Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen von Substanzen auf die Fasern eines Filtermaterials für rauchbare Artikel.
Aus der DE 39 04 239 C1 und der DE 38 20 089 C2 ist es bekannt, Substanzen, insbesondere physiologisch und sensorisch unbedenkliche Polykarbonsäuren bzw. saure Salze derselben wie saure Ester von Zitronensäure, Weinsäure, Bernsteinsäure und Apfelsäure auf die Fasern eines Tabakrauchfilters aufzubringen.
Zu diesem Zweck werden die bei Umgebungs- und Verarbeitungstemperaturen kristallinen Polykarbonsäuren bzw. die sauren Salze derselben in Form von feinen Teilchen mit einem Zahlenmittel der Teilchengrößen von weniger als 50 µm in einem organischen flüssigen Medium suspendiert und die erhaltene Suspension auf die Fasern aufgebracht (DE 39 04 239 C1).
Als Alternative hierzu können auch Säureanhydride der Di- oder Polykarbonsäuren in organischem Lösungsmittel gelöst und auf die Fasern aufgebracht und gegebenenfalls mit Wasser hydrolysiert werden (DE 38 20 089 C2).
Nachteilig bei der Aufbringung solcher Substanzen aus einer Suspension bzw. aus einem Lösungsmittel wie z.B. Triacetin ist, dass diese Suspension bei hohen Konzentrationen zähflüssig wird und dann nicht mehr gepumpt werden kann; deshalb lassen sich mit diesen bekannten Verfahren keine hohen Filtertowbeladungen dieser Substanzen aufbringen.
Ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung und eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 4 angegebenen Gattung geht aus der CH-A-372235 hervor. Dabei werden mikronisierte reine Feststoffe oder Feststoffgemisch mit einer Partikelgröße zwischen 10 und 500 µm auf flächenförmige Filtermaterialien aufgestäubt, indem das entsprechende Pulver aus Öffnungen von Abteilen eines Bestäubers nach Maßgabe der Stellungen der Schieber an den Öffnungen nach unten fließt und sich auf dem flächenförmigen Filtermaterial, nämlich einer Papierbahn, ablagert.
Eine Verknüpfung des Aufstäubens mit den anderen Schritten der Filterherstellung wird nicht angesprochen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen von Substanzen auf die Fasern eines Filtermaterials für rauchbare Artikel zu schaffen, bei denen die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten. Insbesondere sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden, mit denen auf verfahrenstechnisch einfache Weise auch hohe Beladungen der Substanzen aufgebracht werden können.
Diese Aufgabe wird für ein Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 1 und für eine Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 4 gelöst.
Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die Merkmale der Unteransprüche definiert.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen darauf, dass durch ein Zerstäubungsverfahren mikronisierte, feste Substanzen auf faser- oder flächenförmige Filtermaterialien aufgebracht werden, und zwar in nahezu beliebiger Menge, so dass der Auftrag auch mit extrem hohen Beladungen erfolgen kann, wie sie bei der Aufbringung einer Suspension nicht möglich sind. Durch die hohen Beladungen lassen sich Wirkungen erzielen, wie sie bisher nicht für möglich gehalten wurden.
Versuche haben gezeigt, dass durch die Verwendung von mikronisierten Feststoffen Konzentrationen erreicht werden können, die um den Faktor zehn höher sind als die bisher realisierten Konzentrationen.
Damit läßt sich die selektive Retentionsleistung des Filters erhöhen, und/oder der Geschmack des Tabakrauches beeinflussen, ohne daß sich der Zugwiderstand erhöht, wie es bei der Verwendung dichterer Filtermaterialien nicht zu vermeiden ist, die zur Erzielung besonderer Geschmacks-Nuancen manchmal eingesetzt werden.
Diese vorteilhafte Einbringung der Substanzen auf das Filtertow sichert die Aktivität derselben, weil keine Verbrennung, Oxidation oder Zerstörung während des Rauchens stattfindet.
Während theoretisch der aufgebrachten Menge keine Grenzen gesetzt sind, wird in der Praxis eine Begrenzung durch den Zugwiderstand des Filters vorgegeben, der nicht zu hoch werden darf.
Erfindungsgemäß werden Feststoffe oder homogene Feststoffgemische mit einer Partikelgröße von maximal 50 µm, insbesondere von maximal 10 µm verwendet, da solche extrem kleinen Partikel eine gleichmäßige Verteilung und damit eine homogene Wirkung des so behandelten Filters gewährleisten.
Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, daß die Feststoffe dosiert zugeführt werden, wobei die Dosierung unter Berücksichtigung der Filterproduktionsgeschwindigkeit durchgeführt wird. Dadurch läßt sich gewährleisten, daß beispielsweise pro Faserlängeneinheit immer die gleiche Substanzmenge aufgebracht wird.
Die Dosierung erfolgt zweckmäßigerweise durch ein diskontinuierlich mikronisierte Feststoffe zuführendes Vorratsgefäß in Verbindung mit einer Feindosiereinrichtung, die gravimetrisch arbeitet und eine Doppelschnecke für die Zuführung der mikronisierten Feststoffe zu einer pneumatisch arbeitenden Förderstrecke aufweist. In Verbindung mit der Rückkopplung über die Filterherstellungsgeschwindigkeit läßt sich dadurch gewährleisten, daß in Abhängigkeit von dem Bedarf immer die gleiche Menge an mikronisierten Feststoffteilchen, beispielsweise pro Faserlängeneinheit, zugeführt wird.
Die mikronisierten Feststoffteilchen werden durch eine Feststoff-Injektordüse pneumatisch gefördert, so daß sie durch den in einem Rohr erzeugten Unterdruck mitgerissen werden. Dadurch läßt sich eine Klumpenbildung weitgehend ausschließen.
Um die Verteilung der Feststoffe im Luftstrom zu optimieren und eine etwaige Klumpenbildung wiederaufzulösen, wird der pneumatisch geförderter Feststoff-/Luftstrom durch eine Mischzone geleitet.
Die eigentliche Bestäubung erfolgt in einer Pulverkammer, die in Laufrichtung des flächenoder faserförmigen Filtermaterials offen ist, um die Passage des Filtermaterials nicht zu behindern.
Auf das Filtermaterial wird Triacetin aufgebracht, und zwar entweder vor oder hinter der Pulverkammer. Bevorzugt erfolgt der Triacetin-Auftrag vor der Filterkammer, um die Haftwirkung für die mikronisierten Feststoffteilchen auf dem Filtermaterial weiter zu verbessern.
Der Luftspalt für den Eintritt des Filtermaterials in die Pulverkammer läßt sich einstellen und wird so eingestellt, daß ein berührungsloser Transport des Filtermaterials gewährleistet ist, aber der Austritt von dosierten Feststoffen aus der Pulverkammer verhindert wird.
Um den Auftrag der Feststoffe in der Pulverkammer weiter zu optimieren, kann der Ladungszustand des Filtermaterials beeinflußt werden. Dazu kann vor der Pulverkammer, und zwar in einem Abstand von etwa 50 bis 150 mm vor der Pulverkammer, quer zur Produktionslaufrichtung des Filtermaterials ein Ionisierungsstab angeordnet werden, der aus Stabelektrode und Gegenelektrode besteht. Durch diesen Ionisierungsstab wird die Oberfläche des Filtermaterials aufgeladen, um die Haftung der mikronisierten Feststoffteilchen zu verbessern.
Falls eine besonders große Menge an mikronisierten Feststoffteilchen auf das Filtermaterial aufgebracht werden muß, kann die Bestäubung von beiden Seiten des Filtermaterials her erfolgen. Zu diesem Zweck können in der Pulverkammer zwei Düsen vorgesehen werden, die die mikronisierten Feststoffteilchen von unten bzw. von oben her zuführen.
Das mit den mikronisierten Feststoffteilchen bestäubte Filtermaterial wird nach dem Verlassen der Pulverkammer zu einem Filterstab zusammengeführt und in der üblichen Weise zu einem fertigen Filter verarbeitet.
Zweckmäßigerweise ist an den Auslaß der Pulverkammer ein Ventilator angeschlossen, der Luft und mikronisierte Feststoffe durch die Pulverkammer und gegebenenfalls durch eine an die Pulverkammer angeschlossene Entstaubungsanlage saugt.
Der an dem Auslaß der Pulverkammer anliegende Unterdruck läßt sich einstellen und erlaubt die Absaugung der Luftüberschußmenge aus der pneumatischen Förderung der Feststoffe. Die Einstellung des Unterdrucks in der Pulverkammer kann durch eine seitlich in der Pulverkammer angebrachte Klappe erfolgen.
Zweckmäßigerweise wird der Unterdruck am Ventilator während der Produktions- und Dosierphase konstant gehalten, um einen gleichmäßigen, konstanten Produktauftrag auf das Filtertow zu gewährleisten und um einen Staubaustritt aus der Pulverkammer zu verhindern.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Aufbringen von Substanzen auf die Fasern eines Filter-Tows unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Filter-Tow 32 wird in der üblichen Weise als gespreizte, aufgespannte Bahn durch schematisch angedeutete Streckwalzen 33 und eine Führung 35 einer Vorrichtung 36 zugeführt, in der Triacetin auf die Filter-Tow-Bahn aufgebracht wird.
