DE1920700B - Tabakrauchfilter sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Tabakrauch filter sowie auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zu seiner Herstellung.

Die Frfindung geht aus von einem Tabakrauchfilter mit einem sich axial erstreckenden, röhrenförmigen Außenelement, innerhalb dessen ein sich axial erstreckendes hohles Innenelement angeordnet ist, da- mit einer sich axial erstreckenden, gasdurchlässigen Wandung versehen ist, wobei in Axial richtung strömender Rauch durch die Wandung des Inneneitjnients hindurchtritt und dabei gefiltert wird. Aus der belgischen Patentschrift 638 426 ist ein Hohlmundstück ohne Filterung, bestehend aus einem in Längsrichtung gewellten Band, das an einem flachen Band angeheftet ist, bekannt, wobei die Schicht der beiden Bänder anschließend in Querrichtur? gefaltet wird, bis die Kanten der Bänder sich in einer Längsnaht treffen, die dann verschlossen wird. Ein weiterer Umhüllungs^r,trcifen kann dann diese Kombination an ihrem Platz halten. Ein solches Band kann ersichtlich keine Filterwirkung ausüben. Ferner ist das hohle innenclement an dem äußeren Bauteil längs in Längsrichtung gerichteter paralleler Linien mit Spalten zwischen ihnen abgedichtet, so daß ein Axialdurchgang des Rauches zwischen den Teilen nicht verhindert werden kann.

In der belgischen Patentschrift 679 657 wird ein Zigarettenfilter aus einem Füllmaterial mit einer Hülse beschrieben, wobei ein oder mehrere Körper umgeben werden, die sieh in Längsrichtung erstrecken. Diese Körper sind Röhren oder Kapillaren mit einem Querschnitt, der so gewählt ist. daß sie ein brauchbares Aussehen erhalten. Diese Röhren sind jedm.h nicht mit Hindernissen versehen, durch die der Rauch durch die Wandung der entsprechenden Röhre strömen müsste.

Die britische Patentschrift 1 076 921 beschreibt ein Filter, bei dem der Rauch durch die Wandungen eines hohlen Innengliedes mit Hilfe von Scheiben geführt wird, wobei Verschlußeinrichtungen vorgesehen sind.

Eine ähnliche Anordnung, die ebenfalls die Verwendung von Membranen und Scheiben erforderlich macht, ist in der französischen Patentschrift I 118 860 beschrieben.

Solche Filter lassen sich nur schwierig mit brauchbaren Produktionsgeschwindigkeiten herstellen.

Die USA.-Patentschrift 3 040 752 offenbart ein Filter aus Zelluloseazetatfäden, wobei am Mundende eine Ausnehmung vorgesehen ist. die durch thermoplastische Deformation entsteht. Auch hier geht der Rauch nicht durch eine Wandung eines irgendwie hohlen Innengliedes.

Die deutsche Auslegeschrift 1 249 139 beschreibt ein Zigarettenfilter bestehend aus einem äußeren aus Karton bestehendem Rohr und locker eingepacktem Filtermaterial. Die Filterwirkung läßt sich durch Quetschen des Rohres und damit durch Zusammendrücken des Filtermaterials modifizieren. An der Stelle, an der das Rohr gequetscht worden ist. muß der Tabakrauch durch einen kleinen Querschnitt hindurchtreten.

Durch die Erfindung soll ein Tabakrauchfilter geschaffen werden, das beispielsweise an Zigaretten befestigbar ist und bei dem der Tabakrauch von einer Fläche auf die andere Fläche eines dünnen dichten Filtermaterials gelangt, dessen Bereich groß gegenüber der Querschnittsfläche der Zigarette ist.

Auf diese Weise wird beim erfindungsgemäßen Filter eine besonders hohe Retention mit einem niedrigen Druckabfall erstrebt und außerdem erreicht. daß das Filter wirtschaftlich herstellbar ist.

Das ertindungsgemäße Filter kennzeichnet sich dadurch, daß in einem ersten axialen Bereich die Außenfläche der Wandung des Innenelementes mit der Innenfläche des .-\u!:enelementes im Eingriff steht, so daß in diesem Bereich ein Durchgang von Rauch «-wischen den beiden Elementen hindurch im wesentlichen ausgeschlossen ist und daß in einem zweiten axialen Bereich des Innenelementes sich die Innenflächen \ on dessen Wjndunc miteinander im Eingriff befinden, so d.i:3 in diesem Bereich ein axialer Durchhang ν on Rauch zwischen diesen Flächen im wesentlichen ausgeschlossen ist.

Vorteilhaft .. rd das Filter gemäß der Erfindung so weitergebildet, daß die Wandung des Innenelementes .!us Papier, gebundenen Faserbahnen, porösen Kunststoffen, Kunststoffschäiimen. gebundenen Fäden oder Fasern, gegebenenfalls diese Materialien in Kombi-•vir?.>n besteht

Die Wandung des Inr.enelementes kann dabei zweckmäßig aus gebundenen Fäden oder Fasern aus Zelluloseazetat hergestellt sein.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann das Filter eine Subsnnz enthalten, die aus der Dampfphase lies Tabakrauchs Bestandteile entlernt odci dieser Bestandteile zuset/t. wobei diese Substanz im Material der Wandung des hohlen Innenelemcntei enthalten oder son der Wandung umschlossen ist Das Filter gemäß der Erfindung läßt sich noch dadurch weiterbilden, daß sich das Inncnelement ir zwei ersten axialen Bereichen, nämlich an meiner beiden Enden mit dem Aiißenelemcnt im Eingriff befindet und daß der zweite axiale Bereich /wischen den

ίο Enden liegt.

