DE3216667A1

DE3216667A1 - Tabakrauch-filter

Info

Publication number: DE3216667A1
Application number: DE19823216667
Authority: DE
Inventors: Richard Malcolm 23113 Midlothian Va. Berger
Original assignee: Cigarette Components Ltd
Current assignee: Cigarette Components Ltd
Priority date: 1981-05-07
Filing date: 1982-05-04
Publication date: 1982-11-25
Also published as: HK90789A; ES268252U; ES268252Y; BR8202695A; GB2098051A; ES264954Y; CH656782A5; AU8327882A; CA1190113A; ES264954U; US4637409A; IT8221150A0; GB2098051B; DE3216667C2; IT1150908B; AU559726B2

Description

US-Serial-No.: 261,690

AT: 7. Mai 1981

Case No. 24339 11241 Dr.v.B/Ri

CIGARETTE COMPONENTS LIMITED Friendly House, 21-24 Chiswell Street London EC1Y 4UD, England

Tabakrauch-Filter

Die vorliegende Erfindung betrifft Filterlemente, insbesondere Rauchfilter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie die Herstellung solcher Filterelemente. Im speziellen betrifft die Erfindung Rauchfilter für Zigaretten (Zigaretten-Filter) und deren Herstellung, der Erfindungsgegenstand ist jedoch ganz allgemein für Filterzwecke brauchbar, insbesondere für Tabakrauch-Filter, gleichgültig ob das Filter in einer Zigarette, einer Zigarre, einer Pfeife oder dergleichen verwendet wird.

Da Zigaretten-Filter von besonderer kommerzieller Bedeutung sind, wird die vorliegende Erfindung in erster Linie anhand von Zigaretten-Filtern und der Herstellung von Filter-Zigaretten erläutert.

Bei der Entwicklung eines Filters für Zigaretten und dergleichen muß eine Anzahl verschiedener Eigenschaften des resultierenden Filters in Betracht gezogen werden. Der Filterwirkungsgrad (d.h. die Fähigkeit des Filters, unerwünschte Bestandteile aus dem Tabakrauch zu entfernen) stellt wohl die wichtigste Eigenschaft eines Zigaretten-Filters dar, man muß jedoch häufig hinsichtlich des Filterwirkungsgrades einen Kompromiß eingehen, um ein Filter

zu erhalten, das eine kommerziell annehmbare Kombination anderer Eigenschaften aufweist, unter anderem Druckabfall, Geschmack, Härte, Aussehen und Kosten. Beispielsweise hat das am häufigsten verwendete Zelluloseacetat-Filter einen verhältnismäßig niedrigen Filterwirkungsgrad, da dieser nur dadurch erhöht werden könnte, daß man entweder die Dichte des Filtermaterials oder die Länge des Filterelements vergrößert, was ^ides zu einem übermäßigen, in kommerzieller Hinsicht nicht mehr tragbaren Druckabfall führen würde.

In den letzten Jahren ist die Verdünnung des Rauches mit Luft ein beliebtes Verfahren geworden, um den relativ niedrigen Filterwirkungsgrad von Zigaretten-Filtern mit einem Druckabfall, der genügend niedrig ist um kommerziell annehmbar zu sein, zu kompensieren. Beim Luftverdünnungsverfahren wird Ventilationsluft verwendet, um den Rauchstrom von der Zigarette zu verdünnen und dadurch die Menge des Teers und anderer unerwünschter Tabakrauch-Bestandteile zu verringern, die pro Zug in den Mund des Rauchers gelangt. Die Ventilations- oder Verdünnungsluft wird gewöhnlich durch eine Anzahl von Perforationen im Mundstückpapier zugeführt, welches dazu dient, das Filter mit der Tabaksäule der Zigarette zu verbinden, und wenn das Filter mit einer Filterstabumhüllung umwickelt ist, wird ein luftdurchlässiges Filterumhüllungspapier verwendet.

Das Luftverdünnungsverfahren ist in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft, es stellt nämlich das wirtschaftlichste Verfahren zur Teerverringerung dar, es ermöglicht einen gewünschten Betrag der Teerabgabe genau einzustellen und es trägt außerdem zur Entfernung von unerwünschten gasförmigen Anteilen, wie Kohlenmonoxid und Stickstoffoxiden dar. Ein Hauptnachteil des Luftverdünnungsverfahrens ist die Beeinträchtigung des Geschmacks. In der Praxis sind

die Zigarettenhersteller seit der Einführung von luftverdünnten Zigaretten zu großen Längen übergegangen, um den Geschmack zu verbessern und/oder die Teerabgabe der Zigaretten zu steuern. Bis zur vorliegenden Erfindung gab es jedoch keine gut schmeckende Zigarette mit niedrigem CO/ Teer-Verhältnis.

Durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung wird dieser Mangel beseitigt.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein konventionelles Zigaretten-Filter mit kontinuierlichen Nuten versehen, die sich vom einen zum anderen Ende des Filters erstrecken. Die Nuten sind in einer rauchundurchlässigen Stopfen- oder Filterumhüllung gebildet und durch ein rauchundurchlässiges Spitzen- oder Mundstückpapier verschlossen. Im Mundstückpapier sind Löcher vorgesehen, die mit den Nuten komunizieren, so daß Verdünnungsluft in die Nuten eintreten kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das stromabwärts gelegene Ende der Nuten verengt und der Grad der Verengung bestimmt das Strömungsmuster oder den Strömungsverlauf in den Nuten. Wenn die Behinderung der Strömung in den Nuten größer ist als die Behinderung durch den Filterstopfen, strömt die durch die Ventilationslöcher eintretende Luft sowohl durch ■den verengten Teil als auch zurück zum tabakseitigen Ende des Filterstopfens, wo sie zusammen mit dem gefilterten Rauch dann durch das Filter gezogen wird. Wenn die Behinderung der Strömung durch die Nut kleiner ist als die Behinderung der· Strömung durch den Filterstab selbst, strömt Rauch aus dem Tabak durch die Nuten und wird mit Luft, die durch die Belüftungslöcher eintritt und sich mit dem Rauch mischt, verdünnt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Rauches durch die Querschnittsänderung der Nut verlangsamt wird.

Bei den bevorzugten Ausführungsformen wird die Strömungs-

behinderung durch die Nut von einem stromabwärts gelegenen Abschnitt der Nut gebildet, der einen engeren Querschnitt hat als der stromaufwärts gelegene Abschnitt der Nut. Die Belüftungslöcher im Mundstückpapier decken sich vorzugsweise mit dem größeren, stromaufwärts gelegenen Abschnitt an einer Stelle, die sich gleich stromaufwärts von der Verbindung zwischen den beiden Nutenabschnitten befindet. Die Behinderung der Strömung kann durch eine Änderung der Form und/oder des Querschnitts der Nuten längs der Nut verursacht werden.

Dadurch, daß die Geschwindigkeit des Rauches verringert wird, wenn er unter den Löchern für die Verdünnungsluft vorbeiströmt, kann das CO/Teer-Verhältnis verrringert werden. Der verengte Strömungsweg in den Nuten bewirkt außerdem bei bestimmten Bedingungen, daß das Kohlenstoffmonoxidgas durch die Belüftungslöcher in die Atmosphäre ausgestoßen wird.

Es gibt die verschiedensten Möglichkeiten, die Querschnittsfläche der Nuten beim Fortschreiten längs der Nuten zu ändern. . .

Im folgenden werden spezielle Ausführungsbeispiele von Filtern gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Außerdem werden ein Verfahren und eine Einrichtung zum Herstellen der vorliegenden Filter beschrieben.

Es zeigen:

Figur 1 eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Filterzigarette, die gemäß den Lehren der Erfindung hergestellt wurde; das Mundstückpapier ist dabei zum Teil zurückge

schlagen dargestellt, um das Filter deutlicher sichtbar zu machen;

Figur 1A eine Figur 1 entsprechende Ansicht einer Ausführungsform/ bei der das Filter im Vergleich zu Figur 1 umgedreht ist;

Figur 2 eine Stirnansicht eines Filters gemäß der Erfindung mit drei Längsnuten;

Figur 3 eine Stirnansicht eines anderen Filters gemäß der Erfindung, in dessen Umfang vier Nuten vorgesehen sind;

Figur 4 eine Stirnansicht wieder einer anderen Ausführungsform eines Filters gemäß der Erfindung, bei dem im Filter 5 Längsnuten gebildet sind; 15

Figur 5, 6, 7, 8 und 9 Figur 1 entsprechende, perspektivische Ansichten weiterer Ausführungsformen von Zigaretten-Filtern gemäß der Erfindung;

'20 Figur 10 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Herstellen von Filterelementen gemäß der Erfindung;

Figur 11 eine Teilansicht einer Kräusel- oder Prägevorrichtung zum Bilden der Nuten in einem Filter

stopfen gemäß der Erfindung;

Figur 12 eine perspektivische Ansicht eines Teiles eines der Prägeglieder der Vorrichtung gemäß Figur 11, und

Figur 13 bis 15 schematische Querschnittsansichten von Vorrichtungen des in Figur 11 dargestellten Typs mit drei, vier bzw. fünf Prägerädern.

