DE2443056C3

DE2443056C3 - Vorrichtung zum Erhitzen eines Faserbündels

Info

Publication number: DE2443056C3
Application number: DE2443056A
Authority: DE
Inventors: Joel Daniel Chavannes Ducommun; Jean-Pierre Montreux Lebet
Original assignee: Baumgartner Papiers Sa Renens (schweiz)
Current assignee: Baumgartner Papiers Sa Renens (schweiz)
Priority date: 1973-09-24
Filing date: 1974-09-09
Publication date: 1978-10-19
Also published as: GB1478719A; ATA728874A; ES430351A1; IT1027561B; DE2443056A1; US4003774A; DE2443056B2; CH579881A5; AT330911B

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Zur Herstellung eines Faserstranges durch Erhitzen eines faserigen Bündels aus einzelnen Fäden, wobei die Strangform durch die gegenseitige Haftung der Fäden ^⁰ an ihren Berührungspunkten erhalten wird, beispielsweise zur Herstellung eines Zigarettenfilters ohne Papierhülle, verteilt man zwischen den einzelnen Fäden, bevor diese zu einem Bündel vereinigt werden, ein Bindemittel, welches durch Erwärmung wirksam wird. Dabei ist es bekannt, einen Heißluftstrom durch das Bündel zu leiten und dieses auf den gewünschten Durchmesser zusammenzupressen, wobei die erweichten Teilchen des Bindemittels die einzelnen Fäden zusammenkleben, und zwar unter Bildung einer dichteren Außenschicht aus Fäden. Sodann unterwirft man den auf diese Weise gebildeten Strang einer Abkühlung, wobei sich die den Strang bildenden Bestandteile verfestigen und diesem seine Stabilität und vorgesehenen Abmessungen geben. Dazu führt man das Faserbündel durch ein Rohr, welches an einer Stelle zunächst einem Heißluftstrom und dann an anderer Stelle einem Kühlmittel, beispielsweise Kühlluft, ausgesetzt wild. Um hierbei den Heißluftstrom und die Kühlluft an das Faserbündel gelangen zu lassen, ist das ^b0 Rohr mit seitlichen Eintritts- und Aüstrittsöffnungen versehen (US-PS 34 55 766). Der Nachteil dieser Verfahrensweise besteht jedoch darin, daß für eine Vollständige und wirksame Durchdringung der Behandlungsmittel wie Luft, Dampf usw., eine gewisse Zeit erforderlich ist, was naturgemäß die Bildung des Stranges verzögert und damit die Produktivität der Vorrichtung herabsetzt.

Bekannt ist auch schon eine Erhitzung mittels sog. Mikrowellen in Kombination mit einer Infrarotheizung zur Wärmebehandlung von Werkstücken aus gespritzten Werkstoffen (DE-OS 14 79 149) sowie auch schon zum Erweichen eines mit Zigarettenfilterkörnem vermischten Bindemittels unter Verwendung eines handelsüblichen HF-Heizgerätes, wobei in einem von dem Filterstrang durchlaufenen Gehäuse mehrere Elektroden angeordnet sind (US-PS 34 00 031). Diese HF-Heizungen ermöglichen jedoch keine rasche, praktisch augenblickliche Erhitzung einer Masse in allen ihren Teilen, so daß der Produktivität von hiermit ausgestatteten Vorrichtungen bestimmte Grenzen gesetzt sind. Ferner besteht eine unvollkommene Frequenzstabilität bei derartigen Geräten, wodurch keine gleichmäßige Erwärmung auch in einem geschlossenen Behandlungsraum, erzielbar ist

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Möglichkeit, die Erhitzung eines Faserbündels erheblich wirksamer und intensiver zu gestalten, um dadurch eine merklich höhere Arbeitsgeschwindigkeit bei der Herstellung derartiger Stränge zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung der vorstehend erwähnten Art gelöst durch wenigstens zwei Resonanzräume, durch weiche das zu erhitzende Bündel etwa parallel zu dem elektrischen Feld oder zu der elektrischen Komponente eines elektromagnetischen Feldes hindurchgeführt wird, sowie durch ein das Bündel wenigstens teilweise einhüllendes, endloses Förderband, welches ein innerhalb der Resonanzräume fest angeordnetes Rohr durchläuft und das vom Förderband getragene Bündel während der Erhitzung zusammenhalt und unterstützt, wobei das Förderband und das Rohr aus einem Material mit geringer dielektrischer Leitfähigkeit bestehen.