Dabei kann zwischen dem Innenelement und dem Außenelement um den zweiten axialen Bereich herum ein», graniilatförmige Substanz angeordnet sein. z. B, eine Substanz, die aus der Dampfphase des Tabakrauches Bestandteile entfernt oder dieser Dampfphase Bestandteile hinzufügt.

Im zweiten axialen Bereich liegt in weiterer Ausbildung der Erfindung vorzugsweise ein Teil dei Außenfläche des Innenelementes nahe der Innenfläche des Außenelementes, wodurch dieses gegen radiale Deformation abgestützt ist.

Das Innenelement kann dabei im zweiten axialen

Bereich mit einer Mehrzahl von Rippen versehen sein, Die Rippen des Innenelementes können in Schraubenod«:r Spiralform angeordnet sein, und ihr Radius ist vorteilhaft etwa gleich dem halben Innendurchmesser des Außenelementes im zweiten axialen Bereich, Die Fläche der Wandung, durch die Rauch hindurchströmt, beträgt zweckmäßig zwischen 3.0 und 16.0 cm².

Die Wandung des Innenelementes besteht vorteilhaft aus Filtermaterial, dessen Packungsdichte zwischen 0.1 und 0.4. vorteilhaft etwa 0.35 beträgt.

Die Wandung des Innenelementes besteht zweckmäßig im wesentlichen aus Fasern mit einem Durchmesser von weniger als 25 Mikron, vorzugsweise vor etwa 14 Mikron.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines solchen Tabakrauchfilters kennzeichnet sich im allgemeinen dadurch, daß aus gasdurchlässigem Filtermaterial eine als Innenelement dienende Röhre gebildet wird, deren Innenfläche in zweiten axialen Bereichen miteinander in Eingriff gebracht wird und die mit einer als Außenelement dienenden Umhüllung versehen wird, worauf die Außenfläche des Innen" elementes in ersten axialen Bereichen mit der Innenfläche des Außenelementes in Eingriff gebraciit wird, und daß vor oder nach dem Umhüllen de« Innenelementes durch das Außenelemem dieses entweder in ersten oder in den zweiten axialen Bereichen durchschnitten wird.

Vorteilhaft wird das Innenelement zuerst in den einen axiaien Bereichen und dann in den anderen axialen Bereichen durchschnitten, wobei in weiterer Ausbildung der Erfindung in den einen oder in den beiden axialen Bereichen die Flächen miteinander durch Klebstoff verbunden werden können. Die Röhre. aus der die Innenelemente geformt werden, wird aueinem oder mehreren länglichen Streifen eines gasuurchiässigen .xatenais hergestellt. Man kann die Röhre dadurch formen, indem man einen Streifen um eine Längsachse biegt und dessen Läns^ränder aneinanderlegt und miteinander % erbindet.

Man kann auch ein oder mehrere Streifen durch schraubenförmiges Wickeln und Verbinden der überlappenden Teile zu einer Röhre formen.

Dabei können ein oder mehrere der Streifen aus thermoplastischem Material bestehen, und die Ver-

bindung eines Streifens mit einem benachbarten oder überlappenden Streifen kann durch Zufuhr von Wärme erfolgen.

Vor dem Formen des Streifens zu e.ner Röhre kann dieser Streifen mit Querstreifen aus Klebstoff versehen werden.

Die Röhre, aus der die Innenelemente hergestellt werden, lassen sich durch Verbinden von thermo-ίlastischen Fäden oder Fasern, vorzugsweise aus elluloseazetat miteinander bilden. Dabei werden Hweckmäßig die Fäden oder Fasern di'rch Zufuhr von Wärme und unter Verwendung eines flüssigen Weichfnachers miteinander verbunden.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird die Röhre, aus der die Innenelemente hergestellt werden, kontinuierlich geformt und anschließend durch beheizte Elemente verformt, um deren Innenflächen in den zweiten axialen Bereichen miteinander in Eingriff zu bringen, worauf die Umhüllung zur Bildung des Aiißenelementes erfolgt.

Vorteilhaft wird das Material der Wandung der durchlässigen Röhre in den zweiten axialen Bereichen erwärmt und geformt, wodurch abstehende Teile entstehen, deren Ränder nach dem Umhüllen durch das Außenelement nahe dessen Innenfläche liegen.

Die Wandung wird zweckmäßig in eine Vielzahl von F Ippen verformt.

Die Wärmebehandlung erfolgt vorteilhaft durch Zufuhr von Dampf, während die Fäden oder Fasern durch einen Ringraum treten, worauf die so hergestellte Röhre durch beheizte Elemente verformt wird, durch welche das Material der Fäden oder Fasern plastifiziert wird.

Die durchlässige Röhre, aus der die Innenelemente geformt werden, wird zweckmäßig unterteilt, worauf die Innenflächen miteinander in Eingriff gebracht werden.

Die als Innenelement dienende Röhre wird mit granulatförmigem Material umgeben und darauf umhüllt und in den ersten axialen Bereichen unterteilt.

