EP1480532A1 - Vorrichtung zur gleichzeitigen, kontinuierlichen messung und regelung der acetat- und triacetinmenge in filterstäben in der zigarettenindustrie - Google Patents

Vorrichtung zur gleichzeitigen, kontinuierlichen messung und regelung der acetat- und triacetinmenge in filterstäben in der zigarettenindustrie

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EP1480532A1
EP1480532A1 EP03706558A EP03706558A EP1480532A1 EP 1480532 A1 EP1480532 A1 EP 1480532A1 EP 03706558 A EP03706558 A EP 03706558A EP 03706558 A EP03706558 A EP 03706558A EP 1480532 A1 EP1480532 A1 EP 1480532A1
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EP
European Patent Office
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filter
sensor
mass
sensors
detecting
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EP03706558A
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EP1480532B1 (de
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Eberhard Teufel
Wolfgang Sexauer
Manfred Gerlitzki
Rainer Herrmann
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Cerdia Produktions GmbH
Original Assignee
Rhodia Acetow GmbH
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    • A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
    • A24D3/02—Manufacture of tobacco smoke filters
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    • A24D3/02—Manufacture of tobacco smoke filters
    • A24D3/0204—Preliminary operations before the filter rod forming process, e.g. crimping, blooming
    • A24D3/0212—Applying additives to filter materials
    • A24D3/022—Applying additives to filter materials with liquid additives, e.g. application of plasticisers

Definitions

  • the amount of acetate introduced is determined by positioning the filter tow bale on a balance and continuously recording the consumption of material during the manufacturing process. When the number of cuts (filter rod sections) per unit of time is determined at the same time, a combination of these two measured variables can be used to infer the amount of acetate used per filter rod. If the final weight of the filter rods is also determined by external weighing, the difference between the material used and the actual filter rod mass results in the amount of triacetin applied.
  • This method also has the disadvantage that it can only be described to a limited extent as an on-line method, since it requires an additional off-line weight determination of the finished filter rods.
  • the device according to the invention for the production of cigarette filters with simultaneous regulation of the filter material and plasticizer mass, comprising a processing part AF for processing the supplied filter tow, a format device F for forming a covered filter strand and a metering device integrated in the processing part for metering in plasticizer characterized in that sensors for detecting the mass flow of filter tow material Mi and sensors for detecting the sum of the mass flow of filter tow material and plasticizer mass M2 are present in the device, the device containing a measuring and control device which is compatible with the Sensors for measuring the mass flows Mi and M2 is coupled such that both the filter material and the plasticizer mass can be measured and controlled independently of one another.
  • This "fork resonator” is a resonator excited in the basic mode Eoio, which has been cut open in the direction of the wall currents, so that a measuring zone with an extremely homogeneous measuring field results.
  • a planar sensor with a standing wave above a planar surface whose stray field decreases exponentially from the sensor surface into the room up to a maximum extension of 10 cm, is also suitable for a lateral one-sided measurement of the acetate strand before the plasticizer is applied.
  • Such a sensor is described in EP 0 908 718.
  • the mass flow Mi can also be determined by means of a bale scale according to DE 31 49 670 AI, the restrictions mentioned above relating to the moisture balance applying.
  • the output signals of all sensors are either fed to a control device and / or a display device. If a control device is present, the process carried out with the device according to the invention can be controlled automatically, which proves to be particularly advantageous under production conditions. As an alternative to this, it is also possible for an operator to detect the signals displayed on the display device himself and to carry out the corresponding control. If both of the devices mentioned are present, the automatic control can be checked via the display device.
  • the stretching rollers 2 and the deflection roller 5 are driven rollers which are operated at a fixed speed ratio to one another.

Landscapes

  • Cigarettes, Filters, And Manufacturing Of Filters (AREA)
  • Manufacturing Of Cigar And Cigarette Tobacco (AREA)

Description

VORRICHTUNG ZUR GLEICHZEITIGEN, KONTINUIERLICHEN MESSUNG UND REGELUNG DER ACETAT- UND TRIACETINMENGE IN FILTERSTÄBEN IN DER ZIGARETTENINDUSTRIE
Die Erfindung betrifft ein Vorrichtung zur gleichzeitigen, kontinuierlichen Messung und Regelung der Acetat- und Triacetinmenge bei der Herstellung von Filterstäben, insbesondere für die Anwendung in der Zigarettenindustrie.
Zigarettenfilter sind ein wesentlicher, qualitätsrelevanter Bestandteil von Zigaretten, weshalb man große Anstrengungen unternimmt, das Verfahren zur Herstellung der Filterstäbe qualitätsoptimiert zu gestalten. Dabei ist zu achten auf eine möglichst zielgerichtete Regelung des Verfahrens, die selbstverständlich abhängig ist von einer möglichst präzisen und schnellen Charakterisierung der Qualität der Produkte. Im optimalen Fall erfolgt dies nach einem Online - Verfahren.
