Verfahren zur Herstellung eines Filterstranges, der ein durch Bindemittel verfestigtes Filtermaterial enthält, insbesondere für Zigarettenfilter Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Filterstranges, der ein durch Bindemittel verfestigtes Filtermaterial ent hält. Ein solcher Filterstrang kann z. B. für die Her stellung von Filterstöpseln verwendet werden.
Derartige Filterstränge sind bereits bekannt und werden in grossem Umfang zu Zigaretten-Filterstöp- seln verarbeitet, wobei die Filtermasse aus Kunst fasern oder aus Papierschnitzeln und dergleichen besteht. Bei solchen Filtermassen tritt die Schwierig keit auf, dass ohne Verwendung von Bindemitteln die zur Verarbeitung und beim Gebrauch erforderliche Festigkeit eine Materialdichte bedingt, welche einen unerwünscht hohen Zugwiderstand für den Rauch zur Folge hat.
Anderseits tritt bei einer lockeren Filterstruktur bereits bei der maschinellen Verarbei tung des Filterstranges, vor allem aber beim Ge brauch, durch Zusammendrücken der Filtermasse eine solche Verminderung der Materialdichte ein, dass Längskanäle entstehen und Filterteile heraus ragen oder herausfallen, was höchst unerwünscht ist.
Diese Schwierigkeiten bei genügend locker zu sammengefügten Filtermassen lassen sich durch Ver wendung eines flüssigen Bindemittels zum Zusam menkleben der einzelnen Materialteile an den Berüh rungsstellen leicht beheben. Auf diese Weise verfe stigte Filtermassen lockerer Materialstruktur sind be reits bekannt und im Gebrauch. Gegen die Verwen dung von solchen, durch Bindemittel verfestigte Zigarettenstöpsel bestehen aber grosse Bedenken, da die bekannten und gut verwendbaren flüssigen Binde mittel stets leicht flüchtige Lösungsmittel enthalten, die auch in geringen Spuren als Beimengungen zum Rauch gesundheitsschädlich sind.
Da aber erfahrungs gemäss bei der Trocknung der Filterstöpsel niemals Gewähr besteht, dass der gesamte Gehalt an schäd- lichem Lösungsmittel aus der Filtermasse entfernt wird, und dieselbe beim Gebrauch erhöhte Tempe ratur erhält und feucht wird, ist stets die Gefahr einer spurenweisen, aber deshalb nicht weniger schädlichen Beimengung von Lösungsmitteldämpfen zum Tabak rauch vorhanden.
Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Besei tigung dieser Nachteile. Kennzeichnend für das er findungsgemässe Verfahren ist, dass dem Filtermate rial als Bindemittel wenigstens in Teilen klebefähige Fäden oder Streifen beigefügt werden, die mit an liegenden Teilen des Filtermaterials verklebt werden, wodurch eine Bewegung von Materialteilen relativ zueinander wenigstens in Stranglängsrichtung er schwert wird.
Ferner betrifft die Erfindung einen nach diesem Verfahren hergestellten Filterstrang, gekennzeichnet durch über den Strangquerschnitt verteilte klebe fähige Fäden oder Streifen, die an benachbarten Teilen des sonst lockeren Filtermaterials haften.
Die Erfindung ist nachstehend in einigen Aus führungsbeispielen anhand der Fig. 1 bis- 21 näher erläutert. Von denselben zeigt: Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Auf baus eines Filterstranges für Filterstöpsel; Fig. 2 eine perspektivische schematische Wieder gabe eines mit Perforationen und seitlichen Einbuch tungen versehenen klebefähigen Streifens; Fig. 3 bis 9 je einen Grundriss weiterer Ausfüh rungsbeispiele von klebefähigen Streifen; Fig. 10 und 11 je einen Querschnitt durch klebe fähige Streifen; Fig. 12 eine perspektivische Darstellung eines schräggewellten klebefähigen Streifens;
Fig. 13 einen Grundriss eines mit sich kreuzenden Wellungen versehenen klebefähigen Streifens; Fig. 14 einen Querschnitt eines nur aus zusam- mengepressten Streifen in einer äussern Umhüllung bestehenden Filterkörpers; Fig. 15 einen Querschnitt durch einen Filter körper ähnlich Fig. 14 mit mäanderförmig gefalteter klebefähiger Trägerbahn; Fig. 16 einen Querschnitt durch einen Filter körper ähnlich Fig. 14 mit spiralig aufgerollter klebe fähiger Trägerbahn;
Fig. 17 einen Querschnitt durch einen aus zu sammengepressten klebefähigen Streifen und Längs fasern in einer äussern Umhüllung bestehenden Filter körper; Fig. 18 und 19 je eine perspektivische Darstellung des Aufbaus von weiteren Ausführungsbeispielen des Filterstranges; Fig. 20 und 21 je eine schematisch wiedergegebene Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Filtersträn gen.