F,ine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens kennzeichnet sich zweckmäßig durch eine Einrichtung, durch die eine fortlaufende Röhre erzeugt wird, eine Einrichtung mit Backen oder Prägeblöcken, durch welche die Wand der Röhre verformt wird, eine Einrichtung, durch die die verformte Röhre mit einer Umhüllung versehen wird, und eine Tienneinrichtung.

Die Einrichtung zur Erzeugung einer Röhre enthält "In v.citerer Ausbildung der Erfindung zweckmäßig tine Zuführeinrichtung für Material und einen itrömungskanal. innerhalb dessen ein Dorn angeordnet ist. wobei zwischen dem Strömungskanal und dem Dorn ein Rincspalt gebildet wird, dem Dampf fugefühn werden kann.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist die Einrichtung zur Erzeugung einer Röhre durch eine Formatkammer gchildct, durch welche ein endloses I orderband kontinuierlich hindurchgeführt wird, durch welche-, ein von einer Rolle abgezogenes Matcrialband in die Röhre verformt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch so ausgestaltet werden, daß die Einrichtung zur Verformung der Röhre aus einer Kammer gebildet ist, in tier eine Mehrzahl von Blöcken vorgesehen ist, die mit Prägestempeln versehen sind und die mit einem Kanal ausgebildet sind, der zur Aufnahme der Röhre dient, wobei die Blöcke durch eine in sich geschlossene Fördereinrichtung bewegt werden und dadurch die Bahn der Röhre kreuzen, worauf die Prägestempel durch die Innenwand der Kammer so bewegt werden, daß sie in Kanäle der Blöcke verschoben werden und dadurch die Röhre verformen.

Nach F i g. 1 besteht ein Teil der Filterzigarette 20 aus einem papieruinwickelten Tabakstab 22 und einem Filter 30. die miteinander durch eine Mundstückumwickliing 32 fest verbunden sind. Das Filter 30 besteht aus einem röhrenförmigen Außenelement 34

ίο und einem hohlen Innenelement 36. Das Element 34 besteht aus einem Zylinder aus steifem Papier der bei der Herstellung von Zigarettenmundstücken verwendeten Art. Das Element 36 umfaßt eine luftdurchlässige Röhre, deren Wandung aus gebundenen Zelluloseacetatfasern oder einem der anderen hier beschriebenen Filtermaterialien besteht. Ein Endteil 38 ist zylindrisch und befindet sich über seinen gesamten Umfang im Eingriff mit der Innenfläche des Aiißenelementes 34, wodurch im wesentlichen der Durch-

ao gang von Rauch an dieser Stelle zwischen den Elementen 34 und 36 verhindert wird. Ein Klebemittel kann verwendet werden, um den Endteil 38 zu befestigen sowie diesen wirksamer gegen das Teil 34 abzudichten. Integrale Teile 42 des inneren Elementes

»5 36 werden in weiter unten zu beschreibender Weise gekräuselt oder zusammengepreßt, so daß deren Innenflächen in Berührung miteinander stehen. Das Innenelement 36 teilt so einen strömungsaufwärts liegenden Raum 40 gegen einen strömungsabwärts liegenden Raum 48 ab. Von einem Tabakstab 22 kommender Tabakrauch tritt in den Hohlraum 40 durch die permeable Wandung des Innenelementes 36 in den Hohlraum 48. Die Lage des Filters 36 kann umgekehrt weiden, so daß der Hohlraum 48 dem Tabakstab 22 gegenüberliegt. Die Ränder 44 des zusammengequetschten Teils 42 kommen in Kontakt mit der Innenfläche des Außenelementes 34 und tragen dazu bei. das Innenelemeni 36 innerhalb des Außenelementes 34 zu positionieren und sicherzustellen, daß die permeable Wandung des Innenelementes 36 zwischen den Teilen 38 und 42 für die Rauchfiltration zur Verfugung steht. Alternative Zusammenquetschformen sind in den F 1 g. 5, 6. 7 und 8 gezeigt. Die Innenflächen der Wandungen des EIementes 36 stehen bei 42 im Eingriff, so daß im wesentlichen der Durchgang von Rauch hierzwischen ausgeschlossen ist. Sie können, wenn es sich bei dem Material der Wandungen wenigstens teilweise um einen Thermoplast handelt, gegeneinander durch Schmelzen befestigt werden und der Teil 42 kanr dutch Koaleszierung undurchlässig gemacht werfen Im Hinblick auf die Erfindung jedoch stehen die Flächen ausreichend im Eingriff miteinander, wenr der Rauch so gerichtet ist. daß er im wesentlicher durch den Teil 46 der Wandung des Elementes 3< tritt, der zwischen den Teilen 38 und 42 sich befindet In ähnlicher Weise werden die Teile 38 in ausreichen der Weise mit der Innenfläche des Elementes 34 ii Eingriff gebracht, wenn zwischen diesen ein merk £o licher Beipaß von Rauch nicht existiert, obwohl eir vollständige Abdichtung wünschenswert erscheint.

In den F i g. 5 und 6 der Zeichnungen sind altei native Zusammenquetsch- oder Kräuseiungsforme des Innenelementes 36 gezeigt. Die dem äußere Element 34 durch die Y- oder kreuzförmigen Rippe gegebene Abstützung ist besser als die durch die eir fächeren, in F i g. 1 gezeigten S- oder Z-Zusammei quetschungen gegebene.

