Инжектор пены и способ заполнения полостей

007833 Настоящее изобретение относится к системам и способам заполнения разнесенных полостей в сигаретном фильтре. В некоторые промышленные изделия, такие как угольные сигаретные фильтры, требуется вводить точно отмеренные порции вещества в виде частиц на каком-либо рабочем месте производственной линии. При высокоскоростном массовом производстве таких изделий трудно достигнуть постоянного точного заполнения желаемых полостей гранулированными частицами. При заполнении полостей сигаретного фильтра древесным углем желательно избегать излишнего пылеобразования и рассыпания материала в виде частиц, одновременно заполняя полости как можно ближе к 100%. Патент США 5875824, который включен в настоящее описание полностью путем ссылки, раскрывает способ и устройство для доставки заданного количества материала, где дозирующее колесо принимает дискретные количества материала из подающего желоба, которые затем переносятся с дозирующего колеса на передающее колесо, и с передающего колеса в пространства вдоль фильтрующего стержня. В результате переноса частиц с одного колеса на другое, карманы в передающем колесе для приема материала в виде частиц должны быть больше карманов в дозирующем колесе. При такой конструкции трудно достичь близкого к 100% заполнения полостей в изделии, принимающем материал в виде частиц с передающего колеса. В соответствии с патентом США 5875824 гранулированные частицы древесного угля снимаются с желоба, сообщающегося с емкостью, в карманы на вращающемся дозирующем колесе. Обод дозирующего колеса содержит множество равноразнесенных карманов, каждый из которых образован радиально направленным коническим отверстием и дискретным экраном у основания конического отверстия. Коническое отверстие сужается в направлении радиально внутрь колеса. Радиально направленный канал в ободе дозирующего колеса обеспечивает сообщение задней стороны экрана с внутренней полостью дозирующего колеса. Разрежение может подаваться от стационарной вакуумной установки вовнутрь дозирующего колеса через радиальный канал и экран так, что любые гранулированные частицы древесного угля, находящиеся рядом с карманом в дозирующем колесе, будут втягиваться в коническое отверстие кармана, пока он не заполнится. Угольные сигаретные фильтры предпочтительно имеют полости, которые полностью заполнены частицами или гранулами, при этом частицы уплотнены до желаемой плотности или твердости. Существует несколько способов введения частиц в полости в фильтрующем стержне. Например, в фильтрующем стержне полости, которые должны быть заполнены частицами, могут быть разнесены между другими компонентами фильтра. Один способ заполнения частицами полостей в сигаретном фильтрующем стержне включает посыпание всего фильтрующего стержня частицами, чтобы частицы могли заполнить разнесенные полости. Другой способ заполнения полостей частицами предусматривает перемещение фильтрующего стержня с разнесенными полостями под заполняющим устройством, способным удерживать гранулированный материал, и введение гранулированного материала в каждую из разнесенных полостей. Согласно еще одному способу для заполнения полостей частицами используют вакуумное колесо с карманами. Движение колеса с карманами синхронизируют с перемещением фильтрующего стержня,причем колесо имеет внутренний вакуум, который втягивает частицы в карманы. Когда каждый карман достигает соответствующей полости в фильтрующем стержне, частицы выдувают из кармана колеса в полость фильтрующего стержня. Вышеуказанные способы заполняют полости рыхло и могут привести к их неполному заполнению, тем самым создавая воздушный байпас. Непостоянное заполнение полостей может привести к проблемам при контроле качества. Для использования в качестве фильтра для газа, такого как сигаретный дым, был разработан активированный уголь по существу в форме макропористой пены с открытыми ячейками, как описано в патенте США 3960770, который включен в настоящее описание путем ссылки. Патент США 3960770 не раскрывает и не предлагает использование такой углеродистой пены в качестве фильтрующей среды в форме гранул или частиц. В заявке этого же заявителя на патент США 09/931241, поданной 17 августа 2001 г., раскрыты способ и устройство для плотной набивки частиц или гранул в полости, разнесенные вдоль изделия, перемещаемого по производственной линии. После первого рабочего места заполнения в направлении движения