Zur Charakterisierung von Filterstäben in der Zigarettenindustrie werden Parameter, wie Durchmesser, Acetatgewicht und Triacetingehalt und Zugwiderstand bestimmt. Zur Bestimmung von Acetatgewicht, Zugwiderstand und Triacetingehalt werden üblicherweise off - line Methoden benutzt. Die Bestimmung des Acetatgewichtes erfolgt dabei gravimetrisch, indem man das Bruttogewicht der Stäbe bestimmt und davon die Masse an Umhüllungspapier, Leim und Triacetin in Abzug bringt. Papier und Leimmengen werden ebenfalls gravimetrisch bestimmt, wobei es sich hierbei weitestgehend um verfahrensunabhängige Parameter handelt. Zur Bestimmung des Triacetingehaltes kommen unterschiedliche Methoden zur Anwendung. Zum einen wird das Gewicht einer definierten Anzahl von Filterstäben mit und ohne Triacetin bestimmt. Die Differenz aus beiden Messungen ergibt dann den Triacetingehalt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es nur selten angewandt werden kann, oder bei häufiger Anwendung zu, zu hohen Abfallmengen führt. Es gibt darüber hinaus auch Verfahren zur Triacetinbe- stimmung an fertigen Filterstäben. Hier sind beispielhaft zu nennen die Extraktion des Triacetins mit einem geeigneten Lösungsmittel und Bestimmung des Triacetingehaltes durch eine Labormethode, wie zum Beispiel die Gaschromatographie. Ein weiters Verfahren, welches zu nennen wäre, ist die Bestimmung des Weichmachergehaltes durch Messung der Reflexion von Infrarotstrahlen im nahen Infrarotbereich (siehe z. B. : CANON A.B. ;HUGHES I.W. : On-line measurement of triacetin in cigarette filter rods using near infrared reflectance spectroscopy;
Tob. Chem. Res. Conf., 1987.). Dieses Verfahren hat den erheblichen Nachteil, daß es eine Oberflächenmeßmethode ist und der Infrarotstrahl nur wenige Wellenlängen tief in das Meßgut eintritt. Somit ist das Meßergebniss stark abhängig vom Migrationsverhalten des Weichmachers, aber auch von der Faser feinheit und der Packungs- dichte des verwendeten Filtermaterials.
Alle diese Verfahren haben den Nachteil, daß sie, da sie off - line geführt werden, nur Momentaufnahmen der aktuellen Produktion wiedergeben.
Aus diesem Grund kommen seit einiger Zeit auch on - line Bestimmungsverfahren des
Acetatgewichtes zum Einsatz, die ebenfalls zur Verfahrensregelung genutzt werden können. So beschreibt beispielsweise die DE 28 15 025 die Messung der Dichte und damit der Masse des fertigen Filterstrangs mittels eines Beta - Strahlers. Dieses Verfahren erlaubt es also, die Masse des fertigen Filterstabes zu ermitteln, wobei sich die Masse in diesem Fall additiv zusammensetzt aus der Acetatmasse und der aufgebrachten Triacetinmenge. Die Bestimmung des Triacetingehaltes erfolgt bei diesem Verfahren entsprechend der oben bereits beschriebenen off - line Verfahren. Die Methode eignet sich mit Einschränkungen auch schon zur Regelung der Gesamtmasse der Filterstäbe, allerdings mit der Einschränkung, daß die Dichtebestimmung mittels Beta - Strahler Feuchteschwankungen des Meßgutes nicht erfassen kann.
Eine weitere, quasi, on - line Bestimmung wird in der DE 31 49 670 AI beschreiben. Hierbei wird die eingebrachte Acetatmenge dadurch bestimmt, daß man den Filter Tow Ballen auf einer Waage positioniert und während des Herstellungsvorganges kontinuierlich den Verbrauch an Material erfaßt. Bei gleichzeitiger Bestimmung der Anzahl der Schnitte (Filterstabschnitte) pro Zeiteinheit läßt sich durch Kombination dieser beiden Meßgrößen auf die verbrauchte Acetatmenge pro Filterstab schließen. Wird zusätzlich das Endgewicht der Filterstäbe durch eine externe Wägung bestimmt, ergibt sich aus der Differenz zwischen verbrauchtem Material und tatsächlicher Filterstabmasse die aufgebrachte Triacetin-Menge. Auch dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es nur bedingt als on - line Verfahren bezeichnet werden kann, da es einer zu- sätzlichen off - line Gewichtsbestimmung der fertigen Filterstäbe bedarf. Die Frequenz der nach dieser Methode erhältlichen Triacetinwerte ist bestimmt durch die Frequenz der extern ermittelten Brutogewichtsbestimmungen. Da hierfür wiederum Filterstäbe dem Produktstrom entnommen werden müssen, ist diese Bestimmung ebenfalls mit einer nicht vernachlässigbaren Abfallmenge verbunden. Die Waage hat zu- dem den Nachteil, daß Störungen, die durch gewisse Tow-Defekte auftreten, nicht detektiert werden können. Einer dieser Störfaktoren wäre z.B. der Ausfall einer Spinndüse beim Herstellungsprozess des Filter Tows mit der Auswirkung, daß kurzzeitig 2 bis 5 % des nominalen Gesamttiters fehlen. Dieses führt im Endeffekt dazu, daß bei gleicher Verbrauchsmenge, gemessen durch die Gewichtsabnahme des Bal- lens, die Filterstäbe etwa 2,5 % leichter werden. Dies würde im Ergebnis einen zu geringen Triacetin - Gehalt vortäuschen. Außerdem lassen sich mit Hilfe dieses Verfahrens Kurzzeitschwankungen sowohl der Acetatmenge als auch der Triacetinmenge nicht ermitteln.