209 510 "H

In f ι L^-. ~ !■■! cine weitere altern.iti\e .Λιι-fühnin»¹--i"rm '.L-- Inrienclemer.ie-36 c'hriic-te'!t v.orden. Hierbei sind die Seitenwandimgcn ce- Elementes 36 />.,- -ammeivjequet-cht oder gefaltet, -ο dal·'- Rippen Ycla--'jii ■.·■ erden, die ^<-chr;".iK-nförmiü · m die Läng-aeh-c de- Elemente-- 36 angeordnet sind. Hierdurch ν.ird in¹ äuf'eren !-lenient 34 eine s-ute Abstützung gegeben, und eer Quer-ehnitt dc-- letzteren kann, wenn c- avis dünnen Materialien besteht, im wesentlichen r.rei^fi'irmi.j gehalten werden. in

In h i g. 8 ist eine Ausführung>form des liinenilementes mit einem sich erweiternden Teil 38 und iinem geschlossenen, durch Verdrehen gebildeten l'nde 42 dargestellt.

Nach einer weiteren Ausführiingsform kann das Innere Riemen! 36 der F i g. 1. 5. (1. 7 und H in einer doppelten, beispielsweise durch die gestrichelten Linien dargestellten Form gemacht sein, wobei der gefaltete Teil 42 in der Mitte /wischen den Enden des f-liters liegt. Diese Ausführungsform führt zu einem kreisförmigen Ende, welches die Befestigung an eine Zigarette erleichtert, und bildet ein kreisförmiges, mit Aussparungen versehenes Fnde unmittelbar am Mund, »eiche- von vicljn Rauchern bevorzugt wird. Diese form erleichtert die Einverleibung von Granulaten ■dsorbierenden oder anderen Materials. Diese können in den Raum um den gefalteten Teil 42 des Innenelementes 36 angeordnet und an ihrer Stelle durch Jas AuP'Cnelement 34 und di<_ beiden kreisförmigen Enden 38 gehalten werden. Das Material trägt zur radialen Steifigkeit des Filterstabes an diesem Teil seiner Länae lci. *

Das äußere Element 34 kann gewünschtenfalls fortgelassen werden und seine Hinklion durch Verwendung einer steifen Mundstückumwicklung 32 überfiommer. werden. Die Anwendung dieser Ausführungsform ist abhängig da\on. ob eine Filterzigareltentnaschine vorhanden ist. die in der Lage ist. in zufriedenstellender Weise das gefaltete Innenelement 36 in handhaben.

Durch Längung des Filters kann der Bereich der fiermeablen Wandung des Innenelementes 36 vergrößert und der Druckabfall hierdurch verkleinert ♦ erden. Zusätzliche Hltermaterialien 52 in Granulatform können innerhalb des Hohlraumes 48 vorgesehen und hierin durch eine permeable Scheibe 50 gehalten werden, wodurch ein Dreielementenfilter. bestehend aus dem Innenelement 36. dem Material im Hohlraum 48 und der Scheibe 50, geschaffen wird. Solche granulatförmigen Materialien können aus aktiv ierter Kohle. Silicagel und anderen Absorbierungsmitteln bestehen. Alternativ kann der Hohlraum 48 durch einen Stopfen 51 geschlossen werden, der durch gestrichelte Linien angedeutet ist.

Nach der in den F i g. 2 und 3 dargestellten Ausfühl"ungi-Toi m sind Verfahren und Vorrichtungen zum Bilden von Filterelementen der in F i g. 1 gezeigten Art von einem Materialstreifcn oder einer Materialbahn dargestellt. Eine Filterniaterialbahn. beispielsweise aus Papier oder ähnlichem luftdurchlässigem Material, kommt von der Rolle 62 und tritt durch eine röhrenförmige Formatkanimei 64. wo es i.i zylindrische Form durch ein endloses Band 66 gebracht wird, so daß eine Röhre 68 entsteht. Die Ränder 70 des Bandes werden durch Überlappung oder stumpfes Aneinanderfügen -- bei 72 dargestellt — \erblinden _md können aneinander zum Kleben und zum Abdichten durch ein ceschmolzenes Kunststoffmaterial \!ebrat-h'. werden, dci*· von einer Di'_;-e 74 konnv·; Streifen 76 eine- KunMM'iffmaterial^. l"ei>picKwei--c ge-chm >!zenen Kunststoff·., können an im AKtanr vorgesehenen S'e'len auf einer Seite der BaIm di'rcl· eine re/iprol.ierende. intermittierend wirkende Abgabevorrichtung 78 aufgebrach', werden Die Sireifer 76 können mit einem axialen Abstand gleich der Länni. eines einzig-.-n Filter-· oder gleich dem Doppelter d'e^er Fänge vorgesehen -ein. Die Röhre 68 hat die Streuen so auf der Innenseite. Fine Quetsch- odci FaIt- bzw. Kräuselvorrichtung 80 besitzt hin- und hergehende geformte Backen innen. d>e die Röhre 68 ir eine Form falten oder quetschen, wie sie in den F i g. 1. 5 und 6 dargestellt ist und den geschmolzenen Kunststoff abdichten, so daß ein kontinuierlicher Stab 8i des gequetschten oder gefalteten lnnenelemctes. bestehend aus gefalteten und hohlen Teilen, sebildei wird. Andere Klebmittel, beispielsweise heißsieeelnde oder flüssige Klebstoffe, können anstatt des geschmolzenen Klebstoffs verwendet werden, wobei in diesem FaIi erwärmte Backen in der FaIt- oder Quetsch· einrichtung 80 (Crimper) verwendet werden, um die Innenflächen der Röhre 68 in Eingriff zu bringen