Bei den dargestellten Filtersträngen erfolgt die Verfestigung des den Strang bildenden Filtermaterials mittels einer, je nach der Struktur dieses Filtermate rials sich richtenden Anzahl von Fäden oder Streifen, die mit jeweils benachbarten Teilen des Materials zusammenkleben. Einen derart verfestigten Filter strang zeigt die Fig. 1. Perforierte, oder auf andere Weise in ihrer Oberfläche vergrösserte Längsstreifen 2a befinden sich in einer nur angedeuteten Umhüllung 1. Zigarettenfilter dieser Art sind bekannt. Zwecks Ver festigung werden einige klebefähige Streifen 2b dem Bündel aus sogenannten Wirbel- und Kondensations streifen 2a beigemengt, wie in Fig. 1 angedeutet.
Es hat sich gezeigt, dass bereits eine relativ geringe, über den Querschnitt der Filtermasse, also hier des Streifenbündels, verteilte Anzahl klebefähiger Streifen eine merkliche Verfestigung des Filters in Quer- und Längsrichtung ergeben. Dies rührt vor allem von der Erschwerung der Längsverschiebung der Streifen 2a relativ zueinander her, die von den an einer Vielzahl von Punkten an den jeweils benachbarten Streifen 2a haftenden klebefähigen Streifen 2b verursacht wird. Da bei einem derartigen Streifenbündel ein Zusam mendrücken quer zur Achse stets von einer Längs verschiebung der Streifen relativ zueinander begleitet ist, erhöht die Erschwerung solcher Längsverschie bungen auch die Quersteifigkeit des Filterstranges.
Die klebefähigen Streifen 2b bestehen in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus dünnen, folien- artigen Bändern aus thermoplastischem Material, das bei erhöhter Temperatur, z. B. bei über 100 C, er weicht und klebrig wird, aber bei Normaltemperatur und beim Gebrauch des Filters, selbst unter tropischen Verhältnissen, elastisch und fest bleibt. Bei der Her stellung des Filterstranges erfolgt dann eine entspre chende thermische Behandlung desselben, beispiels weise durch Erwärmung von aussen her durch die Umhüllung 1 hindurch, oder von innen her durch Hochfreduenzerhitzung bzw. mittels eines durch den Strang geleiteten Heissluftstromes.
Zur Erhöhung des Abscheidungswirkungsgrades derartiger, aus Wirbel- und Kondensationsstreifen bestehender Filterstränge ist es zweckmässig, bei Ver wendung von klebefähigen Streifen 2b in grösserer Anzahl, dieselben in gleicher Weise in ihrer Ober fläche zu gestalten wie die Wirbel- und Konden sationsstreifen 2a. Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungs beispiel eines Abschnittes eines derart gestalteten klebefähigen Streifens 2b, der hier mit dreieckigen Perforationen 3 versehen ist. Die beim Perforieren aus der Materialbahn verdrängten Lappen 4 hängen mit einer Kante an den Ausschnitten 3 und stehen von der Materialbahn ab. Vorzugsweise erfolgt die Perforierung derart, dass die Ränder der Ausschnitte 3 und der Lappen 4 zerfasert und ausgerissen sind.
