DE2558004B2

DE2558004B2 - Celluloseacetatfäden enthaltende Zigarettenfilter, Verfahren und Vorrichtung zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE2558004B2
Application number: DE2558004A
Authority: DE
Inventors: Floyd Van Durham N.C. Hall (V.St.A.)
Original assignee: Liggett and Myers Inc
Current assignee: Liggett Group LLC
Priority date: 1975-10-30
Filing date: 1975-12-22
Publication date: 1978-04-06
Also published as: DE7919909U1; GB1520583A; JPS5279098A; US4034765A; AU1541676A; DE2558004A1; EG12146A; NZ180458A; DE7540983U; CA1059401A; PH12120A; DE2558004C3; ZA761362B; BE840258A; ATA318976A; CH623208A5; JPS5540036B2; AT362281B; US4088065A; AR211139A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Celluloseacetatfäden enthaltende Zigarettenfilter mit zwei konzentrisch angeordneten zylindrischen Filterschichten sowie auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zu deren Herstellung.

Es sind verschiedene Arten von Zigarettenfiltern bekannt, die verschiedene, im Rauch enthaltene und während des Rauchens gebildete Stoffe zurückhalten sollen. Beispielsweise sind Filter aus Material wie Celluloseacetatfäden in der Lage, Feststoffteilchen zurückzuhalten. Solche Filter erfordern jedoch seitens des Rauchers eine stärkere Zug- oder Inhalationskraft, um den Rauch durch das Filter zu saugen. Daher ist in der Praxis die Menge an Feststoffteilchen, die durch das Filter zurückgehalten werden können, begrenzt, weil der Druckabfall über die Länge des Filters für den Raucher annehmbar bleiben muß.

Es ist ferner bekannt, den Rauchstrom mit Luft zu verdünnen, um die Feststoffmenge, die vom Raucher bei

jedem Zug eingesogen wird, zu verringern und gleichzeitig den Rauchgeschmack zu erhalten; vgl. US-PS 32 42 925. Bei einigen Ausführungsformen wird eine größere oder kleinere Menge des Rauchs auch um das Filter herumgeführt und dann vom Raucher eingesogen. In einigen Fällen sind die Filter mit Durchlässen versehen, durch die der ungefilterte Rauch direkt eingesogen wird. Die Durchlässe sind im allgemeinen im Filter selbst vorgesehen, und das Filtermaterial läßt sich mit der Hand zusammendrücken, um die Größe der Durchlässe und damit die Menge des eingesogenen ungefilterten Rauchs zu verringern; vgl. US-PS 32 70 750.

Einer der Gründe für die Verwendung von Filtern mit Durchlässen bestand darin, daß ein Teil des Rauchs in konzentrierter und ungefilterter Form eingesogen werden sollte. Man war nämlich der Auffassung, daß die Einwirkung des konzentrierten Rauchs auf die Zunge und die Geschmacksknospen den Rauchgeschmack erhöhen, wodurch die zur Erzielung eines bestimmten Geschmacksstandards erforderliche eingesogene Rauchmenge verringert wird. Da die eingesogene Rauchmenge geringer ist, verringert sich auch gleichzeitig die Menge der dabei eingesogenen Feststoffteilchen. Dieses Prinzip wird bei dem Filter gemäß der US-PS 38 60 011 genutzt. Bei diesem Filter wird ein nichtverformbares, starres Röhrchen in der Mitte einer zylindrischen Schicht des Filtermaterials, z. B. aus Celluloseacetatfäden, angeordnet, so daß der Raucher einen unverdünnten und ungefilterten Rauchstrom mit hoher Geschwindigkeit einsaugt. Obwohl die eingesaugte Rauchmenge verringert ist, bewirkt die Intensität des Rauchs, daß für den Raucher der Geschmack der Zigarette erhöht wird. Der Rauch wird mit gleichzeitig eingesogener Luft aus der Umgebung verdünnt. Es wurde jedoch festgestellt, daß der aus dem Röhrchen strömende Rauch zu konzentriert ist und auf eine zu kleine Fläche der Zunge auftrifft. Dies führt dazu, daß der Rauch bei den letzten Zügen zu heiß wird, wenn sich der Glimmkegel der Zigarette der Ansaugseite des Röhrchens nähert. Außerdem läßt sich das Röhrchen nur schwer in dem Filter zentrieren, wodurch das Aussehen des Filters beeinträchtigt wird.

Schließlich sind in der US-PS 33 96 061 Rauchtabakfilter beschrieben, die zwei Filtermaterialien miteinander verbunden enthalten, vorzugsweise ein Cellulosegewebe und Celluloseacetatfäden. Es können sowohl das Cellulosegewebe im Inneren der Celluloseacetatfäden als auch die Celluloseacetatfäden im Inneren des Cellulosegewebes angeordnet werden.

Der in der US-PS 33 96 061 beschriebenen Erfindung liegt folgender Gedanke zugrunde:

a) Filter aus Cellulose (Papier) geben dem Rauch einen schlechten Geschmack, Filter aus Celluloseacetat dagegen einen angenehmen.

b) Filter aus Cellulose filtern den Rauch wirkungsvoller als Filter aus Celluloseacetat.