Das gequetschte oder gefaltete Element 86 win¹ dann mit einer Bahn heiß versiegelbaren, von eine Rolle 88 kommenden Papiers mittels einer weiterer Formatkammer 90 iiberwickclt. Das Agsreeal bcstt.1 das übliche Antriebsband 92 und eine Heizeinrichtung 96 zur Bildung einer länglichen überlappten iun^: geklebten Naht, wodurch der Streifen um das innere Element 86 festgelegt wird. Eine Abschneidevorrichtung 100 teilt die kombinierten inneren uik^: äußeren Elemente 98 in Filtcrstäbc multipler I üiii'a 102. Diese können vier Filterelemente umfassen, die in die Doppeleinheit 94 nach F i g. 4 unterteilt werden die befestigt an Tabakstäbe 108 durch eine Mundstück Überwicklung befestigt dargestellt ist. 1 in Sch η in längs der Linie 112 trennt die Doppeleinheit mit der Tabakstäben 108 in zwei Filterzigaretten.

Andere Techniken zum Bilden des inneren Elementes aus einer Bahn oder einem Streifen umfassei schraubenförmiges Wickeln. Bei diesem Verfahren welches im allgemeinen für die Herstellung von Papp röhren verwendet wird, werden ein oder mehren Streifen schraubenförmig gewickelt und an sich überlappenden Teilen aneinander um einen Dorn 71m Haften gebracht. Mehr als eine Materialschicht kam verwendet werden, es wird so möglich, das innen Hohielement mit inneren und äußeren Schichten unter schiedlichen Materials zu erzeugen. So kann boispicls weise die innere Schicht aus einem ihe.mopkistischei Material bestehen und das Abdichten der zusammen gequetschten oder gefalteten Teile 42 durch Auf bringimg von Wärme erleichtern Wärme kann /ι: sätzlich verwendet werden, um die thermoplastisch; Schicht an die benacliba.te Schicht /u binden. Anden Materialien können in eine oder mehrere der Schichte) eingebaut werden, um spezifische filternde, chemisch, oder Geschmackseffekte hervorzurufen.

Das hohle innere Element kann aus einem Lamina geformt werden. Dies ist ein zweckmäßiger Weg. im eine thermoplastische Inneii.-.chichl nach dem Ver fahren der F i g. 2 einzuarbeiten. Das Abdichten de Längsränder 70 des Streifens aus Filtermaterial urn der gefalteten Teile 42 des inneren Elementes werdei in diesem Fall allein durch die Anwendung von Wärm vorgenommen. Das Filtermaterial des Innenelemente kann thermoplastische und nichtthermoplastisch

-105

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!■'eisern in Ziimischung zueinander enthalten, beispielsweise eine Bahn aus porösem Papier, welches aus Pulpenfaserii und sekundärem Zelluloseacetat gebildet ist.

Nach dieser in den F i g. 9 und 10 dargestellten Ausführungsform der Gründung liefert eine bekannte Strangstreck- und Plastilizierungsvorriclnung. die durch den Block 130 angegeben ist. ein geöffnetes, gekräuseltes konliiv-'erliches fadenförmiges Zelluloseicetattau 132 an eine Luftdüs. 134. wobei auf die iauoberfläche etwa 9°/n Triacetin in feinen Tröpfchen Verteilt sind. Die ist allgemein in der britischen Patentfchril't 933 227 dargestellt; vorgesehen Kind zwei kep.elllurripfförmige Rohre, die ineinander befestigt sind lind wobei an Driickluftausbildung ein Anschluß 136 Angebracht ist, der in den Raum zwischen den kegelttumpfförmigen Gebilden und dem Auslaß aus dem t.ndc 13S reicht, wodurch das Tow 132 mitgezogei¹ wird. ⁿin nicht dargestellter Dorn tritt durch die Düse 134 in die Strahldüse 140. Letztere ist im allgemeinen wie in der britischen Patentschrift 970 817 tiargestellt und mit einer Damplquelle zur Verbindung 142 versehen Der Dampf tritt in die Bohrung der Strahldüse durch Radialöffnungen und dient dazu, (die Zelluloscacetatfäden aneinanderxubinden. währcnd diese durch den Ringraum zwischen Dorn und Bohrung treten. So wirr¹ eine Röhre 156 aus gebundenen Zelluloseacetatfäden geformt. Dieses tritt in cine FaIt- oder Preßvorrichtung 144. die einen beheizten Raum 146 umfaßt, innerhalb dessen eine die Falteinrichtung 150 nach F i g. 10 tragende Kette 148 vorgesehen ist. Jede der Vorrichtungen umfaßt einen Rlock 152 mit einem Schlitz 154 zur Aufnahme der von der Strahldüse 140 kommenden Röhre 156. Vier federbelastete Gleitformen 158, deren Enden gegen die Röhre 156 gerichtet sind, sind so ausgebildet, daß sie zusammenwirken und die gewünschte Faltungs- oder Quetschform im Rohr erzeugen, beispielsweise die in F i g. 6 gezeigte. Das Zelluloseacetat fließt unter der Wärme und klebt die Fäden aneinander, wodurch sie geformt werden und ihre gewünschte Gestalt beibehalten. Das gefaltete oder gequetschte, aus der FaIt-. Quetsch- oder Kräuselvorrichtung 144 kommende Rohr tritt in die Formatkammer 162 ein. welches von bekannter Bauart ist und einen endlosen, durch eine Trommel 166 getriebenen Riemen 164 umfaßt. Ein Papierstreifen 174 umhüllt die ummantelte oder gefaltete Röhre 160. die nunmehr das hohle Innenelemcnt bildet, um das mit Bezug auf F i g. 2 beschriebene äußere Element zu bilden. Eine Abschneide- \orrichtung 168 teilt den Stab 170 in Stäbchen 172 einer gewünschten Vielfalt von Filtercinheiten. Um granulatförmises Material einzuverleiben, wird der Papierstreifen 174 in eine Rinne um das Element 160 herum geformt, wie durch die gestrichelte Linie dargestellt: die Granulate werden von einem Behälter 176 fallengelassen, so daß sie um das Element 160 herumfliegen und den Raum zwischen diesem und dem Papierstreifen 174 auffüllen. Letzterer wird um das Element 160 gefaltet und mit einer überlappenden und klebenden Naht durch die Heizeinrichtung 178 gesiegelt, v.odurch ein Verbundstab gebildet wird. Die Abschneidevorrichtung 168 wird zeitlich so geregelt. '.Uiß nur durch die nicht gefalteten Teile des Elementes 16Ί! jeschnitten wird.

