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Filterstöpsel für Zigaretten und Verfahren zur Herstellung desselben
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sehene Fasermaterial vor der Verformung zu einem Faserstrang in die Gestalt eines sehr dünnen und leichten Flors zu bringen und in dieser Form mit einem Haftpunktskelett zu versehen, aus welchem verfestigten Flor dann durch Zusammenraffen in Querrichtung erst das Faserbündel erzeugt wird.
Dieses Verfahren zur Herstellung von Filterstöpseln, die nach ihrer Fertigstellung einen Faserstrang mit rundem oder ovalem Querschnitt bilden und ein Stützskelett aus willkürlich verteilten Haftpunkten zwischen den Fasern innerhalb des Strangs aufweisen, ist insofern besonders vorteilhaft, weil natürlich die Erzeugung der Haftpunkte in der flachen und ausgebreiteten Florbahn in Form eines mehr oder weniger dichten Netzes oder Musters erfolgen kann, so dass ganz nach Wunsch der fertige Faserstrang ein dichteres oder weniger dichtes Stützskelett aufweist.
Auf diese Weise kann sowohl die mechanische Festigkeit der Filterstöpsel, als auch deren Abscheidungswirkung in weitem Umfange den jeweiligen Bedürfnissen angepasst werden, was insofern vorteilhaft ist, als die einzelnen Zigarettenfabriken die jeweiligen Filterstöpsel ihren Tabaksorten und Mischungen anzupassen wünschen.
Die Herstellung der erfindungsgemässen Florbahnen, die zwar sehr locker und sehr dünn sein können, aber trotzdem selbsttragend sind, also ohne besondere Trägerbahn zu Rollen aufgewickelt werden können, beruht darauf, dass gewisse Kunstfasern die Eigenschaft besitzen, an einer Kreuzungsstelle zweier Einzelfasern aneinander zu haften, wenn sie an dieser Stelle mit hohem Druck, z. B. 5 Tonnen zusammengepresst werden. Bei Fasern natürlicher Herkunft kann dieses Aneinanderhaften nicht beobachtet werden, insbesondere nicht bei Cellulosefasern bzw. Baumwollfasern in den gewünschten dünnen Schichten.
Dagegen haften eine einzelne Faser natürlicher Herkunft, also etwa eine Cellulose-oder Baumwollfaser und eine einzelne Kunstfaser, etwa eine Viskosefaser, ebenfalls gut aneinander, wenn die beiden an einer Kreuzungsstelle kurzzeitig zusammengedrückt werden.
Wird ein lockerer Flor aus solchen Kunstfasern, oder aus einem Gemisch von Fasern natürlicher und künstlicher Herkunft geschaffen, bei dem die Fasern willkürlich Richtungen aufweisen, so ist wegen der sehr grossen Zahl einzelner Fasern- auch bei einem ganz lockeren Flor - eine entsprechend grosse Anzahl von Kreuzungsstellen zwischen Einzelfasern vorhanden. Dies ist einfach nachweisbar, indem beispielsweise ein lockerer Flor aus je etwa 501o Cellulose- (oder Baumwoll-) und Viskosefasern geschaffen und derselbe zwischen ebenen Platten senkrecht zur Florbahn zusammengepresst wird. Dabei entsteht aus dem vorher nur mittels einer Trägerbahn transportierbaren, kaum zusammenhängenden Flor eine merklich versteifte, selbsttragende und auch in Querrichtung recht widerstandsfähige Florbahn.
Natürlich ist eine solche Florbahn für die meisten Verwendungszwecke zu steif und fest geworden, es sei denn, der Anteil an Viskosefasern ist relativ gering, aber sehr gleichmässig über die gesamte Fasermasse verteilt.