— Q —

In Figur 1 ist eine Filterzigarette 10 gemäß einer Ausführ ungs form der Erfindung dargestellt, welche einen Tabakstab 12 und ein Filterelement 14 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält. Der Tabakstab 12 und das Filterelement 14 sind in bekannter Weise Ende an Ende durch eine Spitzenumhüllung oder ein Mundstückdeckblatt 16 verbunden. Das Mundstück-Umhüllungspapier oder Deckblatt 16 weist eine Mehrzahl "on Verdünnungsluft-Perforationen 18 auf, die in Umfangsrichtung um das Filterelement 14 angeordnet sind, so daß mit jedem Zug an der Zigarette Ventilationsoder Verdünnungsluft durch das Mundstückpapier zum Filter angesaugt wird.

Das Filter 14 enthält einen im wesentlichen zylindrischen Stopfen 20 aus einem konventionellen Tabakrauch-Filtermaterial, der typischerweise aus einem kontinuierlichen Kabel aus Zelluloseacetat-Fasermaterial hergestellt wird, wenn auch andere Filtermaterialien mit kleineren Abänderungen verwendet werden können. Z.B. können Faserkabel aus anderen Materialien, wie Polyethylen, Polypropylen und dergleichen oder sogar auch nicht gewebte Stapelfasern verwendet werden. Es sei jedoch betont, daß Zelluloseacetat-Faserkabel (tow) das in kommerzieller Hinsicht bevorzugte Material darstellt. Der Stopfen 20 wird also aus einem konventionellen Material hergestellt, so daß er als rauchdurchlässiger Filterstapfen arbeitet, der teilchenförmige Feststoffe zurückhält, die in dem durch ihn strömenden Rauch enthalten sind.

Der Stopfen 20 ist über seine ganze Länge mit einer nicht porösen oder rauchundurchlässigen Stopfen- oder Filterumhüllung 22 umgeben. Die rauchundurchlässige Filterumhüllung, die auch als Mantel oder Manschette bezeichnet werden könnte, kann in bekannter Weise rauchundurchlässige Außenflächen oder -schichten aus Schaumstoffmaterial, das mit dem Filterstopfen zusammenhängt, sowie auch ein rauchun-

-ιοί durchlässiges ümwicklungs- oder Umhüllungsmaterial , das keinen Teil des Stopfens bildet, enthalten. Im Filtermantel 22 und im Stopfen 20 sind mehrere Nuten 2 4 gebildet, die die Form von Vertiefungen haben, die sich in Tiefenrichtung radial in den Stopfen 20 hinein und in Längenrichtung kontinuierlich vom einen zum anderen Ende des Stopfens erstrecken. Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform haben die speziellen Nuten 24 im Umfang des Stopfens jeweils zwei Längsabschnitte, nämlich einen ersten, großvolumigen Abschnitt, der sich von der an den Tabak angrenzenden Stirnfläche des Stopfens 20 in Längsrichtung nach innen erstreckt, und einen Abschnitt kleineren Volumens, der sich vom Mundende des Filterstopfens in Längsrichtung nach innen erstreckt. Die beiden Abschnitte unterschiedlichen Volumens sind mit ihren Enden an einem gemeinsamen Übergang 26 stumpf aneinanderstoßend verbunden. Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform befindet sich der gemeinsame übergang 2 6 etwas näher beim Mundende des Stopfens 20 als die Belüftungslöcher der Perforation 18 im Papier des Mundstückdeckblatts 16. Es befinden sich also nur über den großvolumigen Abschnitten der kanalartigen Nuten 24 Löcher der Verdünnungsluft-Perforation 18. Außer den Ventilationslöchern der Perforation 18 im Mundstück-Deckblatt 16 ver- schließt das Deckblatt die Nuten 24, so daß in Längsrich-■ tung verlaufende Strömungskanäle im Umfang des Stopfens 20 gebildet werden. Diese Strömungskanäle erstrecken sich vom einen Ende zum anderen und bilden daher Strömungswege zwischen dem Tabakstab 12 und dem Mund des Rauchers.