Ein bevorzugtes Material für das Rohr und bzw. das Transportband ist Polytetrafluoräthylen. Es ist aber auch ein Rohr aus Quarz verwendbar.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung mehrerer Resonanzkammern erhält man nicht nur den Vorteil einer wesentlich erhöhten Wirksamkeit durch wiederholte, aufeinander folgende Einwirkungen, sondern man kann die einzelnen Resonanzräume auch auf verschiedene Frequenzen innerhalb eines jeweils anzuwendenden Frequenzbandes abstimmen, wodurch auch Frequenzschwankungen und Änderungen in der dielektrischen Leitfähigkeit des Materials ausgeglichen werden können.

Auf dem besonders vorteilhaften Anwendungsgebiet der Erfindung bei der kontinuierlichen Herstellung von Zigarettenfiltern, besteht dabei der Vorteil darin, daß die Hitzebehandlung des Faserbündels gleichzeitig auf dem ganzen Bündelquerschnitt wirkt, welcher den Mikrowellen ausgesetzt ist, so daß auf diese Weise verhältnismäßig hohe Energien zur Einwirkung gelangen. Diese Wirkungsweise gewährleistet eine nahezu augenblickliche Erhitzung der ganzen Masse an dieser Stelle, wodurch die Arbeitsgeschwindigkeit der Vorrichtung und damit deren Produktivität erheblich gesteigert werden kann.

Hinzu kommt ferner, daß die Hitzeeinwirkung sehr stark konzentriert und auf das zu erhitzende Produkt lokalisiert ist, so daß die übrige Vorrichtung verhältnismäßig kalt bleibt und keine besonderen Schutzmaßnahmen erfordert.

In den Zeichnungen ist eine beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt, wobei zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Reihe von Resonanzräumen der Behandlungseinrichtung und

Fig.2 eine Gesamtansicht der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Danach besteht die an sich bekannte Heizeinrichtung aus einem Hochfrequenzgenerator 1, welcher die UHF-Energie an einen Wellenleiter 2 überträgt. Dieser Leiter 2 oder Eiingangsleiter ist verbunden mit einem ersten Resonanzraum 3 der Behandlungseinrichtung g)

An diesen ersten Resonanzraum 3 schließen sich in Reihe mehrere weitere, gleiche Resonanzräume 4-4^lv an, so daß fünf Resonanzräume vorhanden sind. Der Innenraum des Resonanzraumes 4 steht also in Verbindung mit dem Innenraum des Eintrittsresonanzraumes 3 und der Innenraum des letzten Elementes 4^IV steht in Verbindung mit dem Innenraum eines Ausgarigselementes 5. Der Innenraum dieses Ausgangselementes 5 steht seinerseits wiederum in Verbindung mit einem Ausgangswellenleiter 6, und zwar in gleicher Weise, wie der Raum des Eingangsresonanzraumes 3 verbunden ist mit dem Eingangsleiter 2. De· Ausgangswellenleiter 6 endet mit einem Lastwiderstand 7, welcher die Energie absorbiert, die durch die Hochfrequenzheizung nicht verbraucht ist.

Die Resonanzelemente 4~4^IV bestehen ihrerseits aus Rechteckwellenleitern, die an ihren Enden kurzgeschlossen sind durch Metallwände 8 und 8' oder andere metallische Verbindungen.

Die elektrische Verbindung zwischen den Hohlräumen erfolgt durch kreisrunde öffnungen 9 in der Mitte der Stirnseiten der Elemente. Die beiden gegenüberliegenden öffnungen zweier benachbarter Elemente sind verbunden mittels einer kurzen Metallhülse tO, die beiderseits angeschweißt ist.

Die beiden äußeren Elemente, das Eintrittselement 3 und das Austrittselement 5, besitzen an ihrer Außenfläche, welche nicht mit den ihnen benachbarten Elementen 4 und 4^IV verbunden sind, jeweils eine öffnung 1:' und 11', welche koaxial zu den Metallhülsen 10 angeordnet sind. Jede dieser öffnungen ist nach außen verlängert durch ein Metallrohr 12 und 12', welches mit einem durchbohrten Metalldeckel 13 und 13' verschlossen ist. Dieser durchbohrte Metalldeckel 13 und 13' läßt jedoch einen freien Durchgang für das Faserbündel 14 und das Transpoi tband 15, wobei die Abmessungen so gewählt sind, daß Energieverluste nach außen nur in unbeachtlichem Ausmaß auftreten.