Der durch Cellulosefilter verursachte schlechte Geschmack des Rauches soll vermieden werden, und gleichzeitig soll die hohe Filterwirkung der Cellulose erhalten bleiben.

Zur Frage des Zugwiderstands der zwei Filterkomponenten wird in der US-PS 33 96 061 nur festgestellt, daß er »ausgeglichen« sein soll; konkrete Angaben über die Größe des Zugwiderstandes der einzelnen Komponenten werden nicht gemacht. Aufgrund dieser allgemeinen Aussage und vor allem aus der Aufgabenstellung der US-PS muß angenommen werden, daß der Zugwiderstand der beiden Komponenten etwa gleich groß ist Das bedeutet, daß gleich große Anteile des Rauches in die beiden Filterkomponenten eintreten. Da jedoch die Filterwirkung der Cellulose größer ist als die des

Celluloseacetats, gelangt eine größere Menge des durch das Celluloseacetat gefilterten als des durch die Cellulose gefilterten Rauches in den Mund des Rauchers, wodurch der schlechte Geschmack des cellulosegefilterten Anteils überdeckt wird.

ι ü In dieser Situation bleibt in der Praxis nur ein geringer Spielraum für eine Änderung der Zugwiderstände der beiden Komponenten. In dem Augenblick, in dem beispielsweise der Zugwiderstand der Cellulosekomponente erhöht wird, um die Filterwirkung zu steigern, geht nur noch ein geringerer Anteil des Rauches durch die Cellulose, womit das Ziel einer höheren Filterwirkung nicht erreicht wird. Wird andererseits der Zugwiderstand der Celluloseacetatschicht erhöht, dann geht ein größerer Teil des Rauches durch die Cellulose und der schlechte Geschmack des Rauchanteils würde überhand nehmen.

Die Anwendung unterschiedlicher Zugwiderstände ist also bei der in der US-PS 33 96 061 beschriebenen Erfindung sehr begrenzt oder ausgeschlossen. Die Anbringung von Perforationen im Mundstückpapier, um einen Lufteintritt von außen zu ermöglichen, wäre im Hinblick auf den Erfindungsgedanken der US-PS 33 96 061 völlig abwegig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Zigarettenfilter mit zwei konzentrisch angeordneten Filterschichten zu schaffen, die es ermöglichen, daß ein Teil des Rauches nahezu ungefiltert in den Mund des Rauchers gelangt und der Rauch im Mund des Rauchers durch gleichzeitig angesaugte Luft verdünnt wird und die die Nachteile vermeiden, die die in der US-PS 38 60 011 zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagenen Zigarettenfilter aufweisen.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von endlosen Filterstäben zur Verfügung zu stellen, die zu den erfindungsgemäßen Zigarettenfiltern weiterverarbeitet werden können.

Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des Kennzeichens der Ansprüche 1 bzw. 8 und 10 gelöst.

5 Das erfindungsgemäße Filter wird mit der Zigareitentabaksäule mittels einer zylindrischen äußeren Umhüllung aus Papier (Mundstückpapier) verbunden. Das Filter besteht aus zwei konzentrischen zylindrischen Schichten aus kompaktem Filtermaterial, die mit perforiertem oder von Natur aus porösem Belagpapier umhüllt sind. Der innere Zylinder stellt einen Rauchdurchlaß dar, dessen Durchmesser über die ganze Filterlänge konstant ist. Der Zugwiderstand bzw. die Struktur des inneren Filtermaterials ermöglichen es, daß der Rauchstrom nur wenig gefiltert eingesogen wird, wobei jedoch die Rauchstromverteilung ausreichend turbulent ist, daß Temperatur und Konzentration des Rauchstroms verringert werden. Das innere, zylindrische Filtermaterial ist von einer äußeren, konzentri-

bo sehen Filtermaterialschicht umgeben. Das Belagpapier ist entweder von Natur aus porös oder mit zahlreichen Perforationen versehen, von denen einige deckungsgleich mit Perforationen im Mundstückpapier sind. Die Anzahl und die Größe der Perforationen im Mundstückes papier bestimmen den Strömungsweg der Luft durch das Mundstückpapier und die Filtermaterialschichten. Der Zugwiderstand dieses Strömungsweges wird auf den des Rauchdurchlasses abgestimmt, so daß bei einem

gegebenen Zugvolumen die gewünschte Menge an Rauch und Luft eingesogen wird.

Dementsprechend ermöglicht es das Zigarettenfilter der Erfindung durch den geringen Zugwiderstand des Filterkerns, daß ein konzentrierter Rauchstrom eingesogen wird, der durch Luftzufuhr von außen verdünnt wird, so daß er nur eine geringe Menge an Feststoffteilchen enthält und einen hohen Geschmackswert aufweist.