Bei der in Figur 1 dargestellten speziellen Ausführungsform sind vier longitudinal verlaufende Nuten 24 vorgesehen und eine Stirnansicht dieser Ausführungsform- ist in Figur 3 dargestellt. Eine Stirnansicht einer anderen Ausführungsform mit drei Nuten ist in Figur 24 dargestellt und die Stirnansicht wieder einer anderen Ausführungsform,

die fünf Nuten 24 aufweist, ist in Figur 4 dargestellt. Es dürfte einleuchten, daß man die verschiedensten Anzahlen von solchen Nuten 24 vorsehen kann, wobei sich dann verschiedene neuartige Stirnansichten der betreffenden Zigaretten ergeben.

Die in Figur , dargestellten Nuten 24 haben eine über ihre Länge konstante Tiefe. Die Volumenänderung zwischen den beiden Längsabschnitten jeder Nut wird dadurch bewirkt, daß der Abschnitt der Nut, der am Mundende des Stopfens 20 ansetzt, schmäler gemacht wird. Mit anderen Worten gesagt hat die Nut 24 zwischen dem übergang 26 und dem Mundende der Zigarette eine schmälere Querabmessung . Diese Verengung hat zur Folge, daß die Strömung durch die Nut in Richtung zum Mundende des Stopfens hin behindert wird. Der Grad dieser Einschränkung oder Behinderung bestimmt die Betriebseigenschaften des Filters. Bei einer bevorzugten Arbeitsweise soll insbesondere beim Ziehen am Mundende der Zigarette Rauch vom Tabakstab an dem gewundenen Weg im Stopfen 20 vorbei in den Nuten 24 zum übergang 26 strömen. Infolge des Ziehens an der Zigarette besteht außerdem die Neigung, daß Luft in die großvolumigeren Abschnitte der Nuten 24 stromaufwärts vom übergang 26 gezogen wird, so daß der Rauch dort verdünnt -wird. Die Verengung stromabwärts vom übergang 26 hat zur Folge, daß der Rauch verlangsamt wird und mit der durch die Ventilationslöcher der Perforation 18 eintretende Luft gemischt und verdünnt wird. Der Rauch, der durch die kleinvolumigen Nutenabschnitte zum Mund des Rauchers strömt, ist daher sehr stark verdünnt. Es wurde außerdem¹ festgestellt, daß das CO/Teer-Verhältnis durch die Verwendung einer solchen Zweivolumen-Nut 24 verringert wird, bei der der Abschnitt großen Volumens der Nut die Geschwindigkeit des Rauches verlangsamt und der Abschnitt

kleineren Volumens der Nut nach den Löchern der Perforation 18 eine Verengung oder Behinderung darbietet, die zur Folge hat, daß ein Teil des Kohlenstoffmonoxidgases durch die Perforationslöcher nach außen gedrängt wird, nachdem die Saugkraft des Zuges nach überschreiten ihres Spitzenwertes abzufallen beginnt.

Eine andere mögliche Arbeitsweise des Filters gemäß Figur 1 erhält man, wenn der durch den kleinvolumigen Nutenabschnitt verursachte Strömungswiderstand (Behinderung) groß im Vergleich zum gesamten Strömungswiderstand im Strömungsweg durch den Stopfen 2 0 ist. Unter diesen Umständen bewirkt eine Saugkraft am Mundende des Filters insbesondere, daß Luft durch die Löcher der Perforation in die Nuten gezogen wird, wie es oben beschrieben wurde. Wenn jedoch der kleinvolumige Abschnitt der Nuten einen sehr hohen Strömungswiderstand oder eine sehr hohe Behinderung darstellt, wird die Luft dazu neigen, in der Nut 24 in beiden Richtungen zu strömen, d.h. daß die durch die Löcher der Perforation 18 in die Nut eintretende Luft durch den kleinvolumigen Nutabschnitt zum Mund des Rauchers und durch den großvolumigen Abschnitt zum tabakseitigen Ende strömt, wo sie sofort zurück durch den Filterstopfen zusammen mit dem Tabakrauch in den Mund des Rauchers gezogen wird. Bei dieser Arbeitsweise wird ■ der Rauch sowohl innerhalb des Stopfens 20 als auch im Mund des Rauchers verdünnt.

Die beiden oben.erwähnten Arbeitsweisen unterscheiden sich nur durch das Verhältnis der Strömungswiderstände des Filterstopfens selbst und des engeren oder kleinvolumigeren Abschnittes der Nut 24. In beiden Fällen bewirkt die Ventilationsluft eine Verdünnung des Rauches und damit eine Verringerung der Menge an Teer und anderen unerwünschten Rauchbestandteilen, außerdem werden unerwünschte gasförmige Bestandteile des Rauches, wie CO und NO entfernt.