In Laufrichtung des Filter-Tows 32 hinter dem Triacetin-Auftrag 36 wird das Filter-Tow 32 wieder über ein Streckwerk 37 geführt und gelangt dann in den Spalt zwischen zwei Ionisierungsstäben 39, nämlich einer Stabelektrode und einer Gegenelektrode, die von einem Aufladegenerator 41 mit Funkenstrombegrenzung mit einer negativen Aufladespannung versorgt werden.
Von dem Spalt zwischen den beiden Inosierungsstäben 39 gelangt das bahnförmige Filter-Tow 32 in einen Einlaßschlitz 43 einer Pulverkammer 34 (siehe auch Fig. 2), die in Laufrichtung des Filters-Tows 32 offen ist, um die Passage des Filter-Tows 32 nicht zu behindern.
Die Größe des Spaltes 43 zum Eintritt des Filter-Tows 32 in die Pulverkammer 34 kann senkrecht zur Laufrichtung des Filter-Tows 32 eingestellt werden und wird so eingestellt, daß ein berührungsloser Transport des Filter-Tows 32 gewährleistet ist und der Austritt von fluidisierten Feststoffen aus der Pulverkammer 34 verhindert wird.
In der Pulverkammer 34 wird das aufgespannte Filter-Tow 32 auf noch zu erläuternde Weise mit mikronisierten Feststoffen bzw. Feststoffgemischen bestäubt, wie in Fig. 2 durch die beiden Düsen 52 angedeutet wird, die sich über bzw. unter dem bahnförmigen Filter-Tow 32 befinden.
Auf der dem Einlaßschlitz 43 gegenüberliegenden Seite ist die Pulverkammer 34 mit einem Austrittsschlitz 54 versehen, an dem eine standardmäßig für die Filterherstellung vorhandene Injektordüse 44 montiert ist, in der das Filter-Tow 32 zur Stabform zusammengefahren und staubbeladene Luft abgesaugt wird.
Der so hergestellte, mit mikronisierten Feststoffteilchen bestäubte Filterstab wird von Filterumhüllungspapier umschlossen und auf erforderliche Filterstablänge geschnitten, um in einem folgendem Produktionsschritt einer Cigarettenherstellungsmaschine zugeführt zu werden, wo er in Stücke geeigneter Länge zerschnitten und mit den Tabaksträngen verbunden wird, wodurch fertige Filtercigaretten entstehen.
Im folgenden wird die Vorbereitung der mikronisierten Feststoffe und Feststoffgemische beschrieben werden. Dabei kann es sich um physiologisch unbedenkliche und sensorisch interessante Substanzen handeln, insbesondere Polykarbonsäuren bzw. saure Salze von Polykarbonsäuren wie Zitronensäure, Weinsäure, Bernsteinsäure, Apfelsäure, Ascorbinsäure sowie saure Ester solcher organischer Polykarbonsäuren, Mono-Di-Saccharide (z.B. Traubenzucker, Rohrzucker) und flavouraktive Stoffe (Vanillin, Menthol. usw.).
Die feinstgemahlenen, mikronisierten reinen Feststoffe oder homogene Feststoffgemische haben eine Partikelgröße von maximal 50 µm und werden aus einem der Prozeßgröße angepaßten Vorratsgefäß 12 diskontinuierlich in eine Feindosiereinrichtung 14 eingegeben, deren Füllstand über Minimum/-Maximum-Sensoren erfaßt wird. Wird der Minimum-Stand unterschritten, so sprechen die Sensoren an, und Feststoffe werden von dem Vorratsbehälter 12 nachgefüllt. Ist der Maximum-Stand erreicht, so schaltet die Nachfüllung selbsttätig ab.
Die gravimetrisch arbeitende Feindosiereinrichtung 14 führt die Feststoffe oder Feststoffgemische über eine durch einen Elektromotor 15 angetriebene Doppelschnecke 16 in eine pneumatisch arbeitende Förderstrecke 17. Die Feindosiereinrichtung 14 ist elektrisch an die Filterherstellungsmaschine angekoppelt, d.h., die Dosiermenge pro Filterstab wird als Festwert in die Elektronik 19 für die Feindosiereinrichtung 14 eingegeben. Die Filterproduktionsgeschwindigkeit dient als Geschwindigkeitsleitwert für die Feindosiereinrichtung 14 und als Soll-Wert für deren Regelung. Die Maschinengeschwindigkeit wird mit einem Encoder 20 am Messerkopf 22 der Filterherstellungsmaschine erfaßt, der den Endlosfilterstrang in einzelne Filterstäbe zerschneidet.
