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Belüftetes, ein Filterende aufweisendes Tabakerzeugnis Die Erfindung
betrifft ein belüftetes, mit Filterende versehenes Tabakerzeugnis, insbesondere,
wenn auch nicht ausschliesslich, eine Filterzigarette.
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Bei der Herstellung belüfteter Zigaretten, die bei den Verbrauchern
begrenzt Aufnahme gefunden haben, ist es erforderlich, die Zigarette in irgendeiner
Weise so auszubilden, dass ein vorbestimmter Bruchteil der beim Rauchen durch die
Zigarette angesaugten Luft die Verbrennungszone umgeht. Unterschiedliche Belüftungstechniken
werden während der letzten fünfzig Jahre angewendet, um eine kühlere und weniger
herbe Zigarette bereitzustellen. In jüngerer Zeit wurde erkannt, dass belüftete
Zigaretten eine weitere Möglichkeit bieten, um die Abgabe an gesamten Festteilchen
und Gasbestandteilen herabzusetzen.
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Belüftungseinrichtungen können in zwei Hauptkategorien unterteilt
werden, nämlich Belüftungskanäle und perforierte Umfüllungen. Auch Kombinationen
beider Arten kommen zur Verwendung. Aus wirtschaftlichen Gründen wurde bisher zum
Belüften von Zigaretten eine perforierte Umhüllung um einen Teil der Zigarette bevorzugt.
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Ein sichtbarer Nachteil perforierter Zigaretten bestand doch in der
Abgabe von Rauch durch die Perforationen hindurch in den Zwischenzeiten zwischen
einzelnen Zügen aus der Zigarette.
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Die erfolgreichste Massnahme gegen dieses Entweichen von Rauch durch
die Perforationen ergab sich, als Filterumhüllungen von gleichförmiger und hoher
Porosität im Handel erhältlich wurden.
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Das perforierte Filterpapier wurde dann über der gleichförmig porösen
Umhüllung des Filters angeordnet. Die miskroskopischen Poren der Filterumhüllung
verminderten deutlich die sichtbaren Zeichen austretenden Rauchs.
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In den U.S.-Patentschriften 2 988 088 und 3 046 994 sind gleichförmig
poröse Papiere beschrieben, deren Verwendung als Filterumhüllung gewissen wirtschaftlichen
Erfolg brachte. Dieses Papier erhält durch das Verfahren der Papierherstellung gleichförmige
Porosität. Luft kann ohne weiteres durch die mikroskopischen Poren des Papiers hindurchdringen.
Im Gegensatz hierzu ist perforiertes Papier im wesentlichen nicht porös, ausgenommen
natürlich diejenigen Stellen, wo sich die kleinen Perforationen befinden. Die Ausdrücke
gleichförmig porös" und "gleichförmige Porosität" werden nachstehend zum Bezeichnen
eines Materials verwendet, das einheitlich bzw. gleichförmig über die ganze Fläche
verteilte Porosität aufweist, zum Unterschied von Material, dem durch mechanische
Mittel eine Porosität verliehen wurde. Daraus folgt, dass Materialien mit gleichförmiger
Porosität diese Eigenschaft während des Herstellungsverfahrens
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im Gegensatz zu perforierten Materialien.
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Eine Schwierigkeit, der sich die Hersteller von belüfteten Zigaretten
unter Verwendung von perforierten Aussenhüllen einschliesslich solcher mit gleichförmig
porösen Filte-rumhüllurlgen gegenübersahen, lag in den grossen Unterschieden bezüglich
Schwere und Druckabfall bei Zigaretten von absolut gleicher Tabakmischung und Ausführung.
Untersuchungen bei einer Anzahl derzeit üblicher Mischungen zeigten Durchschnittsschwankungen
in der Teerabgabe von 14 - -30%. Weitere Untersuchungen zeigten auch grosse Unterschiede
im Druckabfall. Erhebliche Bemühungen wurden daher bisher darauf verwendet, die
Ursache dieses Problems zu ermitteln und eine wirtschaftliche Lösung zu finden.
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Eine solche Lösung ist Gegenstand des DBP (Patentanmeldung P 22 51
903.5) der Anmelderin, und die vorliegende Erfindung betrifft eine Abwandlung bzw.
Verbesserung der Erfindung gemäss dem Hauptpatent.