In einem Vcrgleichsversuch wurden Filter der .n Fig. I gezeigten Art aus im Handel erhältlichen luftdurchlässigen Papieren mit unterschiedlichen Druckabfällen hergestellt. Jedes Filter war 25 mm lang und wurde an einen 65 mm langen Tabakstab befestigt. Tafel 1 vergleicht die prozentuale Retention dieser Filter mit entsprechend bekannten Verfahren hergestellten Filtern. »Myria« ist ein länglich genutetes Papierfilter: »Acetat« ist ein übliches Filter aus gekräuselten kontinuierlichen Fäden aus Zelluloseacetat. Wie sich zeigt, ist das Retentionsvermögen des Filters nach der Erfindung bei einem gegebenen Druckabfall wesentlich größer.

Tafel I

Type

Erfindung
»Myria« .
»Acetat« .

Erfindung

»Myria« .
»Acetat« .

Erfindung

»Myria« .
»Acetat« .

Erfindung
»Myria« .
»Acetat« .

In Tafel Il wird ein Vergleich vorgenommen zwischen einem entsprechend F i g. 1 hergestellten Filter mit einem Überzug aus aktivierter KohK. uf der Innenfläche und einem üblichen Filterstopfen gleicher Länge aus gebundenem Kohlenstoff, der nach dem Stand der Technik hergestellt wurde. Acrolein wird als typische Dampfphasenverbindung gewählt, deren Entfernung aus Tabakrauch durch das Filter gibt da;· Dampfphasenrückhaltevermögen an. Die Erfmdimt liefert bei einem einzigen Filter bei niedrigem Druckabfall eine hohe Retention der Dampfpiiasenbcstandteile mit hoher Retention der Tabakrauchfeststoffe

abfall (cm)	1Y,, Rent
0.8	64
0.8	18
0.8	11
2.4	81
2.4	36
2.4	25
3.6	93
3.6	47
3.6	35
4.6	94
4.6	54
4.6	41

Tafel Il

Material

Druckabfall

Acrolein durchs j
Tilter (Mikrocramm) I

!.inters. Pulpe und Kohlenstoff
Gebundenes Kohlestoffiher . . .

1.1"
1.0"

11
19

Gewicht Jes Kohlen >to(Ts (Mikrocramni

71
197

Die Fläche des Filtermaterial*, durch welches Rauch in Filter nach der Erfindung gezogen wird, kann variiert werden. Im alleemeinen liegt sie zwischen 3 und 16 cm'². Die gepackten Filter nach dem Stand de Technik haben eine Fläche gleich der des Endes de Zigarette, das ist etwa 0.5 cm'-. Auf Grund «.tor cröhc

05

rc η Hikhe kann das leitermaterial cine größere Packungsdichte, das ist das Voliimenverhältnis der Feststoffe im Filtermaterial zum Gesamtvolumen des Materials, aufweisen. Die Packungsdichte kann zwischen U₁I und 0,4, vorzugsweise bei etwa 0,35 liegen. Eine Packungsdichte dieser Größe ist bisher nicra für die Filtrierung von Zigarettenrauch angewendet worden. Die Geschwindigkeit des Rauchstroms durch das Filter bei normaler Rauchgeschwindigkeit kann zwischen 2,5 und 5,7 cm/Sek. liegen. Diese viel niedrigere Geschwindigkeit ermöglicht eine wirksamere Filtrierung bei einem gegebenen Druckabfall brauchen mit bekannten handelsüblichen Filtern. Besonders gute Ergebnisse werden mit Filtern eines Durchmessers unterhalb 25 Mikron erhalten, Fasern von etwa 14 Mikron Durchmesser haben sich als besonders wirksam herausgestellt, um das innere Element ausreichend steif und retentiv zu machen, während trotzdem ein brauchbarer niedriger Druckabfall beibehalten werden kann, der nicht wesentlich größer als 6 cm Ws ist.