Die vorliegende Erfindung besteht also aus einer Kombination von zwei wesentlichen Merkmalen:

a) Zwei konzentrischen Filterschichten aus dem gleichen Material, jedoch in unterschiedlich dichter Packung und dadurch mit verschiedenem Zugwiderstand;

b) die Perforationen im Mundstückpapier, die den Eintritt von Luft ermöglichen, die dann durch die äußere Filterschicht in den Mund des Rauchers gelangt und sich erst dort mit dem konzentrierten Rauch aus der inneren Filterschicht vermischt.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Filterstäbe,

Fig.2 bis 6 vergrößerte Querschnittansichten der Vorrichtung bei verschiedenen Fertigungsstufen der Filterherstellung,

F i g. 7 eine Ansicht, teilweise im Längsschnitt, einer Zigarette mit einem erfindungsgemäßen Filter,

F i g. 8 eine Querschnittansicht des Filters von F i g. 7,

F i g. 9 eine vergrößerte Längsansicht eines Teils des Formungsabschnitts der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Wie in F i g. 1 dargestellt, umfaßt die Vorrichtung 10 zur Herstellung des erfindungsgemäßen Filterstabs 11 übliche Zuführungseinrichtungen (nicht gezeigt) zum Zuführen von zwei Fadensträngen 12 und 13 aus Celluloseacetatfäden. Die Vorrichtung 10 ist außerdem mit Antriebsrollen 14 und 15 (beispielsweise Friktionswalzen) zur Einstellung der auf die Stränge 12, 13 einwirkenden Spannung versehen. Das Führungselement 16, das vorzugsweise trichterförmig ist, dient dazu, die Lage des Fadenstranges 12 so zu regulieren, daß dieser parallel zur Längsachse des Führungselemehts 17, das der Formung des Stabes dient, und unterhalb davon verläuft. Der Fadenstrang 13 wird durch das Führungselement 17 geführt. In dem Stabformungsteil

18 üblicher Bauart wird der Fadenstrang 12 um den Fadenstrang 13 gelegt, so daß die beiden konzentrischen Zylinder einen Filterstab 11 bilden.

Aus F i g. 1 und 9 ist ersichtlich, daß das der Formung des Filterstabes dienende Führungselement 17, das den Fadenstrang 13 des Filtermaterials aufnimmt, hinter dem Führungselement 16 angeordnet ist, das den Fadenstrang 12 des Filtermaterials in die richtige Lage zum Führungselement 17 bringt. Das Führungselement 17 umfaßt einen konischen Hohldorn 19, der in ein Lageregulierungselement 20 und das Stabformungsteil

19 hineinragt. Die (nicht gezeigte) Einlaßöffnung des Führungselements 17 (vgl. Fig.9) ist so bemessen, daß sie das auseinandergezogene bzw. ausgebreitete und entkräuselte Material des Fadenstrangs 13 aufnehmen kann. Der Durchmesser der Auslaßöffnung 21 des Hohldorns 19 hängt von der Menge des zugeführten Materials und der gewünschten Schüttdichte des Materials im fertigen Filterstab 11 ab, ist jedoch im allgemeinen kleiner als der der Einlaßöffnung des Hohldorns 19.

Aus Fig. 1, 4 und 9 ist ersichtlich, daß das Führungselement 17 so angeordnet ist, daß seine Bodenfläche parallel zu dem abgeflacht U-förmigen Fadenstrang 12, der von dem Führungselement 16 zugeführt wird, verläuft und an diesen angrenzt. Das Führungselement 17 ist außerdem hinsichtlich des Formungselements (nicht gezeigt) des Stabformungsteils 18 verstellbar. Es kann z. B. freitragend (nicht gezeigt) auf einem Fuß gehaltert sein, wodurch ein

ίο Justieren des Hohldorns 19 in vertikaler oder horizontaler Richtung ermöglicht wird; vgl. US-PS 38 60 011.

Das Stabformungsteil 18 ist von herkömmlicher Bauart und umfaßt einen Formblock 22 und ein oberhalb davon angeordnetes Element 23. Der Formblock 22 und das Element 23 bilden einen Durchlaß (nicht gezeigt), in den der Hohldorn 19 hineinragt. Die Ausmaße dieses Durchlasses sind derart, daß er die beiden Fadenstränge 12 und 13 aufnehmen kann; er verläuft in Produktionsrichtung sich verjüngend konisch. Weiterhin umfaßt das Stabformungsteil 18 eine Fördereinrichtung 24 mit einem Förderband 25, z. B. einem endlosen Leinenband, das mittels eines Treibrades 26 angetrieben und über die Führungswalzen 27 durch den vom Formblock 22 und das Element 23 gebildeten Durchlaß geführt wird. Das Förderband 25 dient dazu, eine Bahn eines Belagpapiers 28 von einer Liefertrommel 29 über Führungsrollen 30 zu dem Durchlaß zu transportieren und gleichzeitig die beiden Fadenstränge 12 und 13 des Filtermaterials zuzuführen.

jo Das Belagpapier 28 ist entweder über seine ganze Länge gleichmäßig mit Perforationen 42 (vgl. F i g. 7) versehen oder, wie nachstehend beschrieben, von Natur aus porös.

Wie in F i g. 1 gezeigt, besteht das Stabformungsteil 18 aus zwei Faltabschnitten 31 üblicher Bauart, einer Klebstoffauftragseinrichtung 32 und einer Aktiviereinrichtung 33 für den Klebstoff. In den Faltabschnitten 31 wird das Belagpapier 28 derart gefaltet, daß die Kanten einander überlappen und die beiden konzentrischen Filterschichten 34 und 35 (vgl. F i g. 8) umhüllen.