изделия, имеющего полости, подлежащие заполнению частицами или гранулами, может быть установлен один набивающий механизм или более. В варианте, когда изделием с полостями является комбинированный сигаретный фильтрующий стержень, то примерами набивающих механизмов для плотной набивки частиц в разнесенные вдоль фильтрующего стержня полости могут служить зубчатое набивочное колесо, гладкое набивочное колесо и зубчатый набивочный ремень. В случае зубчатого набивочного колеса, зубчатого набивочного ремня или другого устройства,имеющего выступающие участки, которые только набивают частицы в разнесенные полости, эти зубья или выступы разнесены на расстояние, соответствующее расстоянию в изделии между полостями, которые должны быть заполнены частицами. Кулачки также перемещаются посредством вращения набивочного колеса или подачи набивочного ремня со скоростью, синхронизованной со скоростью перемещения изделия, имеющего полости, подлежащие заполнению. Синхронизация движения набивочного инструмента с перемещением изделия, имеющего полости, обеспечивает равномерную набивку частиц или гра-1 007833 нул в эти полости без повреждения изделия. В случае комбинированного фильтра или другого изделия, имеющего подлежащие заполнению частицами полости, могут устанавливаться боковые направляющие, соответствующие по меньшей мере двум сторонам изделия, предотвращая тем самым нежелательную деформацию изделия во время набивки. Боковые направляющие в комбинации с опорной направляющей под изделием предотвращают деформацию изделия во время набивки, одновременно позволяя изделию свободно перемещаться по системе направляющих. Вариант изобретения, раскрытый в заявке этого же заявителя на патент США 09/931,241, поданный 17 августа 2001 г., также может предусматривать приложение вакуума к опорной направляющей. В случае комбинированного сигаретного фильтра пористая бумага, которая образует обертку фильтрующего стержня, позволяет вакууму втягивать частицы в разнесенные полости, тем самым, способствуя процессу набивки. Когда заполнение приближается к 100%, свободные частицы могут высыпаться из полостей на круглую или изогнутую поверхность даже при использовании вакуума, что может привести к падению частиц по поверхностям внутренних компонентов, которые образуют полость. В дополнительных вариантах к стержню фильтра или к опорной направляющей стержня можно прикладывать вибрацию, чтобы частицы набивались плотнее по мере их набивки. Проблема, которая возникает, когда полости сигаретного фильтра не заполнены на 100% желаемой фильтрующей средой, заключается в том, что частично заполненные полости допускают обходные пути воздушных потоков. Обходные пути для воздушных потоков влияют на способность фильтра полностью удалять целевые составляющие, а также влияют на сопротивление затяжке сигареты. Для преодоления вышеописанных недостатков обычных систем для заполнения полостей в сигаретном фильтре, настоящее изобретение предлагает систему и способ введения материала в разнесенные полости в сигаретном фильтре, причем система содержит непрерывную ленту, приспособленную для ее привода синхронно с движущимся сигаретным фильтром, множество инжекционных игл, выступающих из ленты с интервалами, при этом расстояние между иглами совпадает с расстоянием между разнесенными полостями в сигаретном фильтре, и камеру, содержащую материал, подлежащий введению в разнесенные полости, при этом камера сообщена по текучей среде с одной или более из инжекционных игл в одном или более мест вдоль пути, по которому перемещаются инжекционные иглы. Непрерывная лента проходит вокруг одного или более из шкивов или роликов, которые направляют и/или приводят в движение ленту и позиционируют ленту относительно движущегося сигаретного фильтра. Лента может также проходить вокруг выдвижных направляющих для позиционирования ленты на расстоянии от движущегося сигаретного фильтра так, чтобы инжекционные иглы не входили в разнесенные полости в фильтре, и для перемещения ленты рядом с движущимся сигаретным фильтром так, чтобы инжекционные иглы входили в разнесенные полости. Механизм синхронизации приводит ленту так, что инжекционные иглы входят в соответствующие разнесенные полости, и материал из камеры вводится через иглы в разнесенные полости, в то время как сигаретный фильтр перемещается через систему. Количеством материала, инжектируемого через иглы в разнесенные полости, можно управлять так, чтобы изменять количество инжектируемого материала в зависимости от того, является ли уплотненная полость в сигаретном фильтре уже частично заполненной или она совершенно пуста. Вместо непрерывной ленты, можно использовать колесо или барабан или ряд колес или барабанов для заполнения чередующихся полостей,например, каждой третьей полости и т.