Das Filter und das Verfahren zu seiner Herstellung wurden oben beschrieben, insbesondere im Hinblick auf die bevorzugten Materialien und die Vorrichtung. Es zeigt sich jedoch, daß bei einem einfachen Versuch entsprechend den gegebenen Lehren mit den gegebenen Ausführungsformen die Zweckmäßigkeit anderer Materialien zutage tritt. So können beispielsweise andere thermoplastische Fäden und Fasern anstatt Zelluloseacetat verwendet werden, und aus synthetischen Kunststoffen hergestelltes Papier kann das Papier der Ausführungsform nach F'i g. 2 ersetzen. In ähnlicher Weise kann an Stelle des Verfahrens der Fig.] und 9 mit kontinuierlichem Stab ein Verfahren zur Anwendung gebracht werden, bei dem nacheinander eine durchlässige Röhre geformt wird, diese in Uniu-n geschnitten und diese verformt werden, wodurch ihre Innenflächen in Eingriff gebracht werden.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun anhand der Zeichnungen näher erläuie:t wenden, in denen

F i g. 1 ein typisches Filter mit einem Teil eiiu-, hieran befestigten Tabakstabes zeigt;

F i g. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Bildung des I l\- ters nach der Erfindung;

F i g. 3 zeigt einen Filtermaterialstreifen wälnci-.i der Umwandlung in ein inneres Hohlelement;

Fig. 4 zeigt eine Stufe in der Produktion eines Paares von Filterzigaretten; die

F i g. 5, 6, 7 und 8 sind perspektivische Darstellungen von drei verschiedenen Formen des inneren Filterelementes;

F i g. 9 zeigt eine Vorrichtung zur Bildung ein^s Filters aus Zelluloseacetatfäden; und

Fig. 10 ist eine vergrößerte Darstellung eines Teiles der Vorrichtung nach F i g. 9.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (35)

Patentansprüche:

1. Tabakrauchfilter mit einem sich axial erstreckenden, röhrenförmigen Außr-nelement, innerhalb dessen ein sich axial erstreckendes, hohles Innenelenient angeordnet ist, das mit einer sich axial erstreckenden, gasdurchlässigen Wandung versehen ist, wobei in Axialrichtung strömender Rauen durch die Wandung des Innenelementes hindurchtritt und hierbei gefiltert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten axialen Bereich die Außenfläche der Wandung des Innenelementes (36) mit der Innenfläche des Außenelementes (34) im Eingriff steht, so daß in diesem Bereich ein Durchgang von Rauch zwischen den beiden Elementen (36, 34) hindurch im wesentlichen ausgeschlossen ist und daß in einem zweiten »xialen Bereich des Innenelementes (36) sich die Innenflächeo von dessen Wandung miteinander ao im Eingriff befinden, so daß in diesem Bereich ein »xialer Durchgang von Rauch zwischen diesen Flächen im wesentlichen ausgeschlossen ist.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Innenelementes (36) »us Papier, gebundenen Fa»erbahnen, porösen Kunststoffen, Kunststoffschäumen, gebundenen Fäden oder Fasern, gegebenenfalls diese Materialien in Kombination, besteht.

3. Filter r 'ch Anspruch 2, dadurch gekennreichnct, daß die Wandung des Innenelementes (36) aus gebundenen Fäden oder rasern aus Zelluloseazetat besteht.

4. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Substanz enthält, die aus der Dampfphase des Tabakrauchs Bestandteile entfernt oder dieser Bestandteile zusetzt, wobei diese Substanz im Material der Wandung des hohlen Innenelementes (36) enthalten oder von der Wandung umschlossen

5. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Innenelement (36) in zwei ersten axialen Bereichen, nämlich an Seinen beiden Enden, mit dem Außenelement (34) im Eingriff befindet und daß der zweite axiale Bereich zwischen den Enden liegt.

6. Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Innenelement und dem Außenelement (36, 34) um den zweiten axialen Bereich herum eine granulatförmige Substanz angeordnet ist, 7. B. eine Substanz, die aus der Dampfphase des Tabakrauches Bestandteile entfernt oder dieser Bestandteile hinzufügt.

7. Filter nach einem der vorhergehenden An-Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten axialen Bereich ein Teil der Außenfläche des Innenelementcs (36) nahe der Innenfläche des Außenclcmcntes (34) liegt, wodurch dieses gegen radiale Deformation abgestützt ist.

8. Filter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenelcmcnt (36) im zweiten axialen Bereich mit einer Mehrzahl von Rippen verschen ist.

9. Filter nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen des Inncnclcmcntcs (36) in Schrauben- oder Spiralform angeordnet sind und daß deren Radius etwa gleich dem halben Innendurchmesser des Außenelementes (34) im zweiten axialen Bereich ist.

10. Filier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Wandung, durch die Rauch hindurchströmt, zwischen 3,0 und 16,0 cm" beträgt.

Jl. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Innenelementes (36) aus Fi'termaierial besteht, dessen Packungsdichte zwischen 0,1 und 0,4 beträgt.

12. Filter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial eine Packungsdichte von etwa 0,35 aufweist.

13. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Innenelementes (36) im wesentlichen aus Fasern mit einem Durchmesser von weniger als 25 Mikron besteht.