Mittels der Klebstoffauftragseinrichtung 32 wird ein Streifen Klebstoff auf die Oberseite der einen Kante derart aufgetragen, daß man die Unterseite der gegenüberliegenden Kante anschließend mittels des Faltabschnitts 31 und der Aktiviereinrichtung 33 für den Klebstoff daraufkleben kann und einen Filterstab 11 erhält. Das Belagpapier 28 kann auch vorher mit einem durch Hitze aktivierbaren Klebstoff beschichtet werden, In diesem Fall ist die Klebstoffauftragseinrichtung 32 nicht erforderlich.

Hinter der Aktiviereinrichtung 33 ist ein Messer 36 angeordnet, um den Filterstab 11 in Abschnitte vor bestimmter Länge zu zerschneiden, die ein Mehrfaches der endgültigen Zigarettenfilterlänge umfassen.

Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß die zwei Fadenstränge 12 und 13 getrennt zugeführt, in herkömmlicher Weise ausgebreitet und entkräuselt, in der Kammer 38 mii einem Weichmacher behandelt und zu den Führungsele menten 16 bzw. 17 transportiert werden. Die beider

bo Fadenstränge 12 und 13 des Filtermaterials werder mittels des Förderbandes 25 mit einer bestimmter Geschwindigkeit gezogen. Während der Fadenstran§ 12 das Führungselement 16 durchläuft, wird das Filtermaterial auseinandergezogen und erhält eine in

b5 Querschnitt abgeflachte U-Form (vgl. F i g. 2). Mittel! des Lageregulierungselements 20 verläuft der Faden strang 12 parallel zum Führungselement 17 und darar angrenzend. Während der Fadenstrang 12 zwischer

dem Formblock 22 und dem Element 23 in das Stabformungsteil 18 läuft, wird der Umfang des Materials durch eine in Produktionsrichtung ausgebildete Verjüngung des Elements 23 allmählich verringert, so daß der Fadenstrang 12 den Hohldorn 19 umhüllt, in den ·-, der zweite Fadenstrang 13 des Filtermaterials geführt wurde, das infolge der konischen Form des Hohldorns 19 dicht zusammengedrückt ist. Wenn der Fadenstrang 12 des Filtermaterials, der nun die Form eines Hohlzylinders aufweist, durch die Auslaßöffnung 21 des m Hohldorns 19 läuft, umhüllt er den aus dem Hohldorn 19 innerhalb des Stabformungsteils 18 austretenden Fadenstrang 13 und nimmt ihn durch Reibung mit. Gleichzeitig wird das Belagpapier 28 in das Stabformungsteil 18 unterhalb des Fadenstranges 12 geführt und U-förmig |-, gefaltet. Beim Weitertransport umfaßt der Fadenstrang 12 den Fadenstrang 13 weiter mit einer Reibungskraft, die ausreicht, den Rest des Fadenstranges 13 von der Liefereinrichtung abzuziehen.

Der Transport der Fadenstränge 12 und 13 wird, wie 2(i bereits beschrieben, durch das Förderband 25 und das Belagpapier 28 erleichtert. Das Belagpapier 28 wird außerdem anschließend um die beiden konzentrischen, zylindrischen Schichten der Fadenstränge 12 und 13 gelegt, wobei die Kanten des Papiers miteinander 2> verklebt werden, so daß ein endloser Filterstab 11 entsteht. Mittels des Messers 36 wird der Filterstab 11 hierauf in Abschnitte mit einer bestimmten Länge geschnitten.

Die Fadenstränge 12 und 13 können von den i» jeweiligen Liefereinrichtungen mit der gleichen Geschwindigkeit zugeführt werden, wie sie aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgezogen werden, wobei das Ausziehen und Entkräuseln des Filtermaterials nach herkömmlichen Methoden zu berücksichtigen j-, ist. Die Abzugsgeschwindigkeit hängt von der Drehgeschwindigkeit des Treibrades 26 ab, das auf herkömmliche Weise angetrieben ist.

Fig.3 bis 6 zeigen die jeweilige Lage der beiden Fadenstränge 12 und 13, des Belagpapieres 28 und des w Förderbandes 25, und zwar kurz vor Eintritt in das Stabformungsteil 18 und in verschiedenen Stadien innerhalb des Stabformungsteils. F i g. 5 zeigt die Lage der Fadenstränge 12 und 13, kurz bevor der Fadenstrang 13 aus dem Hohldorn 19 austritt. In diesem Stadium hat der Fadenstrang 12 den Hohldorn 19 völlig umgeben und nimmt aufgrund der sich verengenden Innenwand des Stabformungsteils 18 den aus dem Hohldorn 19 austretenden Fadenstrang 13 durch Reibung mit. ™