д. Колеса или барабаны могут иметь иглы или устройства для инжекции пены, фиксированные, либо приводимые кулачком на подходящем расстоянии, чтобы соответствовать скорости стержня и интервалу между полостями. Материал, который инжектируется через иглы, предпочтительно является способной расширяться пеной. Пену изготавливают из желаемой фильтрующей или ароматизирующей среды, и она является проницаемой для воздушного потока. Примером пенного материала, который может использоваться в способе согласно варианту настоящего изобретения, является активированный уголь по существу в форме макропористой пены с открытыми ячейками, как описано в патенте США 3960770, который включен в настоящее описание путем ссылки. К другим примерам пены, которая может использоваться в способе по изобретению, относятся термопластик из полиэтилена высокой плотности или полипропилена, содержащий расширяющий агент и экструдируемые в виде пены, с желаемой микроструктурой, как описано в патенте США 3939849, который включен в настоящее описание путем ссылки. В случае, когда полость уже частично заполнена гранулами или частицами, которые способствуют фильтрации дыма или выделяют аромат в поток дыма, инжектированный материал, расширяющейся пены раздвинет гранулы или частицы, устраняя байпас для воздуха. Если полость совершенно пуста, материал расширяющейся пены можно инжектировать в количестве, достаточном для полного заполнения полости. Инжекция пены не ограничивается инжекцией пористой пены, такой как угольная пористая пена, и не ограничен инжекцией пены в полости. Вспененные ароматизаторы или другие фильтрующие материалы также можно инжектировать. Кроме того, инжекция может не ограничиваться заполнением полостей. Пена может инжектироваться в центр непрерывных фильтрующих стержней для формирования ароматизирующих или фильтрующих ячеек в центре компонентов. В способе введения материала в закрытые полости внутри сигаретного фильтра используют ленту,имеющую множество инжекционных игл, выступающих из ленты с интервалами, причем эту ленту пе-2 007833 ремещают по пути, смежному перемещаемому сигаретному фильтру, при этом движение ленты синхронизировано с движением стержня сигаретного фильтра. Синхронизация движения ленты с движением стержня сигаретного фильтра обеспечивает введение отдельных инжекционных игл в закрытые полости внутри сигаретного фильтра и их пребывание в этих полостях в течение заданного времени до их извлечения из полостей так, что через инжекционные иглы можно вводить материал в соответствующие закрытые полости. Признаки и варианты настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего описания со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором показана система для введения материала в разнесенные полости в стержне сигаретного фильтра согласно варианту выполнения изобретения (на чертеже каждая позиция относится к конкретной детали). Настоящее изобретение предлагает систему и способ для инжекции материала, например, расширяющейся пены, в полости или пространстве в сигаретном фильтре. Сигаретный фильтр может быть собран из нескольких фильтрующих компонентов в машине для сборки фильтра так, что стержень сигаретных фильтров включает чередующиеся полости или пространства, которые могут быть заполнены гранулами или частицами, и сегменты фильтрующего материала, например, волокнистого материала ацетата целлюлозы. Непрерывный фильтрующий стержень, сформированный с чередующимися полостями или пространствами, заполненными гранулами или частицами, и сегментами фильтра, перемещают в системе по изобретению так, что инжекционные иглы, установленные на ленте, могут входить в каждую из полостей через бумагу фильтра, и в соответствующие полости через иглы может вводиться материал в виде расширяющейся пены. Устройство для инжекции пены может использоваться для введения желаемых количеств расширяющейся пены с желаемыми интервалами вдоль табачного стержня сигареты для управления скоростью горения, температурой горения или для ароматизации дыма. Система и способ по изобретению могут обеспечивать закрытые полости в сигаретном фильтре