Die Seitenkanten 5 und 6 des Streifens 2b sind mit Ein buchtungen 7 versehen, hier beispielsweise von Drei eckgestalt, wobei die dabei verdrängten Material stücke als Lappen 8 von der Streifenebene abstehen. Durch derartige Perforationen und Randeinbuch tungen - deren Anzahl pro Längeneinheit und deren Dimensionen natürlich je nach dem Material und der Streifenbreite gewählt werden kann - wird die Oberfläche des Streifens 2b bedeutend vergrössert und wie bei den entsprechenden Streifen 2a eine Vielzahl von Strömungshindernissen für den über die Streifen fläche streichenden Rauch geschaffen, durch welche das Zustandekommen von Wirbelzentren begünstigt wird.
Anstelle der in Fig. 2 angegebenen dreieckförmigen Ausschnitte 3 und Kanteneinbuchtungen 7 können auch andersartige Perforationen - mit und ohne am Streifen hängenbleibenden Lappen des verdrängten Materials - vorgesehen werden. Die Fig. 3 und 4 zeigen beispielsweise kreisrunde bzw. längliche Aus schnitte 9 bzw. 10 in einem solchen klebefähigen Strei fen 2b.
Die Kanteneinbuchtungen können auch ge mäss Fig. 5 und 6 abgerundete oder unregelmässig zerfaserte Gestalt 11 bzw. 12 aufweisen, wobei ge gebenenfalls die Ausführung gemäss Fig. 5 bzw. 6 auch mit derjenigen nach Fig. 3 oder 4 kombiniert werden kann, wie in Fig. 7 dargestellt. Auch halbrunde Kan teneinbuchtungen 13 nach Fig. 8 sind vorteilhaft, eventuell zusammen mit runden Ausschnitten 9 nach Fig. 3, wie in Fig. 9 angedeutet.
Andere brauchbare Streifenformen entstehen durch Prägung des betreffenden thermoplastischen Mate rials, beispielsweise in der in Fig. 10 im Querschnitt dargestellten Weise, wodurch ein mit regelmässig ver teilten Höckern versehener klebefähiger Streifen 2b entsteht. Auch hierbei ergibt sich eine vergrösserte Oberfläche mit Strömungshindernissen, die besonders bei kantig geformten Höckern die Bildung von Wir belzentren begünstigen. Je nach Material, Gestalt der Prägewerkzeuge und Prägetiefe kann auch erreicht werden, wie in Fig. 11 angedeutet, dass die Höcker 15 den Streifen 2a durchstossen und zerfaserte Ränder bilden, was für die Erhöhung der Filtrierwirkung be sonders vorteilhaft ist.
Die Fig. 12 zeigt eine andere Form der Prägung der klebefähigen Streifen 2b, bei der das thermopla stische Flachmaterial gewellt oder gekreppt ist, wobei die Rillen 16 schräg, wie in Fig. 12, oder auch parallel zur Streifenlängsrichtung verlaufen können. Bei der Herstellung dieser Rillungen können auch nicht zu sammenhängende Rillenwandungen und ineinander gehende Rillen geschaffen werden. Falls erwünscht, kann auch eine doppelte, sich kreuzweise überschnei dende Schrägrillung erfolgen, wie in Fig. 13 ange deutet.
Natürlich ist auch eine Kombination aus perfo rierten und geprägten Streifen 2b möglich, etwa indem ein gemäss Fig. 12 schräggewellter Streifen zusätzlich entsprechend Fig. 11 perforiert wird. Ein gleichzeitig gerillter und mit Öffnungen versehener klebefähiger Streifen 2b kann auch dadurch geschaffen werden, dass bei der Wellung oder Rillung nach Fig. 12 das Flach material so stark verformt wird, dass Risse und<B>Öff-</B> nungen mit zerfaserten Rändern entstehen, vorzugs weise in Rillenlängsrichtung.