Ein weiter Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß bei der Ermittlung der Acetatmenge die Feuchtigkeit des Acetats nicht berücksichtigt wird. Die Gleichgewichtsfeuchte von Celluloseacetat unter Normalbedingungen beträgt etwa 5,5 Gew.- % . Unter üblicher Produktionspraxis kann die Ausgangsfeuchte eines Filter Tows bedingt durch veränderte Verfahrensparameter bei der Filter Tow Herstellung zwischen etwa 3,5 und 7 Gew.-% variieren. Diese Variation führt zu einer relativen Ungenau- igkeit bei den angesprochenen Gewichtsbestimmungen für die Triacetin - und Acetatmenge. Der Vollständigkeit halber sei hier noch erwähnt, daß außerdem die Endfeuchte, und damit das Bruttogewicht der fertigen Filterstäbe, signifikant beeinflußt werden kann durch wechselnde Verfahrensparameter bei der Filterstabherstellung. Beispielhaft zu erwähnen sind hier Parameter wie das Raumklima, die Verarbeitungsgeschwindigkeit und die Temperatur und Luftfeuchte der Luft an den Ausbreiterdüsen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend besprochenen Nachteile des Standes der Technik zu beheben und eine Vorrichtung für die gleichzeitige, kontinuierlichen Messung der Acetat und Triacetinmasse und der Regelung des Herstellungsprozesses zu beschreiben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Zigarettenfiltern unter gleichzeitiger Regelung der Filtermaterial- und Weichmachermasse, aufweisend ein Aufbe- reitungsteil AF zum Aufbereiten des zugeführten Filter Tows, eine Formateinrichtung F zum Ausbilden eines umhüllten Filterstrangs und eine in das Aufbereitungsteil integrierte Dosiereinrichtung zum Zudosieren von Weichmacher, ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorrichtung Sensoren zum Erfassen des Massenstromes an Filter Tow Material Mi, sowie Sensoren zum Erfassen der Summe des Massenstromes aus Filter Tow Material und Weichmachermasse M2, vorhanden sind, wobei die Vorrichtung eine Meß- und Regeleinrichtung enthält, die mit den Sensoren zur Messung der Massenströme Mi und M2 derart gekoppelt ist, daß sowohl die Filtermaterial- als auch die Weichmachermasse unabhängig voneinander gemessen und geregelt werden können.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung befinden sich, in Laufrichtung des Filterstranges gesehen, vor und nach der Dosiereinrichtung für den Weichmacher Sensoren Smi; Sm2 zum Erfassen der längenbezogenen Masse im, πu des fortlaufenden Filterstranges und Sensoren Svi; Sv2 zum Erfassen der aktuellen Geschwindigkeiten vi und V2 des fortlaufenden Filterstranges, wobei sich der jeweilige Massenfluss aus den Produkten aus rm x vi = Mi und πu x V2 = M2 ergibt.
Die eingesetzten Sensoren Smi, Sm2, Sviund und. Sv2 können prinzipiell an verschiedenen Stellen der Gesamtvorrichtung angeordnet werden, wobei für die Erfindung we- sentlich ist, daß sich, jeweils in Laufgeschwindigkeit des Filterstranges gesehen, die mit " 1 " indizierten Sensoren vor der Dosiereinrichtung befinden und die mit "2" indizierten Sensoren nach derselben. Der erste Massensensor Smi und Geschwindig- keitsensor Svi kann sich somit an einer beliebigen Stelle zwischen Ballenablauf und
Dosiereinrichtung befinden.
In einer vorteilhaften Ausführung sind der Sensor Svi zum Erfassen der Geschwindig- keit vi und der Sensor Smi zum Erfassen der längenbezogenen Masse mi unmittelbar benachbart angeordnet.