Vorzugsweise wird der Fadenstrang 13 während der Formung des Stabes einer stärkeren linearen Spannung unterworfen als der Fadenstrang 12. Dies wird dadurch erzielt, daß das Antriebsrollenpaar 15 mit einer geringeren Umfangsgeschwindigkeit läuft als das γ> Treibrad 26. Dadurch weist die innere Filterschicht 34 (vgl. F i g. 8) einen geringeren Druckabfall auf, wodurch die Geschmacksstoffe des Tabakrauchs ihn in stärkerem Maße durchdringen. Gleichzeitig ist aufgrund entsprechender Einstellung der Geschwindigkeit des Antriebs- to rollenpaares 14 die Oberflächengeschwindigkeit, mit der der Fadenstrang 12 zum Stabformungsteil 18 transportiert wird, höher als die Umfangsgeschwindigkeit des Ti eibrades 26. Dadurch ist das Filtermaterial in der äußeren Filterschicht 35 (vgl. Fig.8) dichter b^r> gepackt und weist daher einen höheren Druckabfall und eine größen: Filterwirkung auf als die innere Filterschicht 35. Dadurch, daß man den Fadenstrang 13 einer stärkeren Spannung unterwirft als den äußeren, läßt sich eine größere Schüttdichte des Filtermaterials der inneren Filterschicht 34 erzielen, wodurch dieser eine größere Strukturfestigkeit erhält und während des Rauchens praktisch nicht verformt wird. Wie nachstehend dargelegt, hat es sich bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung als besonders wirksam erwiesen, wenn man für das innere Filtermaterial Celluloseacetatfäden verwendet, die nicht vollständig entkräuselt bzw. ausgestreckt sind.

Fig.7 und δ zeigen ein Zigarettenfilter 39, das aus einem Filterstab 11 hergestellt wurde und aus einer inneren Filterschicht 34 aus grobem Fadenmaterial besteht, der von einer äußeren Schicht 35 eines kompakten Filtermaterials, einer Umhüllung aus perforiertem Belagpapier 40 und einer äußeren Umhüllung aus Mundstückpapier 41 umgeben ist. Das Zigarettenfilter 39 wird auf übliche Weise mittels des Mundstückpapiers 41 mit dem Tabakstrang 42 zu einer Zigarette verbunden. Das Mundstückpapier 41 ist etwa im Mittelabschnitt des Zigarettenfilters 39 mit einem Ring von Perforationen 43 versehen. Die Anzahl der Perforationen 43 und die Anzahl der Reihen hängt von der gewünschten Menge an Luft ab, die mit jedem Zug eingesogen werden soll.

Wie aus Fi g. 8 ersichtlich, ist die innere Filterschicht 34 konzentrisch zur Achse des Zigarettenfilters 39 angeordnet und bildet einen Durchlaß, der praktisch den gesamten Rauch hindurchläßt.

Aus F i g. 7 ist ersichtlich, daß bei normalem Zugvolumen der Rauchstrom in und durch die innere und äußere Filterschicht 34 und 35 und der Luftstrom durch die Perforationen 43 im Mundstückpapier 41 proportional zum Zugwiderstand der beiden Filterschichten ist.

Da der Zugwiderstand der äußeren Filterschicht 35 relativ hoch ist, läßt diese praktisch keinen Rauch durch.

Wegen des geringen Druckabfalls der inneren Filterschicht 34 wird der im Glimmkegel bei jedem Zug entstehende Rauch hauptsächlich durch diese innere Schicht eingesogen. Dieser Rauch ist nahezu ungefiltert und daher verhältnismäßig stark konzentriert und gelangt mit relativ hoher Geschwindigkeit in den Mund. Zwar ist die Menge des eingesogenen Rauchs im Vergleich zu normalen Filterzigaretten verringert, jedoch empfindet der Raucher aufgrund der vorgenannten Tatsachen den Geschmack der Zigarette als besser.

Der Anteil des eingesogenen Rauchs, der in die äußere Filterschicht 35 des Filters strömt, wird nicht direkt eingesogen, sondern strömt in Richtung zur inneren Filterschicht 34. Dies ist einerseits auf den geringeren Druckabfall der inneren Filterschicht 34 des Filters und andererseits auf den laminaren Strom der durch die Perforationen 43 eingesogenen Luft zurückzuführen. Dieser laminare Luftstrom verdichtet den Rauchstrom in der inneren Filterschicht 34 und bildet einen Ring um diesen. Überraschenderweise mischt sich die Luft mit dem Rauch nur wenig, bevor dieser in den Mund des Rauchers gelangt. Dadurch hat der Raucher den Eindruck eines besseren Geschmacks des Rauchs, wohingegen bei herkömmlichen Filterzigaretten mit perforiertem Mundstück, bei denen der Rauch innerhalb des Filters mit Luft verdünnt wird, der Rauch schon stark vorverdünnt ist, ehe er in den Mund des Rauchers gelangt. Offenbar bildet die durch die Perforationen 43 eingesogene Luft eine ringförmige Zone laminarer Strömung innerhalb der äußeren Filterschicht 35 und im äußeren Bereich der inneren Filterschicht 34 und

begrenzt im wesentlichen den Strömungsweg des Rauchs auf die innere Filterschicht 34. Versuche und Berechnungen haben diese Wirkung bestätigt. Zunächst schlägt sich der Rauch am gesamten Querschnitt der dem Tabak zugewandten Seite des Filters nieder, von den Perforationen an in Strömungsrichtung erfolgt jedoch die Abscheidung der Rauchpartikeln im wesentlichen nur an der inneren Filterschicht 34 aus grobem Filtermaterial.