Das Rohr 16, durch welches das zu erhitzende und von dem Transportband 15 eingehüllte Faserbündel 14 geführt wird, ist so angeordnet, daß es durch die verschiedenen Resonanzräume und deren Verbindungshülsen geht.

Abweichungen in der Resonanzfrequenz der Resonanzräurne, weiche durch Konstruktionstoleranzen, durch die dielektrischen Eigenschaften des endlosen Transportbandes und durch Wertänderungen der Dielektrizitätskonstanten des durch die Resonanzräume gehenden Faserbündels auftreten, werden ausgeglichen, indem die Resonanzfrequenz jedes Hohlraumes durch die Verstellung zweier Stäbe veränderlich ist, von denen der eine Stab 17 in F i g, 1 und der andere, gegenüberliegende Stab 17' in Fig.2 sichtbar ist. Diese Stäbe bestehen aus einem verlustarmen, dielektrischen Material und gehen durch den Innenraum des Resonanzraumes. Die Stäbe 17 und 17' sind jeder verschiebbar ir einem Metallrohr 18 and 18', die durch eine in der Förderrichtung des Faserbündels parallele Seitenwand gehen und dort in deren Mitte angeordnet sind.

Die elektrische Komponente E des elektromagnetischen Feldes liegt wegen der Anordnung der Resonanzräume und der Art ihrer elektrischen Verbindung parallel zu der Achse des Rohres 16 und ist konstant entlang des gesamten Durchganges durch einen Resonanzraum. Da darüber hinaus das Rohr 16 durch die Mitte der Resonanzräume 3, 4—4^IV und 5 geht, befindet es sich immer in jedem Punkt seines Durchganges durch jeden Resonanzraum in einem maximalen elektrischen Feld und ist auf diese Weise stets einer maximalen Erhitzung ausgesetzt.

Die Erhitzung des Faserbündels wächst mit seinem Durchgang durch jeden Resonanzraum, während die UHF-Frequenz in dem Maße abnimmt, wie die Entfernung vom Generator wacht. Die Restenergie wird absorbiert durch den Lastwiderstand 7.

Die R.esonanzräume können auch eine andere Form aufweisen und untereinander in anderer Weise verbunden sein.

Das Rohr 16 der Erhitzungseim ichtung besteht aus einem Material mit sehr geringer dielektrischer Leitfähigkeit, um möglichst wenig Energie zu absorbieren, beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen, wie es bekannt und im Handel ist, oder aus Quarz.

Durch dieses Rohr 16 geht das Faserbündel 14, welches einer Erhitzung unterworfen werden soll, um diesem die Stabilität in der vorgesehenen Form zu geben. Dieses Rohr verhindert eine mögliche Deformation des Faserbündels, die durch die energische Erhitzung auftreten kann, welcher das Faserbündel unterworfen wird.

Das Faserbündel 14 wird vorher geformt aus streifenförmig angeordneten Fasern, um mit einem Bindemittel versehen werden zu können, welches durch Hitzeeinwirkung wirksam wird. Es erfolgt dann eine nicht dargestellte Formung zu einem dochtähnlichen Gebilde 19 (Fig. 2), welches einem tintrittstnchter 20 zugeführt wird. An diesem Eintrittstrichter 20 läuft gleichzeitig auch das endlose Förderband 15 in die ^vorrichtung ein. Dieses endlose Transportband 15 wird von dem Eintrittstrichter zu einem Hohlzylinder geformt, welcher das Faserbündel einhüllt. Daran anschließend gelangt das Transportband mit dem Faserbündel in die eigentliche Behar.jlungseinrichtung 21 aus mehreren Resonanzräumen 4. Die UHF-Frequenz des Generators 1 wird dieser Behandlungseinrichtung durch den Wellenleiter 2 zugeführt.
Am Ausgang der Behandlungseinrichtung 21 gelangt das Faserbündel mit dem Transportband in ein anderes Rohr 22, welches beide durch eine Kühleinrichtung 23 führt, innerhalb welcher Kühlluft zirkuliert. Erst in dieser Kühleinrichtung 23 wandelt sich das Faserbündel in einen Strang 24 um, welcher die Kühleinrichtung

5¹) verläßt und einer nicht dargestellten Weiterverarbeitung zugeführt wird, wo er beispielsweise in Stücke geeigneter Länge gejchnitten wird.