Unter "unmittelbar benachbart" ist zu verstehen, daß sie sich in Richtung des Verlaufs des Filterstranges unmittelbar hintereinander befinden, ohne daß sich zwischen ihnen ein weiteres Element der Vorrichtung befindet. Falls die Sensoren berührungslos arbeiten, ist es ggf. auch möglich, an der gleichen Stelle zu messen. So wird- gewährleistet, daß Geschwindigkeit und längenbezogene Masse an einen Punkt des Filterstrangs erfaßt, an dem identische Gesamtbedingungen bezüglich des Verstreckungszustandes des Filter Tows herrschen.
Aus Gründen der Meßempfindlichkeit, insbesondere betreffenden den Sensor Smi , hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der Massenfluß Mi vor Eintritt des Filter Tows in das Aufbereitungsteil AF bestimmt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der Sensor Sm2, in Laufrichtung des Filterstranges gesehen, unmittelbar vor der Schneideinrichtung angeordnet, und als Sensor Sv2 wird die Meßeinrichtung für die Formatbandgeschwindigkeit eingesetzt.
Die Geschwindigkeiten vi und V2 werden vorzugsweise über optische Sensoren erfaßt. Derartige optische Sensoren haben den Vorteil, daß die Messung der Relativgeschwindigkeit zwischen zwei Objekten berührungslos erfolgen kann. Somit findet durch die Messung kein mechanischer Eingriff in den Lauf des Filterstrangs statt. Bei solchen optischen Sensoren wird üblicherweise die Oberflächenstrukturen des Filterstranges auf einem Gitter abgebildet, wo sie eine Lichtmodulation erzeugen. Mit Hilfe eines photoelektrischen Bauelements wird diese Lichtmodulation in eine der Relativgeschwindigkeit proportionalen Frequenz umgewandelt. Andere Möglichkeiten zu be- rührungslosen Messung der Geschwindigkeit eines fortlaufenden Materialstranges sind einsetzbar, bleiben hier aber unerwähnt.
Als „Massensensoren" können prinzipiell jegliche Sensoren eingesetzt werden, mit dem es möglich ist, direkt oder indirekt die längenbezogene Masse eines fortlaufenden Materialstranges zu erfassen.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn neben der längenbezogenen Masse, gleichzeitig und unabhängig von der Massenbestimmung, auch noch der Feuchtegehalt des Meß- gutes bestimmt werden kann, da dadurch erst eine vollständige Massenbilanz beim Verarbeitungsprozess (Feuchte, Acetat - Triacetinmasse) ermittelt werden kann.
Vorzugsweise werden die längenbezogenen Massen mi und rr deshalb mit Hilfe von Mikrowellenresonatoren als Massensensoren bestimmt.
In der EP 0 468 023 Bl wird dargelegt, wie durch Messung zweier physikalischer Effekte die längenbezogene Masse und die Feuchte eines Produktes, das sich im Mikrowellenfeld eines Mikrowellenresonators befindet, unabhängig voneinander bestimmt werden können. Mikrowellenresonatoren bilden bei der Resonanzfrequenz eine stehende Welle, durch die, mit Hilfe spezieller Öffnungen und mit dielektrischem Material ausgekleideter Produktführungen, das zu vermessende Acetat- bzw. Filtermaterial bewegt wird. Durch die spezielle Wechselwirkung zwischen der stehenden Mikrowelle und dem Produkt werden die Resonanzeigenschaften der Mikrowellenresonatoren verändert. Ein großer Vorteil dieser Resonatoren ist, daß man durch geo- metrische Ausgestaltung sich an unterschiedlichste Applikationen anpassen kann und so einen großen Meßeffekt und eine große Eindringtiefe ins Produkt erreicht. Außerdem hat im Gegensatz zu Meßtechniken, die das Resonanzprinzip nicht verwenden (wie die Durchstrahlungs- oder Streu-Meßtechniken), die Messung der Verluste von Mikrowellenenergie infolge der Absorption ins Produkt die Qualität einer exakten Meßgröße, was bei Durchstrahlungsmessungen infolge der nicht erfassbaren Streuverluste nicht gegeben ist. Eine ganze Reihe von Ausführungsbeispielen für derartige Resonatoren sind in der genannten Patentschrift aufgeführt: Für flächenhafte Material- formen, wie sie der Filter Tow Strang im ganzen Bereich der Aufbereitungsteils (AF) vor der Dosiereinrichtung darstellt, eignet sich besonders ein Sensortyp, dessen Mikrowellen - Meßfeld in einem bis zu 3 cm breiten und bis zu 30 cm langen Messpalt sehr homogen ausgebildet werden kann, so daß für die Stärke der Wechselwirkung zwischen Mikrowelle und Produkt die Lage des Produktes im Sensor gleichgültig ist.