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Ein belüftetes, mit einem Filterende versehenes Tabakerzeugnis, insbesondere
eine Filterzigarette gemäss der Erfindung weist eine Tabaksäule auf sowie ein von
einer Umhüllung im wesentlichen gleichförmiger Porosität umgebenes Filter und eine
wenigstens einen Teil des Filters umgebende Aussenhülle von ebenfalls im wesentlichen
gleichförmiger Porosität, wobei wenigstens eine Oberfläche der Umhüllung oder Aussenhülle
über wenigstens einen- vorbestimmten Bereich mit einem luftundurchlässigen Überzug
versehen ist, der nicht von dem die Filterumhüllung mit der Aussenhulln verbindenden
beispielsweise klebenden Überzug gebildet ist, während der Rest der Oberflächen
vom Überzug frei bleibt, und wodurch das Filter einen
Ventilationsindex
(wie nachstehend definiert) im Bereich zwischen etwa 0,5 und 20 cm/Sek. erhält.
Die Ausdehnung und Porosität dieses mit Überzug versehenen Bereiches bzw. dieser
Bereiche stehen in gegenseitiger Beziehung bzw. sind einander so zugeordnet, dass
sich Tabakerzeugnisse mit einer konstanteren, verminderten Abgabe an gesamtem Partikelmaterial
oder solchem Material oder von solchem Material und gasförmigen Bestandteilen ergeben.
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Das Überzugmaterial sollte zusätzlich zu seiner Eigenschaft, im wesentlichen
luftundurchlassig zu sein, auch nicht-toxisch und geeignet sein, an der Filterumhüllung
oder der Aussenhülle zu haften. Zweckmässig kann hierfür ein undurchlässiger Leim
verwendet werden, wie er in der Zigarettenindustrie als Klebstoff bekannt ist. Der
auf den vorbestimmten Bereich bzw.
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vorbestimmte Bereiche aufgebrachte Klebstoff darf trocknen oder aushärten,
bevor die Aussenhülle und die Filterumhüllung übereinander angebracht werden, so
dass sie nicht aneinander haften. Dank der Undurchlässigkeit des Uberzugs wird der
Bereich bzw. werden die Bereiche im wesentlichen nicht porös zum Unterschied von
den überzugfreien Bereichen der Filterumhüllung und der Aussenhülle, die ihre gleichförmige
Porosität behalten. Die Ausdehnung der überzugfreien Bereiche, nämlich der 11Ventilationsbereiche",
wird so gewählt, dass die dort vorliegende Gesamtporosität einen "Ventilationsindex"
von 0,5 bis 20 cm/Sek. ergibt. Der 11Ven¼fiationsindex' ist definiert als das Luftvolumen,
das in den -Ventilationsbereich bzw. die Ventilationsbereiche je Sekunde und je
(U.S. Federal Trade Commission) Standard-Zug (die "VentilatLonsrate") einströmt,
dividiert durch die Gesamtausdehnung der Ventilationsbereiche.
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Schwankungen in der Gesamtabgabe an Partikelmaterial und im durchschnittlichen
Druckabfall können durch die Erfindung
erheblich herabgesetzt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnungen
ausführlicher beschrieben, und zwar zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht
einer belüfteten Filterzigarette nach der Erfindung; und Fig. 2(a), 2(b) und 2(c)
schematische Ansichten mit Varianten von Überzugs mustern, die bei Zigaretten nach
der Erfindung verwendet werden können.
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Ein Problem bei den früheren oben beschriebenen Belüftungstechniken
ist die Schwierigkeit, serienmässig hergestellte Zigaretten mit gleichförmigem Druckabfall
und gleichmässiger Abgabe an Partikelmaterial auszustatten. Bei der Teerabgabe treten
beispielsweise bis zu 30 % relative Abweichungen auf.
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Demgegenüber ergeben Filterzigaretten gemäss der Erfindung, wie sie
nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben sind, geringere Schwankungen im Druckabfall
und in der Ausbeute an Partikelmaterial. Nach Messergebnissen sind Durchschnittsschwankungen
des Druckabfalls und der Partikelausbeute bei Filterzigaretten nach der Erfindung
deutlich kleiner als bei anderen Ausführungen und entsprechen in etwa den Schwankungen
bei filterfreien Zigaretten.
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Fig. 1 zeigt eine Filterzigarette 20 mit einer Tabaksäule 21, die
bei 23 an ein Filter 22 angrenzt. Das Filter 22 ist von einer gleichförmig porösen
Filterumhüllung 26 umgeben. Eine ebenfalls gleichförmig poröse Aussenhülle 24 für
das Filterende der Zigarette ist über dem umhüllten Filter 22 angeordnet und erstreckt
sich noch ein Stück über die Tabaksäule 21.