Die Menge der eingesogenen Luft hängt von der Anzahl der Perforationen im Mundstückpapier und der Porosität des Belagpapiers ab. Die Menge der von außen eingesogenen Luft beträgt etwa 15 bis etwa 60%, vorzugsweise etwa 25 bis etwa 55% und insbesondere etwa 35 bis etwa 45%, bezogen auf das Gesamtzugvolumen.

Die Menge und die Geschwindigkeit des Rauchstroms und des Luftstroms hängen von den jeweiligen Zugwiderständen der beiden Filterschichten bzw. der Anzahl der Perforationen ab. Durch Auswahl geeigneter Kombinationen dieser Variablen kann die Rauchausbeute der Zigarette über einen weiten Bereich variiert werden.

Der zur Herstellung der inneren Schicht verwendete Celluloseacetatstrang soll aus gröberen Fäden bestehen, so daß diese Schicht nur einen geringen Zugwiderstand aufweist, eine verhältnismäßig geringe Filterwirkung besitzt und den aus dem Filter austretenden Rauchstrom nur in geringem Maße verteilt. Dadurch trifft der Rauchstrom auf eine größere Fläche der Zunge auf, so daß der Nachteil des Filters gemäß der US-PS 38 60 011, nämlich der zu starken Konzentration des Rauchstroms, vermieden wird, andererseits diese Fläche jedoch nicht in einem Maße vergrößert wird, daß das Hauptkennzeichen des Filters der Erfindung verlorengeht, nämlich, daß z. B. die Zigaretten trotzdem einen viel stärker konzentrierten Rauchstrom aufweisen als normale Filterzigaretten. Beispiele für erfindungsgemäß für die innere Filterschicht geeignete Celluloseacetatfäden sind Fäden mit einem Einzeltiter von mindestens 6 den und einem Gesamttiter des Fadenbündels von etwa 10 000 bis etwa 50 000 den. Bevorzugt werden Celluloseacetatfäden mit einem Einzeltiter von etwa 7 bis etwa 9 den und einem Gesamttiter des Fadenbündels von höchstens 25 000 den, wobei die Untergrenze des Gesamttiters durch die Herstellungsmöglichkeiten bestimmt wird.

Das Celluloseacetatfadenbündel für die äußere Filterschicht weist einen höheren Zugwiderstand als das für die innere Schicht auf. Beispiele für erfindungsgemäß für die äußere Filterschicht geeignete Celluloseacetatfadenbündel sind solche mit einem Einzeltiter von etwa 1 bis etwa 5 den und einem Gesamttiter des Fadenbündels von 10 000 bis 50 000 den. Vorzugsweise werden Celluloseacetatfadenbündel mit einem Einzeltiter von etwa 2 bis etwa 4 den und einem Gesamttiter des Fadenbündels von etwa 35 000 bis etwa 45 000 den verwendet. Der Einzeltiter der Fäden der inneren Schicht soll etwa das 1,5- bis 5fache, vorzugsweise das etwa 2- bis 4fache des Einzeltiters der Fäden der

Tabelle I

äußeren Schicht betragen. Diese Verhältnisse gelten für die meisten der verwendeten Fäden, vorausgesetzt, der Gesamttiter liegt im Bereich von etwa 10 000 bis 50 000 den.

Erfindungsgemäß für die innere Filterschicht besonders geeignet sind praktisch vollständig entkräuselte Celluloseacetatfäden. Für die erfindungsgemäßen Zigarettenfilter können für die innere Schicht Celluloseacetatfäden, die zu 95 bis 70%, vorzugsweise zu 90 bis 75%, entkräuselt sind, und für die äußere Schicht gekräuselte Celluloseacetatfäden verwendet werden. Der Entkräuselungsgrad hängt davon ab, inwieweit die Stränge ausgestreckt und entkräuselt wurden und wie stark die Stränge während der Herstellung der Filterstäbe

ι ϊ gespannt werden.

Die innere Filterschicht 34 ist zylindrisch und weist über ihre gesamte Länge den gleichen Durchmesser auf (vgl. F i g. 7 und 8). Vorzugsweise beträgt der Durchmesser der inneren Filterschicht 34 höchstens die Hälfte des Filterdurchmessers, d. h., die Querschnittsfläche der inneren Schicht beträgt vorzugsweise weniger als etwa 25% der Gesamtquerschnittsfläche des Filters. In der Praxis hat sich ein Durchmesser der inneren Filterschicht 34 von etwa 1 bis 5 mm, vorzugsweise etwa 3 bis > 4 mm, als geeignet erwiesen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren wurden zur Herstellung von 126 mm langen Filterstäben mit einem Umfang von 24,6 mm in einer Produktionsanlage mit einer Leistung

Ji) von etwa 500 bis 600 Zigaretten/min angewendet, wobei Celluloseacetatfäden mit einem Einzeltiter von 2,8 den und einem Gesamttiter des Fadenbündels von 38 000 den für die äußere Filterschicht und Celluloseacetatfäden mit einem Einzeltiter von 8,0 den und einem Gesamttiter des Fadenbündels von 20 000 den für die innere Filterschicht verwendet wurden.