Dieser „Gabelresonator" ist ein im Grundmodus Eoio angeregter Resonator, der in Richtung der Wandströme aufgeschnitten wurde, so daß sich eine Meßzone mit äußerst homogenem Meßfeld ergibt.
Für eine seitliche einseitige Vermessung des Acetatstranges vor der Weichmacherauf- tragung eignet sich auch ein Planarsensor mit einer stehenden Welle über einer plana- ren Oberfläche, dessen Streufeld ausgehend von der Sensoroberfläche in den Raum hinein exponentiell bis zu einer maximalen Ausdehnung von 10 cm hin abnimmt. Ein solcher Sensor ist in der EP 0 908 718 beschrieben.
Vor der ersten Ausbreiterdüse, bevor das Filter Tow Material zu einem flächigen Strang ausgerichtet wird, ist auch der Einsatz eines geschlossenen, durch eine Kunststoff - Probenführung durchbrochenen Resonators möglich, der im E010 Grundmodus angeregt ist und damit im Probenbereich ein maximales Meßfeld, d.h. eine maximale Empfindlichkeit besitzt.
Im Bereich des ausgebildeten Filterstranges nach der Weichmacherauftragung, der Position Srm, eignet sich besonders der Profilsensor, mit dem insbesondere eine hohe Ortsauflösung von unter 3mm in Richtung des Filterstranges erreicht werden kann, und der darüber hinaus auch sehr gut zur Messung der Homogenität des Weichmacherauftrages geeignet ist. Ein solcher Profilsensor ist beispielsweise in der EP 0 889 321 offenbart. Dieser Sensor weist eine Durchgangsbohrung senkrecht zu seiner flächigen Erstreckung auf. Die Durchgangsbohrung ist durch metallische, sich in Längsrichtung erstreckende Wandungen begrenzt und im wesentlichen flach. Dieser Reso- nator ist vorzugsweise mit einem Dielektrikum gefüllt. Seine Dicke ist wesentlich kleiner als seine Länge, das heißt kleiner als die zur Dicke senkrechte Querabmessung. Die besonderen Vorteile eines Mikrowellensensors im Hinblick auf die vorteilhafte Ausführung nach Anspruch 8 sei hier nochmals näher erläutert. Als direkte Messgrö- ssen fallen bei der Mikrowellenresonatormesstechnik zwei Größen an: die Verände- rung der Resonanzfrequenz A und die Zunahme der Halbwertsbreite B der Resonanzkurve gegenüber dem Leerzustand des Resonators. Der erste Effekt der Resonanzfrequenzverstimmung A hängt vor allem von der Verkürzung der Wellenlänge durch das dielektrische Produkt ab, das sich gerade im Messfeld des Resonators befindet (also vom sog. Realteil der Dielektrizitätskonstanten). Der zweite Effekt B rührt von der Umwandlung der Mikrowellenenergie in Wärme her, die nur beim Resonatorverfahren exakt vermessen werden kann (der „Mikrowellen-Ofen-Effekt" oder der sog. Imaginärteil der Dielektrizitätskonstanten). Da beide Größen in gleicher Weise proportional zur Masse des Produktes im Messfeld sind, eignen sie sich auch beide zur Massenmessung. In der Regel wird dafür der Parameter A verwandt. Andererseits sind beide Meßgrößen in unterschiedlicher Weise von der Feuchte abhängig. Somit liefert also der Quotient beider Größen B/A eine Masse - unabhängige, nur von der Feuchte abhängige Meßgröße, die gegen die Materialfeuchte kalibriert werden kann. Mit dieser Größe kann andererseits der Feuchteeinfluß auf den Massewert A kompensiert werden, so daß zwei unabhängige Meßgrößen ausgegeben werden können: Die von der Masse unabhängige Feuchte und die von der Feuchte unabhängige Masse. Darüber hinaus kann die Feuchte - Information des einlaufenden Acetatstranges genutzt werden, um Feuchteschwankungen zwischen unterschiedlichen Acetatballen wie auch innerhalb des Ballens durch die Regelung des Massenstromes auszugleichen.
Ein großer Vorteil des Mikrowellen- Meßverfahrens ist die Konstanz der einmal durchgeführten Kalibration, und ihre Unabhängigkeit von Schwankungen von Materialparametern, wie etwa die Veränderung der Herstellungsparameter des Acetats, z.B. sein Gesamttiter oder seine Fadenstärke. Die Meßtechnik wurde in jüngster Zeit auf die Erreichung einer hohen Meßgeschwindigkeit und Präzision optimiert, so daß je- weils nach 0.1 Millisekunden ein neuer Feuchte- und Massewert ausgegeben werden können, also pro Sekunde jeweils 10.000 Werte. Alternativ dazu, kann auch eine Dichtemessung über Beta - Strahlung erfolgen.