Eine nur graduelle, aber ausreichende Verfestigung wird bei einem lockeren, je etwa zur Hälfte aus natürlichen und künstlichen Fasern bestehenden Flor dadurch erreicht, dass der Flor nicht längs der ganzen Oberfläche, sondern längs eines mehr oder weniger dichten Prägemusters zusammengepresst wird. Dadurch werden an allen Kreuzungsstellen zwischen natürlichen und künstlichen Fasern, oder auch zwischen zwei künstlichen Fasern, die unterhalb des Prägemusters im lockeren Flor vorhanden sind, Haftstellen erzeugt, die ein über die Fasern vernetztes Stützskelett und damit eine ausreichende Verfestigung ergeben, wodurch eine selbsttragende Florbahn entsteht, die genügend reissfest ist, um zu Rollen auf-und abgewickelt zu werden.
Das Prägemuster kann beispielsweise mittels flacher Stempel mit entsprechend gerippter Pressfläche oder auch mittels rotierender Walzen mit einem geeigneten Muster aus hervorstehenden Rippen auf der Walzenoberfläche hergestellt werden. Der letztgenannte Fall ist beispielsweise in der Vorrichtung nach Fig. 1 dargestellt, in der alle unwesentlichen Einzelheiten weggelassen sind. Der lockere Flor aus dem Fasermaterial, das aus unter Druck haftfähigen Kunstfasern und falls erwünscht einer Beimengung von Fasern natürlicher Herkunft besteht, wird in der Apparatur 1 in bekannter Weise aufbereitet. Beispielsweise kann die Apparatur 1 eineKarde oder ein Konverter üblicher Bauart sein, wobei es für gewisse Anwendungen vorteilhaft ist, relativ kurzfaseriges Material zu verwenden.
Von der Apparatur 1 wird ein lockerer und dünner Faserflor 2 mit willkürlichen Faserrichtungen auf das endlose, in Pfeilrichtung umlaufende Band 3 aufgelegt. Dieses Band läuft über die Walze 4, die als Gegenwalze für eine rotierende Prägewalze 5 dient. Die Oberfläche der Prägewalze 5 weist ein Muster hervorstehender Unebenheiten auf, etwa sich kreuzende Schrägrippen, wie in Fig. 1 angedeutet. Die Walze 5 presst mit einstellbarem Druck den unter ihr vorbeilaufenden Flor 2 auf die Trägerbahn 3, die ihrerseits durch die Gegenwalze 4 gestützt wird, so dass die ein Prägemuster bildenden Unebenheiten auf dem Umfang der Prägewalze 5 ein entsprechendes, schwach sichtbares Prägemuster auf der austretenden, nunmehr verfestigten und selbsttragenden Florbahn 6 hinterlassen.
Falls erwünscht, kann die Prägewalze 5 zusätzlich erwärmt werden, beispielsweise mittels eines
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elektrischen Heizkörpers 7, der über die Schleifringe 8 und die Leitungen 9 mit Heizstrom versorgt wird. Eine solche Erhitzung der Prägewalze 5 ist insbesondere bei Verwendung thermoplastischer Kunstfasern von Wichtigkeit.
Natürlichkann auchdas der Verfestigung der Florbahn dienende Prägemuster von mehreren hintereinander längs des Transportbandes 3 angeordneten Prägewalzen aufgepresst werden. Ebenso besteht die Möglichkeit, Ober- und Unterseite der Florbahn mit je einem Prägemuster zu versehen.
Die selbsttragende Florbahn 6 wird nach dem Verlassen der Prägewalze 5 zu einer Rolle 10 aufgewickelt, wozu beliebige bekannte Einrichtungen verwendbar sind, deren Darstellung in Fig. 1 sich erübrigt.
Die Fig. 2 - 6 zeigen schematisch einige auf derartige Florbahnen zur graduellen Verfestigung derselben aufzubringende Prägemuster. Trotzdem die hergestellte selbsttragende Florbahn nach wie vor sehr locker ist und beinahe beliebig dünn sein kann-es sind Florbahnen mit 5 - 6 Gramm Gewicht pro m hergestellt worden-zeigt die jeweils der Prägewalze zugekehrte Aussenseite der so verfestigten Florbahn deutlich, wenn auch schwach, das aufgepresste Muster. Dieses Muster kann wie in Fig. 2 aus rautenartig sich kreuzenden, schräg zur Florbahn verlaufenden Linien bestehen oder auch parallel bzw. senkrecht zur Bahnlängsrichtung verlaufende Prägelinien wie in Fig. 3 aufweisen.