Die gleiche Leistung wie oben wurde bei Verwendung der nachstehend aufgeführten Celluloseacetatfäden für die äußere Filierschicht erzielt, wobei jeweils CeIIuIo-

■40 seacetatfäden mit einem Einzeltiter von 8,0 den und einem Gesamttiter des Fadenbündels von 20 000 den für die innere Filterschicht verwendet wurden.

Probe

Innere Schicht

Einzeltiter/
Gesamttiter, den

Äußere Schicht

Einzeltiter/
Gesamttiter, den

A	8,0/20 000	1,8/38 000
B	8,0/20 000	3,3/40 000
■50 C	8,0/20 000	5,0/30 000

Unter Verwendung der vorstehend genannten Filterstäbe wurden vier 85 mm lange Hrobezigaretten, mit einer Länge des Filterabschnitts von 21 mm, hergestellt; der Rauch wurde nach üblichen Methoden analysiert. In Tabelle I sind typische Ergebnisse zusammengefaßt, die sich mit den erfindungsgemäßen Filtern erzielen lassen. Die Ergebnisse für die Durchgangsverringerung wurden im Vergleich mit Zigaretten ohne Filter errechnet.

Probe
1

Äußere Schicht,	1,8/38 000	2,8/38 000	3,3/40 000	5,0/30 000
Einzeltiter/Gesamttiter, den
Innere Schicht	8.0/20 000	8.0/20 000	8.0/20 000	8.0/20 000
Einzeltiter/Gesamttiter, den

Fortsetzung

Probe

Druckabfall des Titers, cm H2O	9,9	7,8
Luft, %	43,2	44
Durchgang, mg
Nicotinfreie, trockene Feststoffe	10,1	10,9
		(11.0)·)
Nicotin	0,80	0,83
		(0,74)*)
Durchgangsverringerung, %
Nicotinfreie, trockene Feststoffe	65,7	63,1
		(62,7)*)
Nicotin	51,5	49,7
		(55,1)*)

7,7
36

11,3
0,77

61,7
53,3

4,4

nicht

bestimmt

12,7
0,92

57,0
44,2

*) Wiederholung.

Bei einem Vergleich der Menge des im Rauchstrom entstehenden Nicotins bei einer filterfreien Zigarette, einer Filterzigarette ohne Perforationen im Filter und einer Filterzigarette mit Perforationen im Filter gemäß der Erfindung wurde festgestellt, daß die Perforationen im Filter die Durchgangsmenge des Nicotins um 9,1% reduzieren. Die bei diesem Versuch verwendeten Zigaretten waren die gleichen wie bei Probe 2 in Tabelle I.

Versuche haben gezeigt, daß die Verwendung der erfindungsgemäßen Filter bei Zigaretten es ermöglicht, für den inneren Rauchdurchlaß Celluloseacetatfäden zu verwenden, deren Filterleistung den gegenwärtig handelsüblichen Zigaretten mit kräftigem Geschmack und hohem Durchgang von Feststoffen im Rauch (Nicotin und nicotinfreie trockene Feststoffe, etwa 40%) nahezu gleichkommt, wobei aber dennoch bei kräftigem Geschmack der Zigarette nur geringe Mengen an Feststoffen inhaliert werden.

Die Zigaretten wurden unter Verwendung von üblichen, mit Alkalicitraten als Glimm-Mittel behandeltem Zigarettenpapier (Flachspapier) mit einer Greiner-Porosität von 20 sek hergestellt. Die innere Filterschicht war zu etwa 80% entkräuselt und die Fäden wiesen

40 einen Einzeltiter von 8,0 den und einen Gesamttiter von 20 000 den auf. Bei der Herstellung der Zigarettenfilter betrug die Oberflächengeschwindigkeit des Fadenstrangs 13 etwa 80% der Oberflächengeschwindigkeit des Förderbandes 25. Die Oberflächengeschwindigkeit des Förderbandes 25 betrug wiederum 80% der Oberflächengeschwindigkeit des äußeren Fadenstrangs 12. Dadurch ist der äußere Fadenstrang 12 dichter als üblich gepackt und der innere Fadenstrang 13 wird einer Längsspannung unterworfen, die höher als üblich und als die des äußeren Fadenstrangs 12 ist. Verwendet man Stränge, die nicht vollständig entkräuselt sind, so kann man eine geeignete Spannung dadurch herstellen, daß man die Oberflächengeschwindigkeit des Strangs, im vorliegenden Fall die Umfangsgeschwindigkeit der Antriebsrollen 15, auf etwa 75 bis etwa 95% der Geschwindigkeit des Stabformungsteils, d. h. im vorliegenden Fall der Oberflächengeschwindigkeit des Förderbandes 25 einstellt. Um eine geeignet dichte Packung des Filtermaterials in der äußeren Filterschicht 35 des Filterstabs 11 zu erzielen, kann der äußere Filterstrang 12 mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 5 bis 25% der Oberflächengeschwindigkeit des Stabformungsteils, d. h. des Förderbandes 25, zugeführt werden.