Schließlich kommt als Massensensor auch ein optischer Sensor in Frage, bei dem die Dichte über Streulichtmessungen mit Infrarotstrahlung erfaßt wird. Diese Sensoren sind Fachleuten auf dem Gebiet der Meßtechnik wohl bekannt und sollen deshalb hier nicht näher erörtert werden. Allerdings haben die beiden letzteren Verfahren den
Nachteil, daß sie die Feuchte des Filter Tows nicht erfassen, weshalb insbesondere die Triacetinbestimmung mit einer höheren Ungenauigkeit behaftet ist, als bei dem Mikrowellenverfahren.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung kann der Massenfluß Mi auch mittels einer Ballenwaage gemäß DE 31 49 670 AI bestimmt werden-, wobei die schon erwähnten Einschränkungen bezüglich Feuchtebilanz gelten.
Erfindungsgemäß werden die Ausgangssignale aller Sensoren entweder einer Rege- leinrichtung und/oder einer Anzeigevorrichtung zugeführt. Falls eine Regeleinrichtung vorhanden ist, kann eine automatische Regelung des mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführten Verfahrens vorgenommen werden, was sich unter Produktionsbedingungen als besonders vorteilhaft erweist. Alternativ dazu ist es auch möglich, daß eine Bedienungsperson die über die Anzeigevorrichtung dargestellten Signale selbst erfaßt und die entsprechende Regelung ausführt. Wenn beide der genannten Einrichtungen vorhanden sind, kann über die Anzeigevorrichtung eine Kontrolle der automatischen Regelung durchgeführt werden.
Die Regeleinrichtung ist in einer vorteilhaften Ausführung gekoppelt mit dem Antrieb des Aufbereitungsteils (AF) und der Zahnradpumpe die der Dosiereinrichtung die erforderliche Triacetinmenge liefert.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird im folgenden exemplarisch mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Zigarettenfiltern. Eine herkömmliche Filterstabmaschine, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, funktioniert wie folgt:
Das der Filterstabmaschine zugeführte Filter Tow wird von einem Ballen 8 abgezogen und über einen sogenannten Galgen 9 von dort in die Aufbereitungseinrichtung (AF) eingeleitet. Vor der Ausbreiterdüse 3" sind in der Reihenfolge nebeneinander die Sensoren Svi und Smi angeordnet.
Die Aufbereitungseinrichtung (AF) umfaßt im allgemeinen zwei Ausbreiterdüsen 3 und 3', ein Bremswalzenpaar 1, durch das dem Filterstrang eine Vorverstreckung er- teilt wird, sowie Streckwalzenpaare 2, die mit unterschiedlicher Geschwindigkeit laufen und den Filterstrang einer Verstreckung unterziehen. Die Streckwalzen -können mit einer gewindeartigen Oberfläche versehen sein, so daß nur Teile des ausgebreiteten durchlaufenden Filterstranges erfaßt und verstreckt werden. Auf diese Weise werden die einzelnen Filamentgruppen, aus denen der Filterstrang besteht, gegeneinander ver- schoben. Des weiteren weist die Aufbereitungseinrichtung an ihrem Ausgang einen Umlenkwalzenpaar 5 auf, mittels dessen der aufbereitete Filterstrang in eine Richtung umgelenkt wird, die für den Eintritt in die Einlaufdüse und den Einlauffinger der nachangeordneten Formateinrichtung F geeignet ist.
Die Streckwalzen 2, sowie die Umlenkwalze 5 sind angetriebene Walzen, die mit einem festgelegten Drehzahlverhältniss zueinander betrieben werden.
In der nachgeschalteten Formateinrichtung F wird der Filterstrang auf den Durchmesser des zukünftigen Zigarettenfilters zusammengerafft, mit Papier umhüllt, und an- schließend die Filterstäbe in einer Schneideinrichtung 7 auf die erforderliche Länge geschnitten. Direkt vor der Schneideinrichtung 7 ist der Sensor Sm2 angeordnet. Als Beförderungsmittel für den Filterstrang wird, wie schon erwähnt, ein textiles Band, Formatband genannt, benutzt, welches den Filterstrang während der Klebeprozesses fest umhüllt. Wie bereits erwähnt, entspricht die Geschwindigkeit dieses Beförder- ungsmittels der Geschwindigkeit des Filterstranges im Formatteil und somit nach der Dosiereinrichtung 4. Gemessen wird diese Geschwindigkeit mittels des Sensors Sv2. Die Dosierung der Acetatmasse erfolgt in den Filterstabmaschinen nach dem Stand der Technik dadurch, daß die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Aufbereitungsteil (AF) und Formatteil (F) verändert wird, wobei in der Regel die des Formatteiles (F) konstant gehalten wird.
Die Acetatmasse kann aber auch durch andere Maßnahmen verändert werden. So beschreibt die EP 0 629 356 Bl die Regelung der Acetatmasse durch Veränderung des Bremswalzendruckes am Bremswalzenpaar 1.