для минимизации или устранения байпаса для воздуха. Как показано на чертеже, в предпочтительном варианте система по изобретению содержит ленту 40, которая продолжается вокруг приводных шкивов 30, 32 и снабжена множеством инжекционных игл 42, которые продолжаются наружу от ленты 40. Лента 40 является непрерывной и также огибает направляющие стержни 52, 54 и проходит рядом с камерой 50, которая может быть заполнена материалом, вводимым в полости сигаретного фильтра. Когда ленту 40 перемещают мимо камеры 50, каждая из инжекционных игл 42 на участке ленты 40, проходящем мимо камеры 50, вступает в сообщение по текучей среде с камерой 50 так, что материал может из камеры 50 через соответствующие иглы 42 подаваться в соответствующие полости 64 в стержень 60 сигаретных фильтров. Приводные шкивы 30, 32 приводятся синхронно с движением стержня 60 сигаретных фильтров так,что каждая инжекционная игла 42 входит в соответствующую полость 64, когда эта полость проходит мимо камеры 50, а затем выводится из полости перед ее прохождением через следующий приводной шкив. Направляющие стержни 52, 54 вместе с камерой 50 могут перемещаться в направлении двойной стрелки, показанной на чертеже так, что лента приближается или удаляется относительно движущегося стержня сигаретных фильтров. При запуске машины направляющие стержни 52, 54 и камера 50 отведены в положение на расстоянии от стержня сигаретного фильтра так, что иглы 42 не входят в соответствующие полости в стержне сигаретных фильтров. После синхронизации движения ленты 40 с движением стержня 60 сигаретного фильтра направляющие стержни 52, 54 и камеру 50 можно переместить к движущемуся стержню 60 сигаретного фильтра так, чтобы ввести иглы 42 в соответствующие полости 64. Материал в виде расширяющейся пены, изготовленный из желаемой фильтрующей или ароматизирующей среды, и проницаемый для воздушного потока, инжектируют под давлением из камеры 50 через иглы 42 в соответствующие полости 64. Количеством материала, инжектируемого через иглы в полости,можно управлять соответствующим средством управления в зависимости от того, пусты ли полости или частично заполнены фильтрующим материалом, таким как гранулы или частицы. При инжекции расширяющейся пены в открытую полость, количество пены, вводимой в полость, предпочтительно достаточно для заполнения полости на 100%. При инжекции пены в полость, уже по меньшей мере частично заполненной гранулами или частицами фильтрующей среды, вводят меньшее количество расширяющейся пены так, что она раздвигает гранулы или частицы для минимизации байпаса для воздуха внутри полостей. Синхронизирующий механизм, например, зубчатая и кулачковая конструкция, обеспечивает введение каждой из инжекционных игл 42 на ленте 40 в соответствующую полость 64 в стержне 60 сигаретных фильтров и остается в этой полости в течение достаточного времени, когда лента 40 и стержень 60 сигаретного фильтра движутся синхронно, чтобы в полость можно было ввести желаемое количество материала, чтобы устранить байпасы для воздуха. Затем синхронное движение ленты и стержня сигаретного фильтра обеспечивает то, что каждая инжекционная игла будет выведена из соответствующей полости после того, как введение материла будет остановлено. При желании можно добавить цикл очистки каждой из инжекционных игл после то, как она будет выведена из соответствующей полости и до того,как она вновь будет введена в другую полость. Цикл очистки может осуществляться, когда иглы движут-3 007833 ся по обратной ветви непрерывной ленты, которая показана сверху на чертеже. Система и способ по изобретению, таким образом, могут обеспечить возможность заполнения закрытых полостей в стержне сигаретных фильтров проницаемым вспененным фильтрующим или ароматизирующим материалом так,что воздушные байпасы в полостях будут устранены. Хотя настоящее изобретение описано на примере иллюстративных вариантов его выполнения, специалисту будут понятны многочисленные альтернативы, варианты и модификации, которые могут быть в него внесены. Соответственно, иллюстративные варианты настоящего изобретения и его альтернативные варианты могут быть созданы без выхода из объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Система для введения материала в полости, разнесенные по стержню сигаретных фильтров во время его изготовления, содержащая ленту, приспособленную приводиться синхронно со стержнем сигаретных фильтров; множество инжекционных игл, выступающих из ленты с интервалами, при этом расстояние между иглами совпадает с расстоянием между полостями, при этом инжекционные иглы вводятся в полости во время движения ленты, и камеру, содержащую материал, подлежащий введению в полости, при этом камера сообщается по текучей среде с инжекционными иглами, введенными в полости. 