Die klebefähigen Streifen 2b, wie sie oben anhand von Fig. 1 bis 13 beschrieben wurden, können natür lich auch aus einem nicht thermoplastischen Material bestehen, welches einseitig oder beidseitig, oder auch nur an einigen Teilen einen thermoplastischen Ober flächenfilm aufweist. Diese Ausführung von klebe fähigen Streifen 2b ist deshalb besonders zweck mässig, weil dann die gleichen maschinellen Vor richtungen, die zur Herstellung der Wirbel- und Kondensationsstreifen 2a dienen, auch zur Produk tion der klebefähigen Streifen 2b mitbenützt werden können.
Auch ist in den meisten Fällen das gleiche Material wie bei den Wirbel- und Kondensations streifen 2a verwendbar, und es ist lediglich die teil weise oder ganze Oberflächenbeschichtung mit einem thermoplastischen Film erforderlich, vorzugsweise vor der Verformung der Oberfläche. Natürlich be steht unter Verwendung von gleichartig geformten Streifen<I>2a</I> und<I>2b</I> die Möglichkeit, den Anteil an klebefähigen Streifen 2b gegenüber den nicht klebe fähigen Streifen 2a zu erhöhen - jedoch ist dies im allgemeinen nicht empfehlenswert, wenn als Material für die Streifen ein solches faseriger Struktur ver wendet wird, z. B.
Papier, da der thermoplastische Belag natürlich eine Glättung der Oberfläche bewirkt, was für die Abscheidungswirkung nachteilig sein kann.
Ein Querschnitt durch einen aus Streifen bestehen den Filterkörper zeigt schematisch die Fig. 14, in welcher mit 16 die äussere Umhüllung, mit 2a die nach Fig. 1 verlaufenden, zu einem Bündel zusam- mengepressten Wirbel- und Kondensationsstreifen und mit 2b die dem Bündel beigefügten klebefähigen Streifen bezeichnet sind.
Die obengenannten klebefähigen Streifen, beste hend aus einem nicht klebenden Flachmaterial und einer thermoplastischen Schicht, können natürlich auch anstelle dieser Schicht mit einem andern klebe fähigen Belag versehen sein. Es muss aber gewähr- leistet sein, dass dieser Belag beim Gebrauch kein Lösungsmittel abgibt und wasserunlöslich ist: Gelegentlich ist es erwünscht, derartige Filter körper mit einem Trägerstreifen 17 zu versehen, der gemäss Fig. 15 bzw. 16 mäanderartig oder spiral förmig im Filterkörper angeordnet und allseits von Wirbel- und Kondensationsstreifen 2a umgeben ist.
Diese Trägerstreifen 17 sind klebefähig ausgebildet und können, falls erwünscht, dieselbe Oberflächen struktur aufweisen, wie oben anhand der Fig. 2 bis 13 für die Wirbel- und Kondensationsstreifen 2a be schrieben. Auch das Material der Trägerbahnen 17 kann nach den oben für die klebefähigen Streifen 2b angegebenen Gesichtspunkten ausgewählt werden. Ausser den obenerwähnten Wirbel- und Konden- sationsstreifenfiltern existieren auch Filter aus Faser stoffen. Ein derartiges Filter ist in Fig. 17 im Quer schnitt schematisch dargestellt, wobei in der äussern Umhüllung 16 ein aus Längsfasern 18 und klebe fähigen Streifen 19 zusammengepresstes Bündel vor handen ist.
Bei einem derartigen Filterkörper werden die jeweils den klebefähigen Streifen 19 benach barten Fasern 18 an einer Längsverschiebung wirk sam verhindert, so dass eine lockere Struktur des Stranges trotz guter Festigkeit erzielbar ist. Die Faser stränge 18 verlaufen, ebenso wie die klebefähigen Streifen 19 im wesentlichen in Filterlängsrichtung, besitzen aber ausserdem eine unregelmässige Torsion um die Längsachse.
Anstelle der klebefähigen Streifen 2b in den Aus führungsbeispielen nach Fig. 1 bis 17, können auch klebefähige Fäden aus thermoplastischem Material, oder mit einem thermoplastischen Oberflächenfilm, bzw. mit einem geeigneten lösungsmittelfreien klebe fähigen Belag, zur Verfestigung der Filtermasse die nen. In Fig. 18 ist der Aufbau eines Filterstranges aus langgestreckten Fasern 18 und klebefähigen Fäden 20 wiedergegeben.