Ein Prägemuster ohne sich kreuzende Linien zeigt die Fig. 4, und andere aus Linien bestehende Prägemuster sind in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Prinzipiell ist jedes Prägemuster verwendbar, wenn die Gewähr gegeben ist, dass eine genügende Anzahl von Kreuzungsstellen einzelner der willkürlich gerichteten Fasern im Flor zusammengedrückt werden. Ein nur aus scharfen Prägepunkten bestehendes Muster ist deshalb weniger gut geeignet, es sei denn die Punktdichte ist sehr gross und der Gehalt an Kunstfasern im Material ist hoch.
Die Verwendung eines Gemisches aus Fasern natürlicher und künstlicher Herkunft, beispielsweise eines Materials aus Cellulosefasern mit 5 - 5rP/o Kunstfaserbeimengung aus Viskosefasern bzw. aus hydrophilen Acetatfasern oder einem andern geeigneten Kunstfasermaterial, stellt nur eine bevorzugte Ausführung des Rohmaterials für die lockere, selbsttragende Florbahn dar. Es kann auch ein höherer Kunstfaseranteil als 50je vorgesehen werden, oder falls erwünscht, eine selbsttragende, nur aus Kunstfasern bestehende Florbahn hergestellt werden. Im Prinzip sind alle Fasermaterialien künstlicher Herkunft geeignet, wenn sie die Eigenschaft zeigen, beim Zusammenpressen zweier sich kreuzender Einzelfasern an der Kreuzungsstelle aneinander zu haften.
Dabei ist von sekundärer Bedeutung, ob an der Kreuzungsstelle ein Ankleben, ein Ineinanderfliessen oder eine andere Art des Festhaftens erfolgt.
Nach dem beschriebenen Verfahren können Florbahnen von sehr geringer Dichte selbsttragend und zum Auf- und Abwickeln in Rollenform geeignet hergestellt werden. Es wurde beispielsweise eine derartige Florbahn aus einem Gemisch von 50 Gew.-lo Baumwollfasern mit etwa 3 Denier und 50 Gew.-% Viskosefasern mit etwa 3 Denier gefertigt, die bei einer Bahnbreite von etwa 80 cm mit einem Prägemuster nach Fig. 3 mit einem Linienabstand von etwa 2 mm versehen worden war, die ein Gewicht von etwa 12, 5 Gramm pro m aufwies. Die Prägewalzen von 100 cm Länge und 30 cm Durchmesser wurden mit 5 Tonnen zusammengepresst und die Florbahn mit einer Geschwindigkeit von 15 cm/s transportiert.
Diese Florbahn erwies sich als selbsttragend, konnte zu Rollen mit einem Durchmesser von 50 cm und mehr aufgewickelt und nach längerem Bahntransport zum Verbraucher dort ohne Schwierigkeit wieder abgewickelt und weiterverarbeitet werden. Anderseits konnten sowohl dichtere Florbahnen mit einem Gewicht von über 100 Gramm pro m, als auch sehr dünne Florbahnen mit einem Gewicht von nur 5-6 Gramm pro m erzeugt werden.
Für besondere Zwecke kann die Florbahn bei der Herstellung in der Vorrichtung nach Fig. 1 auch mit einem flüssigen oder pulverförmigen Stoff besprüht werden, beispielsweise mittels einer Sprüheinrichtung 11 bekannter Bauart, der die zu versprühende Substanz über die Leitung 12 unter Druck zugeführt wird. Beispielsweise kann für manche Anwendungen eine Stärkelösung, verdünntes Wasserglas, ein sterilisierender Stoff, z. B. eine Lysollösung, oder eine Farbstofflösung aufgesprüht werden.
Mit besonderem Vorteil kann eine erfindungsgemäss hergestellte, selbsttragende Florbahn zur Herstellung von Filterstöpseln für Tabakwaren, insbesondere für Zigaretten verwendet werden. Hiezu ist es zweckmässig, ein linienförmiges Prägemuster mit einem relativ zur Länge der Filterstöpsel kleinen Abstand der einzelnen Prägelinien zu wählen. Dann wird in bekannter Weise eine derart verfestigte Florbahn quer zur Längsrichtung zu einem endlosen Filterstrang runden oder ovalen Querschnitts zusammengerafft.