Die von der Feindosiereinrichtung 14 ausgegebenen Feststoffe fallen im freien Fall durch ein Rohr 23 nach unten in eine Feststoffinjektordüse 26. An diesem Punkt beginnt die pneumatische Feststofförderung, da öl- und fettfreie Druckluft 30 durch einen Düsenring der Feststoffinjektordüse 26 in das Innere des sich an die Düse 26 anschließenden Rohrs 17 geblasen wird. Der erzeugte Unterdruck im Innern des Rohrs 17 reißt die Feststoffe mit.
Um die Verteilung der Feststoffe im Luftstrom zu optimieren und eine etwaige Klumpenbildung wiederaufzulösen, wird der Feststoff-/Luft-Strom durch eine Mischzone 18 geleitet, die durch ein senkrecht nach unten in die Pulverkammer 34 führendes Rohr gebildet wird.
Im oberen Bereich der Pulverkammer 34 befindet sich eine quer liegende Breitschlitzdüse 52, bei der die Breite des Düsenschlitzes quer zur Produktionsrichtung, also zur Laufrichtung des Filter-Tows 32, mindestens der Tow-Breite vor oder hinter dem Triacetin-Auftrag 36 entspricht. Der Abstand der Düse 52 zum Filter-Tow 32 kann frei eingestellt werden, indem die Breitschlitzdüse 52 vertikal nach oben bzw. unten verstellt wird, wie durch den Pfeil 54 angedeutet ist.
Obwohl in der Regel im Prinzip eine einzige Düse 52 ausreicht, ist in Figur 2 auch eine Variante dargestellt, bei der eine zweite Breitschlitzdüse 52 unterhalb des Filter-Tows 32 angebracht wird. Der aus der pneumatischen Förderstrecke kommende Feststoff-/Luft-Strom wird vor den beiden Düsen geteilt, wobei die Teilung dieses Stroms frei einstellbar ist.
Unterhalb des Filter-Tows 32 verengt sich die Pulverkammer 34 zu einem Absaugrohr 56, dessen Unterdruck eingestellt werden kann und die Absaugung der Luftüberschußmenge aus der pneumatischen Förderung der Feststoffe erlaubt.
Der Unterdruck in der Pulverkammer 34 kann durch eine seitlich an der Pulverkammer angebrachte Klappe 38 eingestellt werden. Die staubbeladene, abgesaugte Förderluft wird zur Abreinigung einer mobilen Entstaubungsanlage 40 zugeführt. Der Unterdruck in der Entstaubungsanlage 40 bzw. in der Pulverkammer 34 wird durch einen nachgeschalteten Ventilator 50 erzeugt. Dabei wird der Unterdruck am Ventilator 50 während der Produktions- und Dosierphase konstant gehalten, um einen gleichmäßigen, konstanten Produktauftrag auf das Filtertow zu gewährleisten und um einen Staubaustritt aus der Pulverkammer 34 zu verhindern.
Das bahnförmige Filter-Tow, dessen Ladungszustand zur Opimierung des Feststoff-Auftrags durch die Ionisierungsstäbe 39 beeinflußt worden ist, wird in der Pulverkammer 34 mit den mikronisierten Feststoffen bestäubt, die an den Fasern des Filter-Tows 32 haften, wozu auch das aufgetragene Triacetin beiträgt. Anschließend wird das ausgebreitete Filter-Tow 32 zu einem Endlos-Filterstrang zusammengefahren und in der üblichen Weise zu Cigarettenfiltern verarbeitet, die im folgenden Produktionsschritt mit einem Tabakstrang durch ein Belagpapier verbunden werden.
Als Alternative zu dem beschriebenen Filter-Tow können auch bahnförmige, luftdurchlässige Filtermaterialien, wie beispielsweise Filterpapier, mit der beschriebenen Vorrichtung 10 mit mikronisierten Feststoffteilchen bestäubt werden.
Als Alternative zu der dargestellten Ausführungsform kann der Triacetin-Auftrag 36, in Transportrichtung des Filtermaterials 32 gesehen, auch hinter der Pulverkammer 34 erfolgen, selbstverständlich vor dem Zusammenfahren des Filtermaterials zu dem Filterstrang.