Hierzu 2 Bhitl Zcichnuimen

Claims

Patentansprüche:

1. Celluloseacetatfäden enthaltende Zigarettenfilter mit zwei konzentrisch angeordneten zylindrisehen Filterschichten, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) einer inneren Filterschicht (34) aus groben Celluloseacetatfäden mit einem Gesamtster von etwa 10 000 bis etwa 50 000 den und einem Einzeltiter von etwa 7 bis etwa 9 den,

b) einer äußeren Filterschicht (35) aus dicht gepackten Celluloseacetatfäden mit einem Gesamttiter von etwa 10 000 bis etwa 50 000 den und einem Einzeltiter von etwa 1 bis etwa 5 den,

c) einem zylindrischen, luftdurchlässigen Belagpapier (40) als Umhüllung der beiden Fiiterschichten (34,35) und

d) einer weiteren Umhüllung aus Mundstückpapier (41), das mit einer AnzahJ von Perforationen (43) versehen ist.

2. Zigarettenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der inneren Filterschicht (34) höchstens 25% der Gesamtquerschnittsfläche des Filters beträgt.

3. Zigarettenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der über die Perforationen (43) im Mundstückpapier (41) einströmenden Luft etwa 15 bis etwa 60% des Gesamtvolu- jo mens beträgt.

4. Zigarettenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Celluloseacetatfäden der äußeren Filterschicht (35) einen Gesamttiter von etwa 35 000 bis 45 000 den und einen Einzeltiter von js etwa 2 bis etwa 4 den aufweisen.

5. Zigarettenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Celluloseacetatfäden der inneren Filterschicht (34) einen Gesamttiter von etwa 15 000 bis etwa 25 000 den aufweisen. w

6. Zigarettenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Celluloseacetatfäden der inneren Filterschicht (34) im Vergleich zu denen der äußeren Filterschicht (35) im wesentlichen vollständig entkräuselt sind. 4^r>

7. Zigarettenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Celluloseacetatfäden der inneren Filterschicht (34) etwa 5 bis 25% ihres ursprünglichen Kräuselungsgrades aufweisen.

8. Verfahren zur Herstellung des Zigarettenfilters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zwei Fadenstränge (12, 13) getrennt zuführt, wobei man den einen Fadenstrang (13) während des Transports einer stärkeren Längsspannung unterwirft als den anderen Fadenstrang (12), die beiden Fadenstränge (12,13) hierauf während des weiteren Transports derart übereinanderlegt, daß der Fadenstrang (12) den Fadenstrang (13) umhüllt, daß man eine Bahn aus Belagpapier (28) zuführt, die wiederum die beiden Fadenstränge (12,13) umhüllt, ω so daß ein Filterstab (11) gebildet wird, und daß man den Filterstab (11) weiterbewegt, wobei der den Fadenstrang (13) umhüllende Fadenstrang (12) diesen durch Reibung mitnimmt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn- b5 zeichnet, daß man die gegenüberliegenden Kanten des die Fadenstränge (12,13) umhüllenden Belagpapiers (28) miteinander verklebt.

10. Vorrichtung zur Herstellung des Zigarettenfilters nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Liefereinrichtung für einen Fadenstrang (13) aus grobem Fadenmaterial, eine Einrichtung zum Spannen des Fadenstrangs (13) in Längsrichtung während des weiteren Transports, eine Liefereinrichtung für einen zweiten Fadenstrang (12) aus feinem Fadenmaterial, der mit dem Fadenstrang (13) in gleicher Richtung läuft, einen Hohldorn (19), der den Fadenstrang (13) aufnimmt und zusammendrückt, wobei der Fadenstrang (12) den Hohldorn (19) umgibt und diesen zumindest teilweise umhüllt, eine Liefertrommel (29) für eine Bahn aus Belagpapier (28), ein hinter dem Hohldorn (19) angeordnetes Stabformungsteil (18), das die Fadenstränge (12,13) und das Belagpapier (28) aufnimmt, wobei der Hohldorn (19) in das Stabformungsteil (18) hineinragt und wobei das Stabformungsteil (18) derart ausgebildet ist, daß der aus dem Hohldorn (19) austretende Fadenstrang (13) vom Fadenstrang (12) umhüllt und durch Reibung mitgenommen wird und beide Fadenstränge (12, 13) vom Belagpapier (28) umhüllt werden, sowie ein Messer (36) zum Zerschneiden des erhaltenen Filterstabs in Abschnitte (38) von bestimmter Länge.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabformungsteil (18) einen Formblock (22) zum Falten der Kanten des Belagpapiers (28) um die beiden Fadenstränge (12, 13) und gleichzeitigen Zusammenpressen des Fadenstrangs (12) um den Fadenstrang (13) und ein an dem Formblock (22) befestigtes Element (23) zur Führung der beiden Fadenstränge (12, 13) zwischen dem Formblock (22) und dem Element (23) umfaßt und daß der Hohldorn (19) in den Formblock (22) unterhalb des Elements (23) hineinragt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Spannen des Fadenstrangs (13) in Längsrichtung aus einem Antriebsrollenpaar (15) besteht, das zwischen der Liefereinrichtung für den Fadenstrang (13) und dem Hohldorn (19) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohldorn (19) bezüglich des Formblocks (22) verstellbar ist.