14. Filter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern einen Durchmesser von etwa 14 Mikron aufweisen.

15. Verfahren zur Herstellung von Tabakrauchfntern nach einem der Ansprüche 1 bis 14, die aus einem gasdurchlässigen, hohlen Innenelement und einem das Lnnenelement umgebenden Außenelement gebildet sind, wobei der Tabakrauch durch die Wandung des Innenelementes hindurchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß aus gasdurchlässigem Filtermaterial eine als lnnenelement dienende Röhre (68, 156) gebildet wird, deren Innenfläche in zweiten axialen Bereichen miteinander in Eingriff gebracht wird und die mit einer als Außenelement dienenden Umhüllung versehen wird, worauf die Außenfläche des Innenelementes (36) in ersten axialen Bereichen mit der Innenfläche des Außenelementes (34) in Eingriff gebracht wird und daß vor oder nach dem Vmihüllen des Innenelementes (36) durch das Au Penelement (34) dieses entweder in den ersten oder in den zweiten axialen Bereichen durchschnitten wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das lnnenelement (36) zuerst in den einen axialen Bereichen und dann in den anderen axialen Bereichen durchschnitten wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß in den einen oder in den beiden axialen Bereichen die Flächen miteinander durch Klebstoff verbunden werden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre (68), aus der die Innenelemente (36) gefonru ..erden, aus einem oder mehreren länglichen Streifen eines gasdurchlässigen Materials hergestellt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre (68) geformt wird, indem ein Streifen um eine Längsachse gebogen wird und dessen Längsränder (70) aneinandergclcgt und miteinander verbunden werden (F i g. 2, 3).

20. Verfahren nach Anspruch 18, dacuirch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Streifen durch schraubenförmiges Wickeln und Verbinden der überlappenden Teile zu einer Röhre geformt werden.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere der Streifen aus thermoplastischem Male-

iiil bestellen und du 1.1 die Verbindung eines ilieil'ens mit einem benachbarten oder überappenden Si reifen durch Zufuhr von Wärme einigt.

22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Formen des Streifens 'U einer Röhre dieser mit Quersireifen aus K.lebuoff verseilen wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Rühre (156), aus Jv'r die Innenelemente (36) hergestellt werden, durch Verbindung von thermoplastischen Fäden oder Fasern, vorzugsweise aus Zelluloseazetat, miteinander gebildet wird (F i g. 9).

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden oder Fasern durch Zufuhr von Wärme und unter Verwendung eines llüssigen Weichmachers miteinander verbunden werden.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre (68, 156), aus der die Innenelcmente (36) hergestellt werden, kontinuierlich geform' und anschließend durch beheizte Elemente verformt wird, um deren Innenflächen in den zweiten axialen Bereichen miteinander in Kingriff zu bringen, worauf die Umhüllung zur Bildung des Außenelementes (34) erfolgt.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Wandung der durchlässigen Röhre (68, 156) in den zweiten axialen Bereichen erwärmt und geformt wird, wodurch abstehende Teile gebildet werden, deren Ränder (44) nach dem Umhüllen durch das Außenelement (34) nahe dessen Innenfläche liegen.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung in eine Vielzahl von Rippen verformt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeiumet, daß die Wärmebehandlung durch Zufuhr von Dampf erfolgt, während die Fäden oder Fasern durch einen Ringraum (140) treten, worauf die so hergestellte Röhre (156) durch beheizte Elemente (144), durch welche das Material der Fäden oder Fasern plastifiziert wird, verformt wird.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die durchlässige Röhre (68, 156), aus der die Innenelemente (36) geformt werden, unterteilt wird, worauf die Innenflächen miteinander in Eingriff gebracht weiden.

30. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die als Innenelement (36) dienende Röhre mit granulatförmigem Material umgeben und darauf umhüllt und in den ersten axialen Bereichen unterteilt wird.

31. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 15 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (64, 140), durch die eine fortlaufende Röhre (68, 156) erzeugt wird, eine Einrichtung (80, 144) mit Backen oder Prägeblöcken (152), durch welche die Wand der Röhre (68, 156) verformt wird, eine Einrichtung (90, 162), durch die die verformte Röhre (86, 160) mit einer Umhüllung versehen wird und eine Trenneinrichtung (100, 168) vorgesehen sind (F i [_ 2, 9).

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch ge kennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung einer Röhre (156) eine Zuführeinrichtung (IJO) für Material und einen Strömungskaiml (134) enthält, innerhalb dessen ein Dorn untseordiKt ist, wobei zwischen dem Strömungskanal und dem Dorn ein Ringspalt gebildet ist, dem Dampf zuführbar ist (F i g. 9).

33. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung einer Röhre (68) durch einr. Formatkammer (64) gebildet ist, durch welche ein endloses Förderband (66) kontinuierlich hindurchgeführt wird, durch welches ein von einer Rolle (62) abgezogenes Materialband in die Röhre (68) verforrnt wird (F i g. 2).

34. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (144) zur Verformung der Röhre (156) aus einer Kammer (146) gebildet ist, in der eine Mehrzahl von Blöcken (152) vorgesehen ist, die mit Prägestempel versehen sind und die mit einem Kanal·;. 54) ausgebildet sind, der zur Aufnahme der Röhre '156) dient, wobei die Blöcke (152) durch eine in sich geschlossene Fördereinrichtung (148) bewegt werden und dadurch die Bahn der Röhre (156) kreuzen, worauf die Prägestempel durch die Innenwand der Kammer (146) so bewegt werden, daß sie in Kanälen der Blöcke (152) verschoben werden und dadurch die Röhre (156) verformen.

35. Filter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Element vom Mundstückmaterial, beispielsweise Korkpapier, einer Zigarette gebildet ist, welches das Innenelement mit dem papierumwickelten Tabakstab verbindet.