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Ein luftundurchlässiger Überzug, wobei es sich nicht um das Material
oder die Beschichtung handelt, die dazu dient, die
Filterumhüllung
mit der Aussenhülle zu verbinden, ist über mindestens einen vorbestimmten Bereich
auf einer der Oberflächen der .Filterumhüllung 26 oder der Aussenhülle 24 derart
angebracht, dass sich eine vorbestimmte Belüftung ergibt, wie weiter unten beschrieben
ist.
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Im Verlauf der nachstehenden Beschreibung ist die Porosität der rorschiedenen
Papiere in Werten der Luftströmslg durch Pl 143,1 mm2/unier einem Druck von einem
Zoll Wassersäule angegeben. Die normalerweise verwendete Messung für Zigarettenpapier
bzw. Mundstückpapier ist ein Greiner-Porositätsindex, der die Anzahl von Sekunden
angibt, die der Durchgang von 50 cm3 Luft durch eine kreisförmige Papierprobe von
ein Zoll Durchmesser erfordert bei einem Druckabfall von etwa 4,5 Zoll Wassersäule.
Solch ein Greiner-Maß würde für poröse Papiere, wie sie gemäss der Erfindung verwendet
werden, nichts besagen, da die Porosität sc hoch ist, dass alle Papiere einen Greiner-Porositätsindex
kleiner als eins haben würden. Es wird daher hier derjenige Wert als Porosität verwendet,
der bei einem Druck von ein Zoll Wassersäule, wie oben erläutert, berechnet wird.
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Um die geeignete Kombination von belüftetem Bereich (von Überzug freie
Oberflächen der Filterumhüllung und der Aussenhülle) und Gesamtdruckabfall am Filter
zu erhalten, ist es erforderlich, Material, wie beispielsweise Papier, zu verwenden,
das eine Porosität von etwa 3 bis 40 cm3/Sek. hat.
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Die Verwendung von Material dieser Porosität in Verbindung mit einem
belüfteten Bereich bzw. belüfteten Bereichen in einer Gesamtausdehnung von ezwa
0,5 bis 5,0 cm2 ergab, dass damit einer verminderte Partikalabgabe sowie ein Druckabfall
erzielt werden kann, bezüglich deren nur geringe Schwankungen zwischen den einzelnen
Zigaretten auftreten.
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Weitere Untersuchungen haben eine kritische Beziehung zwischen der
Gesamtfläche des Belüftungsbereichs bzw. der Belüftungsbereiche und dem Gesamtdruckabfall
des Filters ergeben, die, wenn sie in bestimmten Grenzen gehalten wird, das besondere
Merkmal geringer Schwankungen gewährleistet. Diese kritische Beziehung, nämlich
der oben erwähnte "Ventilationsindex, muß im Bereich von 0,5 bis 20 cm/Sek. liegen,
wobei der Bereich zwischen 2,0 und 6,0 cm/Sek. als bevorzugt angesehen wird.
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Aus praktischen Gründen hat die Ausdehnung des belüfteten Bereichs
bzw. der belüfteten-Bereiche obere und untere Grenzen, für welche die Werte von
0,5 bzw. 5,0 cm2 gefunden wurden.
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Die kombinierte oder gesamte Porosität des Ventilationsbereichs bzw.
der Ventilationsbereiche ist auch hinsichtlich der praktischen Anwendung begrenzt.
Eine zu grosse Porosität ergibt keinen ausreichenden Widerstand, wenn an der Zigarette
gezogen wird, so dass es schwierig, wenn nicht gar unmöglich wird, die Zigarette
überhaupt zu rauchen. Mit zu geringer Porosität sind die Ergebnisse ähnlich wie
bei kleinen belüfteten Bereichen. Eine gesamte bzw. kombinierte Porosität von etwa
1 bis 10 cm3/Sek. wurde als geeignet befunden.
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Auf das Muster der Ventilationsbereiche bzw. belüfteten Bereiche am
Filter kommt es zwar für die Erfindung nicht entscheidend an, jedoch sind in Fig.
2(a), 2(b) und 2(c) versciedene Muster solcher Bereiche 30, 31 und 32 dargestellt,
die durch selektive Anbringung des Uberzugs 33 gebildet sind.
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Fig. 2(a) und 2(b) zeigen in Längsrichtung bzw. in Umfangsrichtung
des Filters ausgebildete Belüftungsbereiche 30, 31.