Wichtig ist im vorliegenden Falle, daß dies durch die Erfindung ohne Beeinträchtigung des Geschmackes erreicht werden kann.

Es wurde sogar festgestellt, daß man noch bessere CO/Teer-Verhältnisse als bei kommerziell erhältlichen bekannten Filtern erreichen kann, wenn das Filter 14 der Ausführungsform gemäß Figui 1 umgedreht wird, wie es in Figur 1A dargestellt ist, so daß die kleinvolumigen Abschnitte der Nuten 24 dem tabakseitigen Ende benachbart sind, wobei jedoch vorzugsweise mindestens die Majorität der Verdünnungs-Luft-Perforationen sich über den großvolumigen Abschnitten der Nuten befinden.

Die in Figur 5 dargestellte Ausführungsform ähnelt der gemäß Figur 1 und in den beiden Figuren wurden daher die gleichen Bezugszeichen verwendet. Die Ausführungsform gemäß Figur 5 unterscheidet sich von der gemäß Figur 1 nur darin, daß bei Figur 5 ein Teil der Verdünnungsluft-Perforation 18 den kleinvolumigen Abschnitt der Nuten 24 überlappt. Diese Ausführungsform ist besser für die oben als zweites erwähnte Arbeitsweise geeignet, bei der die Luft in den Nuten 24 in beiden Richtungen strömt. Die Anordnung einiger Löcher der Perforation 18 über dem kleinvolumigen Abschnitt der Nuten 24 erleichtert die Luftströmung durch diesen Abschnitt, der bei dieser Arbeitsweise definitionsgemäß ja einen sehr engen oder behinderten Strömungsweg darstellt.

Eine weitere Ausführungsform des vorliegenden Filters ist in Figur 6 dargestellt. Auch hier sind für entsprechende Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet worden, wie in den Figuren 1 und 6. Das Filter gemäß Figur 6 unterscheidet sich von den vorigen Filtern nur darin, daß die Nuten 24 der Ausführungsform gemäß Figur 6 eine über ihre ganze Länge konstante Querschnittsfläche aufweisen.

_ 14 -

Mit anderen Worten gesagt gibt es hier keine großvolumigen und kleinvolumigen Nutabschnitte. Ein wesentliches Merkmal besteht darin, daß die Nuten kontinuierlich sind und vom einen Ende des Filterstopfens 20 zum anderen durchgehen, so daß ein direkter Strömungsweg vom tabakseitigen Ende zum mundseitigen Ende des Filterstabes besteht. Wenn man am Mundende des Filterstabes zieht, strömt Rauch durch die Nuten 24 zu diesem Ende und außerdem wird Umgebungsluft durch die Löcher 18 der Perforation in die Nuten 24 gezogen.

Die angesaugte Luft verdünnt den durch die Nuten 24 strömenden Rauch, so daß sich die oben beschriebenen vorteilhaften Effekte ergeben. Die Verdünnung des Rauches ist bei der Ausführungsform gemäß Figur 6 recht wirkungsvoll, es wurde jedoch festgestellt, daß die Verdünnung sogar noch wirkungsvoller ist, wenn in den Nuten 24 eine Verengung vorgesehen wird, wie es anhand der Figuren 1 und 5 beschrieben wurde. Da bei der Ausführungsform gemäß Figur 6 keine Verengung vorhanden ist, kann es bei manchen Anwendungen wünschenswert sein, eine größere Anzahl von Belüftungslöchern vorzusehen als üblich, um den Grad der Verdünnung zu erhöhen. Selbst bei hochgradiger Verdünnung, die in manchen Fällen doppelt so stark ist wie bei konventionellen Zigaretten, wurde festgestellt, daß sich bei Teerwerten in der Größenordnung von einem Milligrairmimmer noch ein guter Geschmack ergibt.