Durch entsprechende Unterteilung können hieraus die einzelnen Filterstöpsel hergestellt werden. Infolge der verwendeten, durch eine Vielzahl innerer Haftstellen zwischen sich kreuzenden Einzelfasern verfestigten Florbahn, bilden diese Haftstellen zusammen in jedem Filterstöpsel ein durch die Fasern vernetztes Stützskelett, ermöglichen also, die erwünschte Festigkeit trotz der ebenfalls gewünschten sehr lockeren Struktur des Fasermaterials zu erreichen. Da die unter Druck an den Kreuzungsstellen zusam-
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mengehefteten Fasern dort deformiert sind, ist die Saug- und Quellfähigkeit der Fasern an den Haftstellen merklich verringert. Dies ist insofern vorteilhaft, als beim Gebrauch des Filters das aus der Gesamtheit aller Haftstellen bestehende Stützskelett seine erwünschte Festigkeit behält und weder aufquellen noch aufweichen kann.
Selbstverständlich kann die selbsttragende Florbahn aber auch in bekannter Weise als Belag auf eine Papierbahn aufgebracht werden, wozu nunmehr keine komplizierten Apparaturen mehr notwendig sind wie bisher, da die Florbahn einfach von einer Rolle abläuft. Die mit der Florbahn beschichtete Papierbahn kann dann wie üblich zu Filterstöpseln verarbeitet werden.
Als besonders vorteilhaft hat sich bei einer Florbahn zur Filterherstellung die Überlagerung eines zweiten Prägemusters in Gestalt von in Bahnlängsrichtung verlaufenden Prägelinien erwiesen. Beispiels- weise können zwei selbsttragend gemachte Florbahnen 13 und 14, wie in Fig. 7 schematisch in vergrössertem Massstab angedeutet, aufeinanderliegend mit einem Prägemuster aus Längsrinnen 15 versehen werden, indem die zweilagige Bahn durch ein als Matrize und Patrize ausgebildetes Walzenpaar hindurchläuft. Es können auch drei-oder mehrschichtige Bahnen wie in Fig. 8 derart behandelt werden. Beim Zusammentreffen solcher mit Längsprägung versehener ein-oder mehrlagiger Florbahnen quer zu den Längsprägungen zu einem Filterstrang bilden die unter den Längsprägungen gelegenen Haftstellen eine Vielzahl von Längsrippen.
Im Filterstöpsel bewirken diese steifen, wegen der starken vorausgehenden Pressung kaum mehr quellfähigen Längsrippen ein die Festigkeit des Filtermaterials erhöhendes Stützgerust innerhalb der Faserstoffmasse, das auch beim Gebrauch seine Festigkeit nicht verliert. Auf diese Weise sind bindemittelfreie Filterstöpsel aus reinen Kunstfasern oder aus einem Gemisch von Fasern natürlicher und künstlicher Herkunft herstellbar, die trotz genügender und bleibender mechanischer Festigkeit einen in weiten Grenzen wählbaren Füllungsgrad aufweisen, also im Hinblick auf Zugwiderstand und Absorptionswirkung den jeweiligen Forderungen angepasst werden können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Filterstöpseln, vorzugsweise für Zigaretten, aus einem Fasermaterial, das ganz oder teilweise aus Kunststoff besteht, indem eine aus diesem Fasermaterial bestehende, endlose Florbahn quer zur Längsrichtung kontinuierlich zu einem Filterstrang zusammengerafft wird, dadurch gekennzeichnet, dass in an sich bekannter Weise der Florbahn ein Prägemuster aufgepresst und dadurch willkürlich verteilte Haftpunkte zwischen sich kreuzenden Fasern erzeugt werden, wobei das Prägemuster derart gewählt wird, dass im Filterstrang auf einen Abschnitt von der Länge der herzustellenden Filterstöpsel ein Stützskelett aus einer Vielzahl räumlich verteilter Haftpunkte erzeugt wird.