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Fig. 2(c) zeigt eine Kombination von Mustern der Fig. 2(a) und 2(b),
wodurch sich gesonderte Belüftungsbereiche in schachbrettähnlicher Anordnung ergeben.
Obgleich in Fig. 2(a), 2(b) und 2(c) die mit Überzug versehenen Bereiche dargestellt
sind, dient dies nur der Verdeutlichung in der Zeichnung, während praktisch bei
einer Zigarette kein Unterschied zwischen belüfteten und nicht belüfteten Bereichen
erkennbar ist, ausser wenn dieser bewußt betont werden soll. Es kann auch nur ein
einziger belüfteter Bereich verwendet werden, wenn die oben angegebene kritische
Beziehung beachtet wird.
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Der Wirkungsmechanismus, der bei Filterzigaretten nach der Erfindung
grössere Übereinstimmung in der Ausführung der einzelnen Zigaretten ergibt, ist
nicht vollkommen geklärt.
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Es wird lediglich angenommen, dass die sehr geringen Unterschiede,
die sich bei belüfteten Filterzigaretten nach der Erfindung ergeben, zum Teil auf
der grossen Ausdehnung der belüfteten Bereiche beruhen. Örtliche Unvollkommenheiten
der belüfteten Bereiche, die gegenüber der gesamten Fläche dieser Bereiche sehr
klein sind, beeinflussen das Gesamtergebnis der belüfteten Bereiche nicht merklich,
weil solche Unvollkommenheiten sich statistisch ausgleichen. Anders dagegen kommen
Unvollkommenheiten in einem Band von Perforationen an der Aussenhülle der Ausdehnung
der an der Belüftung beteiligten Fläche wesentlich näher und haben infolgedessen
eine wesentlich grössere Auswirkung auf die Gesamtporosität der Aussenhülle.
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Hinzu kommt, daß bei der erfindungsgemäßen Verwendung von zwei Lagen
an sich bereits porösen Papiers die Wahrscheinlichkeit, dass Unvollkommenheiten
sich im Durchschnitt aus,leichen, wesentlich grösser ist.
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Zum Herstellen belüfteter Filterzigaretten nach der Erfindung können
übliche Techniken verwendet werden, wobei lediglich das Profil der Klebstoffwalze
für das Filterende so ausgebildet bzw. geschnitten sein soll, dass Bänder von überzugs
freien Bereichen mit Belüftungsflächen von 200 bis 250 mm2 in Umfangsrichtung des
Filterendes verbleiben. Die Porositäten des für die Filterumhüllung und die Aussenhülle
verwendeten Papiers können zweckmässig beispielsweise bei 8 cm3/Sek. bzw. 4 cm3/Sek.
liegen. Solche Papiere sind im Handel erhältlich.
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Es lassen sich verminderte und dabei gleichmässige Abgaben an gesamtem
Partikelmaterial und gasförmigen Bestandteilen erzielen.
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Die besondere Art des verwendeten Filtermaterials spielt für die Erfindung
keine entscheidende Rolle, es können beispielsweise Zelluloseazetat, Granulat von
aktivierter Kohle, aber auch andere Filtermaterialien verwendet werden. Die Erfindung
ist nicht nur für Einfachfilter, sondern auch für Filter mit zwei oder mehr Abschnitten
geeignet.
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Die Erfindung kann auch für andere Tabakerzeugnisse als Filterzigaretten
mit Erfolg eingesetzt werden, beispielsweise für Zigarren, Zigarillos und Stumpen.
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Bei den oben beschriebenen Beispielen gemäss der Zeichnung umschliesst
die Aussenhülle 24 das gesamte Filter 22 innerhalb seiner Filterumhüllung 26 und
erstreckt sich ausserdem über einen Teil der Tabaksäule 21. Dies entspricht einer
bevorzugten und für die Praxis geeigneten Ausführungsform. Um die
Vorteile
der Erfindung zu verwirklichen, ist es jedoch nicht erforderlich, dass die Aussenhülle
das gesamte Filter mit seiner Umhüllung umschliesst, sondern es genügt, wenn wenigstens
ein vorbestimmter Bereich einer der gegeneinander anliegenden Oberflächen der Aussenhülle
24 oder der Filterumhüllung 25 mit einem Überzug versehen ist, während der Rest
dieser Oberflächen von Überzug frei bleibt und dabei das mit seiner Umhüllung versehene
Filter, das wenigstens teilweise von der Aussenhülle umgeben ist, einen Ventilationsindex
(wie oben definiert) zwischen 0,5 und 20,0 cm/Sek. hat.