Die vielfachen Haftstellen zwischen den Fasern 18 und den Fäden 20 bewirken hier ebenfalls eine Erschwerung der Längsverschiebung der Fasern 18 relativ zueinander und damit gleich zeitig eine grössere Festigkeit in Querrichtung.
Auch zur Verfestigung von Filterkörpern, die entsprechend der schematischen Darstellung nach Fig. 19 aus einer Anhäufung von Materialflocken 21 bestehen, können die genannten klebefähigen Fäden 20 dienen. Es ist hierbei keineswegs eine sehr grosse Anzahl von klebefähigen Fäden 20 erforderlich, um die Filtermasse aus Materialflocken 21 genügend zu verfestigen, denn jeder Faden 20 haftet jeweils an einer grossen Zahl von Materialflocken 21 und erschwert deren Verlagerung.
Für diese Art von Verfestigung eignen sich auch Filter mit willkürlich verteilten Flocken aus Schwamm oder schaumartigem Material, aus Kunstharzschaum mit wenigstens teilweise kommunizierenden Hohl räumen, beispielsweise aus Harnstoff Formaldehyd harzschaum. Auch schauen- oder schwammartige Massen aus Viskoselamellen, Latexschaum, Neopren- schaum usw. sind geeignet. Die faserhaltigen und die flockenhaltigen Filter körper können natürlich auch mit einer klebefähigen Trägerbahn nach Fig. 15 und 16 versehen werden.
Auch die Verfestigung bei einer Kombination von Wirbel- und Kondensationsstreifen mit Faserstoffen und Schaumflocken durch klebefähige Fäden oder Streifen ist möglich.
Die erforderliche Wärmebehandlung der mit ther moplastischen faden- oder streifenförmigen Materia lien versehenen Filterstränge kann auf verschiedene Weise erfolgen. Beispielsweise zeigt die Fig. 20 eine düsenartige Vorrichtung 22, die mittels der elektri schen Heizwicklung 23 auf eine vorbestimmte Tem peratur erhitzt werden kann. Der durch die erhitzte Düse 22 laufende Strang 24 wird dann von aussen nach innen geheizt.
Ist der Strang hierbei noch nicht mit einer äussern Umhüllung versehen, so kann gleich zeitig ein Heissluftstrom die Erwärmung beschleunigen. Falls diese Art der Heizung dann Schwierigkeiten bereitet, weil die äussern Schichten des Filterstranges 24 eine höhere Temperatur als die innengelegene an nehmen, kann eine Vorrichtung nach Fig. 21 ver wendet werden. Der vorgeformte aber noch nicht mit einer äussern Umhüllung versehene Filterstrang 25 durchläuft hier zuerst eine Heissluft-Heizvorrichtung 26 und gelangt dabei unter die Wirkung eines über die Leitung 27 in Pfeilrichtung 28 zugeleiteten Heiss luftstromes.
Dieser durchdringt den lockeren Filter strang 25 in Querrichtung, erwärmt denselben auf die erwünschte Temperatur und tritt über die Bohrungen 29 wieder aus. Der erwärmte Filterstrang 25, in wel chem die thermoplastischen Fäden bzw. Streifen nun mehr erweicht sind und ihre volle Klebefähigkeit erreicht haben, läuft anschliessend durch eine in Fig. 21 nur angedeutete Umhülleinrichtung 30 bekannter Bauart, in welcher er, unter gleichzeitigem Zusam menpressen in radialer Richtung, mit dem Papier streifen 31 umhüllt wird.
Anschliessend kann, falls die Verfestigung der Filtermasse durch die thermische Behandlung in der Heissluft-Heizvorrichtung 26 noch unzureichend erfolgt ist, eine weitere Erwärmung des nunmehr umhüllten Stranges 32 beim Durchlauf durch ein Hochfrequenzfeld erfolgen. Hierzu dienen die Elektroden 33 und 34, welche über das Klemmpaar 35 mit einem geeigneten Hochfrequenzgenerator ver bunden sind.