Das Transportband 15 formt sich nach Verlassen d°s Rohres 22 der kühleinrichtung 23 wieder zurück und

ho nimmt seine flache Form an. so daß es über verschiedene Rollen 25—25^IV zu dem Eintrittstrichter 20 zurückgeführt werden kann, wo der gleiche Umlauf wieder beginnt. Dieses Transportband besteht ebenfalls aus einem Material geringer dielektrischer Leitfähig-

6j keit, beii5pieIsweL->i aus Polytetrafluoräthylen, vorzugsweise verstärkt durch Glasfasern, wie es auf dem Markt erhältlich ist. Es kann aber auch aus Textilfasern oder anderen Faserstoffen bestehen, die in einem Polyamid-

Kunststoff eingebettet sind, wie es ebenfalls auf dem Markt bekannt ist.

Das Transportband selbst erhitzt sich nicht merklich beim Durchgang durch die von den Mikrowellen gespeisten Resonanzräume. Es erhitzt sich jedoch durch die Hitze, die ihm von dem Faserbündel übertragen wird, welches es umhüllt. Es ist daher vorteilhaft, eine zusätzliche Abkühlung mittels wenigstens einer Kühleinrichtung 26 vorzusehen, welche von dem Transportband bei seinem Umlauf durchlaufen wird und die zwischen dem Ausgang der Kühleinrichtung 23 für das Faserbündel Urid dem Eintritt in den Eintritlstrichter 20 angeordnet ist.

Das endlose Transportband kann aus einem einfachem Band geeigneter Länge bestehen, dessen Enden ^|5 beispi-'jweise durch Verkleben miteinander verbunden sind, nachdem eines der Enden durch die Rohre 16 und 22 geführt ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, an diesen Röhren einen Schlitz vorzusehen, durch den das endlose Transportband eingeführt werden kann.

Eine weitere Abwandlung besteht darin, den Rohren 16 und 22 einen solchen Innendurchmesser zu geben, daß das das Faserbündel einhüllende Transportband zweimal eingeführt werden kann und hierbei zwei Hohlzylinder bildet, die ineinander angeordnet sind. Das endlose Band wird dann mit seinen beiden Strängen zusammen in diese Rohre eingeführt, wobei eine Rolle an beiden Enden der Vorrichtung einen gleichzeitigen Durchlauf durch die beiden Rohre in zwei entgegengesetzten Richtungen gestaltet. Diese Möglichkeit ist wegen des sehr schwachen Reibungskoeffizienten des Bandes ohne weiteres gegeben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Erhitzen eines faserigen Bündels aus einzelnen Fäden aus dielektrischem Material durch ein elektrisches oder elektromagnetisches Feld mit einer Frequenz über 3.10⁸Hz und unter 3.10"Hz, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Resonanzräume (3, 4 bis 4^IV, 5) durch welche das zu erhitzende Bündel ("14) etwa parallel zu dem elektrischen Feld oder zu der elektrischen Komponente (E) eines elektromagnetischen Feldes hindurchgeführt wird, sowie durch ein das Bündel wenigstens teilweise einhüllendes, endloses Förderband (15), welches ein innerhalb der Resonanzräume la fest angeordnetes Rohr (16) durchläuft und das vom Förderband getragene Bündel während der Erhitzung zusammenhalt und unterstützt, wobei das Förderband und das Rohr aus einem Materiai mit geringer dielektrischer Leitfähigkeit bestehen.

2. Vorrichtung nach Ansprach 2. gekennzeichnet durch ein Rohr (16) und bzw. oder ein Transportband (15) aus Polytetrafluoräthylen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Rohr(16) aus Quarz.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Transportband (15) aus einem Faser- oder Faserschichtstoff mit sehr geringer dielektrischer Leitfähigkeit.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch wenigstens eine Kühleinrichtung (26) für das Transportband (15).