Die Dosiereinrichtung 4 ist vorzugsweise zwischen den Streckwalzen und den Umlenkwalzen in der Aufbereitungseinrichtung angeordnet. Der Auftrag des. Weichmachers erfolgt somit auf dem vollständig ausgebreiteten Filterstrang. Für gewöhnlich besteht die Dosiereinrichtung aus einem Sprühkasten, in dem beispielsweise rotierende Bürsten angebracht sind, die dazu dienen, den Weichmacher fein zu zerstäuben und auf den ausgebreiteten Faserstrang zu schleudern. Als Weichmachermittel werden überlicherweise Triacetin oder TEGDA (Triethylenglykoldiaceat) eingesetzt. Eine vollständige Liste möglicher Weichmacher ist in der DE 19951062 AI zu finden.
Die für den Prozeß erforderliche Menge an Weichmacher wird üblicherweise mittels einer Zahnradpumpe der Dosiereinrichtung 4 zugeführt. Die Dosierung der Weichmachermenge erfolgt dabei durch Veränderung der Drehzahl des Antriebs dieser Zahnradpumpe.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird es ermöglicht, bei der Herstellung von Filterstäben gleichzeitig die Filtermaterial- bzw. Acetatmenge und die Weichmachermenge zu regeln.
Generell gilt, daß der Massenfluß an Filter Tow Material an allen Stellen der Vorrichtung konstant ist. Für die Produkte Mi und M2 aus Masse und Geschwindigkeit gilt, solange ohne Weichmacher gearbeitet wird:
Mi = M2 Und sobald mit Weichmacher gearbeitet wird:
wobei die Differenz zwischen Mi und M2 ein Maß für die Weichmachermenge pro
Filter stab darstellt.
Es gilt:
wobei W die Weichmachermenge in mg pro Filterstab ist, und K und C Faktoren sind, die durch eine Kalibrierung bestimmt werden. Diese Eichfaktoren sind Größen, die sich aus der Sensorcharakteristik ergeben.
Über diese Eichung wird es somit möglich, nicht nur den Weichmachergehalt pro Filterstab zu regeln, sondern ihn auch, unabhängig von verwendeten Filter Tow Spezi- fikation, quantitativ kontinuierlich zu messen.
Ähnliches gilt für die Masse an verbrauchtem Filter Tow Material M pro Filterstab. Diese ist linear abhängig vom Produkt Mi
Es gilt:
wobei Ki und Ci wiederum entsprechend der Sensorcharakteristik durch Eichung be- stimmt werden müssen.
Eine mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführte Regelung ist so zu führen, dass die Produkte Mi und M2 jeweils konstant gehalten werden.
In der Praxis hat sich herausgestellt, daß bei der Regelung im wesentlichen drei Fälle auftreten können: 1. Bei gleichbleibender Geschwindigkeit von Aufbereitungsteil (AF) und Formatteil (F) verändert sich das Produkt M2, wobei Mi gleich bleibt. Dies ist ein Anzeichen dafür, daß zuwenig oder zuviel Weichmacher zudosiert wird. In diesem Fall ist die Drehzahl der Zahnradpumpe der Dosiereinrichtung so zu regeln, daß das Produkt M2 auf den ursprünglichen Wert zurückgeführt wird.
2. Es ändert sich sowohl das Produkt Mi als auch das Produkt M2 . und das Signal des Geschwindigkeitssensors Svi bleibt konstant, wobei sich das Signal Smi ändert. In diesem Fall handelt es sich um einen Fadenbruch. Hierunter versteht man den Ausfall einer Spinndüse beim Herstellungsprozess des Filter Tows mit der Auswirkung, daß kurzzeitig 2 bis 5 % des nominalen Gesamtfilters fehlen. Für den Fachmann sind die Auswirkungen eines solchen Störfalles klar vorhersehbar. Ohne Regelung führt dies zu einem Abfall von Acetatmenge im Filterstab, verbunden mit einer Verminderung des Zugwiderstandes.
3. Es ändert sich sowohl das Produkt Mi als auch das Produkt M2, wobei sich das Signal des Geschwindigkeitssensors Svi ändert und Smi konstant bleibt. In diesem Fall liegt als Ursache eine Änderung des Kräuselindex des Filterstranges vor. Auch dieser Stör fall führt ohne Regelung, für den Fachmann klar erkennbar, zu einer Veränderung von Acetatmenge im Filterstab und Zugwiderstand.
In beiden letzeren Fällen ist die Geschwindigkeit des Aufbereitungsteils (AF) so zu regeln, daß das Produkt Mi auf den ursprünglichen Wert zurückgeführt wird.