2. Система по п.1, в которой лента продолжается вокруг одного или более из шкивов, которые приводят ленту и позиционируют ленту относительно движущегося стержня сигаретных фильтров. 3. Система по п.2, в которой лента продолжается вокруг выдвижных направляющих, приспособленных позиционировать ленту на расстоянии от движущегося стержня сигаретного фильтра так, что инжекционные иглы не входят в полости, или смежно движущемуся сигаретному фильтру так, что инжекционные иглы входят в полости. 4. Система по п.1, дополнительно содержащая средство управления, которое приводит ленту так,что инжекционные иглы входят в полости, и материал из камеры инжектируется через инжекционные иглы в полости, когда стержень сигаретных фильтров проходит через систему. 5. Система по п.4, в которой лента продолжается вокруг одного или более из шкивов, которые приводят ленты и позиционируют ленту относительно движущегося стержня сигаретного фильтра. 6. Cистема по п.5, в которой лента продолжается вокруг выдвижных направляющих, выполненных с возможностью позиционировать ленту на расстоянии от движущегося стержня сигаретного фильтра так, что инжекционные иглы не входят в полости, или смежно движущемуся сигаретному фильтру так,что инжекционные иглы входят в полости для введения материала из камеры. 7. Система по п.6, в которой средство управления способно выбирать количество материала, вводимого через иглы в полости. 8. Система по п.4, в которой средство управления приводит ленту по такому пути, что иглы выводятся из соответствующих разнесенных полостей после введения материала в соответствующие разнесенные полости. 9. Система по п.8, в которой камера содержит запас пенообразующего материала с сообщением по текучей среде с инжекционными иглами, введенными в полости. 10. Система по п.9, в которой в разнесенных полостях присутствует гранулированный фильтрующий материал. 11. Система по п.10, в которой инжекционные иглы проникают в гранулированный фильтрующий материал и пенообразующий материал раздвигает гранулы для заполнения разнесенных полостей. 12. Способ введения материала в полости в стержне сигаретных фильтров, предусматривающий перемещение ленты с множеством инжекционных игл, выступающих из ленты с интервалами по пути, смежному движущемуся стержню сигаретных фильтров во время его изготовления; введение инжекционных игл в полости и инжекцию указанного материала через инжекционные иглы в указанные полости. 13. Способ по п.12, дополнительно предусматривающий подачу в инжекционные иглы материала из камеры, сообщенной по текучей среде с иглами, и инжекцию заданного количества материала через инжекционные иглы в указанные полости. 14. Способ по п.13, дополнительно предусматривающий последовательное извлечение инжекционных игл из полостей после введения в полости заданного количества материала. 15. Способ по п.14, дополнительно предусматривающий последовательное подвергание инжекционных игл процессу очистки после введения материала в полости. 16. Способ по п.12, дополнительно предусматривающий перемещение ленты от указанного пути,смежного движущемуся стержню сигаретных фильтров к пути, удаленному от движущегося стержня сигаретных фильтров на расстояние, достаточное для предотвращения входа игл в разнесенные полости. 17. Способ по п.16, в котором стадию перемещения ленты к пути, удаленному от стержня сигарет-4 007833 ных фильтров, выполняют во время запуска. 18. Стержень сигаретных фильтров, содержащий внешнюю обертку,множество разнесенных фильтрующих элементов, выполненных из волокнистого материала, при этом разнесенные фильтрующие элементы удерживаются относительно друг друга внешней оберткой,множество полостей между разнесенными фильтрующими элементами, при этом полости, по существу, полностью заполнены гранулированным материалом и материалом в виде расширенной пены. 19. Стержень сигаретных фильтров по п.18, в котором фильтрующие элементы выполнены из ацетата целлюлозы, а гранулированный материал содержит частицы углерода. 20. Стержень сигаретных фильтров по п.19, в котором материалом в виде расширенной пены является углеродистый полимер.