in einen
Einlauftrichter 17 des Bearbeitungsgerätes 2, in welchem er
zusammengefasst und auf einen von einer Bobine 18 abgezogenen und
mittels einer Beleimvorrichtung 19 mit Leim versehenen Umhüllungsstreifen
21 aufgelegt wird. Der Umhüllungsstreifen 21 und der zusammengefasste
Filtermaterialstreifen 4 gelangen auf ein Formatband 22, das beide
Komponenten durch ein Format 23 führt, das den Umhüllungsstreifen 21 um
den Filtermaterialstrang herumlegt und dabei einen endlosen Filterstrang 24
bildet. Dieser durchläuft eine Nahtplätte 26, in welcher die Klebnaht
abgetrocknet wird. Anschließend werden von dem Filterstrang 24 mittels
eines Messerapparates 27 fortlaufend Filterstäbe 28 abgeschnitten, die von
einem Beschleuniger 29 in eine Ablegertrommel 31 überführt werden, in der
sie in queraxialer Förderrichtung gefördert werden. Von der Ablegertrommel
31 gelangen die Filterstäbe zu einem Ablegerband 32, von dem aus sie einer
Weiterverarbeitung oder einer Zwischenlagerung zugeführt werden.
Die Weichmacherzufuhr zu der Auftragseinrichtung 12 erfolgt mittels einer
Dosierpumpe 33 über eine Zuführleitung 34 aus einem Weichmachervorrat
36.
Gemäss der Erfindung sind eine erste und eine zweite Messeinrichtung 37
bzw. 38 vorgesehen. Die erste Messeinrichtung 37 ist eine pneumatische
Messeinrichtung für den Durchmesser des Filterstranges 24, wie in Fig. 2
näher dargestellt. Die erste Messeinrichtung 37 ist über eine
Auswerteeinrichtung 42 mit einem Servomotor 54 der Nahtplätte 26
verbunden. Die Bestimmung des Durchmessers geschieht bspw. auf die in
der bereits eingangs erwähnten DE 3414247 A1 der Anmelderin
beschriebene Art und Weise. Die Offenbarung dieser Druckschrift wird
hiermit vollinhaltlich zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht.
Fig. 2 zeigt hierzu schematisch, wie mit Hilfe einer Messdüse 37, die über
einen Durchflussmesser 52 und ein Stellventil 53 mit Druckluft konstanten
Drucks von einem Druckluftanschluss 55 versorgt wird, der Durchmesser
bestimmt wird. Ebenfalls mit dem Stellventil 53 verbunden ist eine
Überdrucksicherung 51. Das entsprechende Signal wird von dem
Durchflussmesser 52 an die Auswerteanordnung 42 weitergegeben.
Mit 33 ist ein Messkopf 38 bezeichnet, der auf Basis von Mikrowellen die
Feuchtigkeit des Tows bestimmt. Dies geschieht bspw. auf die in der EP 0
791 823 A2 der Anmelderin beschriebene Art und Weise. Die Offenbarung
dieser Druckschrift, die der US 6,163,158 der Anmelderin entspricht, wird
hiermit vollinhaltlich zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht.
In einer Auswertanordnung 42 wird aufgrund des in Fig. 3 wiedergegebenen
und der eingangs genannten Formel entsprechenden Zusammenhanges
zwischen Tow-Istfeuchte und relativer Luftfeuchtigkeit der Durchmesser
bezogen auf eine vorgegebene relative Luftfeuchtigkeit, d.h. eine Tow-Sollfeuchte,
berechnet und in einer mit der Auswerteanordnung verbundenen
Anzeige 56 angezeigt. In einer ersten Variante kann die
Durchmesserregelung aufgrund eines aktuell gemessenen Zielwertes der
Tow-Sollfeuchte betrieben werden. In einer zweiten Variante kann ein
Zielwert für die Tow-Sollfeuchte vor- und/oder eingegeben werden, der
bspw. einer zuvor gemessenen Feuchte am Eingang eines nicht
dargestellten Filteransetzers entspricht. Aus dem Istwert der Towfeuchte am
Filtermaker und dem Zielwert der Towfeuchte am Filteransetzer ermittelt die
Auswertanordnung 42 den am Filtermaker einzustellenden Durchmesser für
die Durchmesserregelung.
Über eine Leitung 66 mit der Anzeige 56 verbunden und in Fig. 2 genauer
dargestellt ist ferner eine off-line betriebene Prüfstation 60 zum Prüfen der
Filterstäbe 28. Sie besteht aus einem Magazin 61 für zu prüfende Filterstäbe
28, einer Durchmessermessanordnung 62, einer Feuchtemesseinrichtung
auf Basis von Mikrowellen 63, einer Auswertanordnung 64 und einer Anzeige
65.
Auch die Station 60 bestimmt den Istdurchmesser und den auf Sollfeuchte
korrigierten Durchmesser.
Es ist sinnvoll, die Anzeigeanordnung 56 der Filterherstellungsmaschine 2 in
der die Proben entnommen wurden über die Datenleitung 66 mit der off-line
betriebenen Prüfstation 60 zu verbinden, um einen direkten Vergleich der
gemessenen und der korrigierten Werte der Filterdurchmesser zu
ermöglichen.
In Fig. 1 ist gestrichelt eine Variante eingezeichnet, bei der der Messkopf 38'
zur Bestimmung der Towfeuchte dort angebracht ist, wo das Tow 4 vom
Ballen 6 abgezogen wird, um die Towfeuchte noch vor Herstellung der
Filterstäbe 28 zu bestimmen.