Selbstverständlich können theoretisch auch alle drei Fälle gleichzeitig auftreten. In diesem sehr unwahrscheinlichen Fall wird zunächst Mi, wie beschrieben auf den Ursprungswert zurückgeführt und anschließend wie im Fall 1 beschriebenM∑ nachgeregelt. Mit einigem zusätzlichen Rechenaufwand, läßt sich bei Verwendung von Mikrowel- lensensoren, wie schon erwähnt, auch eine produkt - und verfahrensbedingte Feuchtekorrektur durchführen. Dazu ist es allerdings notwendig sensorspezifische Kalibrier- kurven zu erstellen. Auf eine eingehendere Darstellung des Verfahrens wird hier allerdings verzichtet.
Im Falle eines Fadenbruches (Fall 2) läßt sich, ebenfalls mit einigem Rechenaufwand, die Regelung so auslegen, daß nicht ein konstantes Acetatgewicht als Zielgröße, sondern ein konstanter Zugwiderstand erzielt wird. Diese Art von Regelung setzt voraus, daß die Abhängigkeit von Zugwiderstand, Acetatgewicht und Gesamttiter bekannt sind. Solche Rechenmodelle existieren. Eines davon wird von Rhodia Acetow unter dem Namen „Cable®" vertrieben.
* * *

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zur Herstellung von Zigarettenfiltern, aufweisend einen Aufbereitungsteil (AF) zum Aufbereiten des zugeführten Filter Tows, eine Formateinrichtung (F) zum Ausbilden eines umhüllten Filterstrangs und eine in das Aufbereitungsteil integrierte Dosiereinrichtung (4) zum Zudosieren von Weichmacher, dadurch gekenn- zeichnet, daß in der Vorrichtung Sensoren zum Erfassen des Massenstromes an Filter Tow Material Mi sowie Sensoren zum Erfassen der Summe des Massenstromes aus Filter Tow Material und Weichmachermasse M2 vorhanden sind, wobei die Vorrichtung eine Meß- und Regeleinrichtung enthält, die mit den Sensoren zur Messung der Massenströme (Mi und M2) derart gekoppelt ist, daß sowohl die Filtermaterial- als auch die Weichmachermasse unabhängig voneinander gemessen und geregelt werden können.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß, in Laufrichtung des Filterstranges gesehen, vor und nach der Dosiereinrichtung (4) für den Weichma- eher Sensoren (Smi ; Sm2) zum Erfassen der längenbezogenen Masse mi , r des fortlaufenden Filterstranges und Sensoren (Svi; Sv2) zum Erfassen der aktuellen Geschwindigkeiten vi und V2 des fortlaufenden Filterstranges vorhanden sind, wobei sich der jeweilige Massenfluss aus den Produkten aus mi x vι = Mi und πu x V2 = M2 ergibt.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, daß der Sensor (Svi) zum Erfassen der Geschwindigkeit vi und der Sensor (Smi) zum Erfassen der längenbezogenen Masse mi unmittelbar benachbart angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, da- durch gekennzeichnet, daß die Sensoren (Smi; Svi) zum Erfassen der längenbezogenen Masse rm bzw. der Geschwindigkeit vi vor dem Eintritt in das Aufbereitungsteil (AF) angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formateinrichtung (F) eine Schneideinrichtung aufweist und der Sensor (Sm2), in Laufrichtung des Filterstranges gesehen, unmittelbar vor der Schneideimichtung angeordnet ist und als Sensor (Sv2) die Meßeinrichtung für die Formatbandgeschwindigkeit eingesetzt wird.
6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (Svi; Sv2) zum Erfassen der aktuellen Geschwindigkeit vi und V2 des fortlaufenden Faserstranges optische Geschwindigkeitssensoren sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor (Smi und/oder Smi) zum Erfassen der längenbezogenen Masse mi und/oder rm ein Sensor gewählt wird, der geeignet ist, neben den längenbezogenen Massen auch den Feuchtegehalt des aktuellen Meß gutes zu bestimmen.
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (Smi und/oder Sπώ) ein Mikrowellensensor ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellensensor einen Gabelresonator umfaßt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellensensor einen geschlossenen, rohrförmigen, durch eine Kunststoff - Probenführung durchbrochenen Resonator umfaßt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellensensor als Planarsensor ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellensensor als Profilsensor ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (Smi und/oder Sπώ) zum Erfassen der längenbezogenen Masse mi und/oder rm des fortlaufenden Filterstranges eine ß-Strahlungsquelle sowie ein ß-Strahlungsdetektor ist.
14. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Massenflusses Mi eine Ballenwaage als Sensor genutzt wird.
15. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Regeleinrichtung zur automatischen Regelung der -Filtermaterial- und Weichmachermasse enthält, welche an ihrem Ausgang sowohl an das Aufbereitungsteil (AF) als auch an die Dosiereinrichtung (4) gekoppelt ist.
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