Wenn eine Verengung in den Nuten 24 vorgesehen wird, braucht diese nicht die Form einer diskreten oder stufenartigen Änderung der.Querschnittsfläche der Nut zu haben, wie es in Figur 1 und 5 dargestellt ist. Die Breite und/oder Tiefe der Nuten können sich vielmehr über die Länge des Filterstopfens 20 allmählich oder kontinuierlich ändern, wie es in Figur 7 dargestellt ist, so daß die Verengung eine mehr graduelle Wirkung hat. Die graduelle Verengung strebt

dazu, das Abwärtsströmen des Rauches durch die Nuten zu verlangsamen, so daß die durch die Löcher der Perforation 18 eintretende Luft den Rauch wirkungsvoll verdünnen kann, bevor er den Mund des Rauchers erreicht. Bei der in Figur dargestellten Ausführungsform nimmt die Breite der Nuten vom tabakseitigen Ende des Filterstabes zum mundseitigen Ende allmählich ab. Die Tiefe kann in entsprechender Weise zusätzlich oder anstatt der Breite geändert werden. Die verschiedenen Elemente der Ausführungsform gemäß Figur 7 sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie die entsprechenden Elemente in Figur 1.

Auch bei der Ausführungsform gemäß Figur 8 sind entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in Figur 1. Der Unterschied zwischen den Ausführungsformen gemäß Figur 1 und Figur 8 besteht darin, daß der Querschnitt- oder Volumenunterschied der beiden Abschnitte der Nuten 24 durch eine Änderung der Tiefe der Nuten und nicht durch eine Änderung der Breite der Nuten bewirkt wird. Im übrigen stimmt das in Figur 8 dargestellte Filter mit dem Filter gemäß Figur 1 überein und es kann für jede der beiden oben beschriebenen Arbeitsweisen ausgelegt werden.

Figur 9 zeigt einen Filter 14 gemäß wieder einer anderen Ausführungsform der Erfindung, auch hier wurden die gleichen Bezugszeichen verwendet wie bei Figur 1. Die Ausführungsform gemäß Figur 9 unterscheidet sich von der gemäß Figur 1 darin, daß an die Stelle der in Längsrichtung verlaufenden Nuten 24 des Filters gemäß Figur 1 eine wendeiförmige Nut 28, eine ringförmige Nut 30 und in Längsrichtung verlaufende Nuten 32 treten. Genauer gesagt erstreckt sich bei dem Filter gemäß Figur 9 die wendeiförmige Nut 28 vom Tabakende des Filters 14 längs eines schraubenlinienförmigen Weges um die Peripherie des Filters bis zu einer bestimmten Stelle, an der die wendeiförmige Nut 28 in Verbindung mit der ringförmigen Nut 30 steht. Die longitudinalen Nuten 32 reichen

vom Mundende des Filters 14 zur ringförmigen Nut 30. Bei einer bevorzugten Version des in Figur 9 dargestellten Filters hat die wendeiförmige Nut 28 quer zur Strömungsrichtung einen größeren Querschnitt als die ringförmige Nut 30 und die einzelnen longitudinalen Nuten 32. Außerdem befinden sich, wie dargestellt, die Löcher der Verdünnungsluft-Perforation 18 bei Figur 9 alle auf der im Tabakende zugewandten Seite der ringförmigen Nut, so daß sie sich mit der wendeiförmigen Nut 28 decken und nicht mit den longitudinalen Nuten 32 oder der ringförmigen Nut 30. Der vom Tabakende des Filters zum Mundende des Filters strömende Rauch erfährt dadurch eine Behinderung an der ringförmigen Nut 30, so daß die durch die Löcher der Perforation 18 in die wendeiförmige Nut 28 gezogene Luft sich mit dem verlangsamten Rauch in dem wendeiförmigen Kanal der Nut 28 gründlich mischen und den Rauch verdünnen kann.

Selbstverständlich können bei dem Filter gemäß der Erfindung auch noch andere Nutkonfigurationen verwendet werden.

In den folgenden Tabellen sind Versuchsergebnisse und Vergleiche bestimmter Eigenschaften von Produkten gemäß der vorliegenden Erfindung mit bekannten Produkten aufgeführt.

	(Vier	3 2 2	TABELLE I	0,5 mm Nuten) Teer CO/Teer-Verhältnis	mg mg mg	0, 0, 0,	53 66 72
Material Kabel (Tow)	durchgehende CO	6,21 3,85 2,98
8/48 5/45 3,9/48	,29 mg ,54 mg ,16 mg

	1 1 1	CO	mg mg mg	ii	Nuten)	mg mg mg	CO/Teer-Verhältnis	50 63 75
		,87 ,19 ,36	TABELLE	mm	Teer		0, 0, 0,
TABELLE			3,73 1 ,90 1 ,82
(Vier durchgehende 0,75
Material Kabel (Tow)	III
8/48 5/45 3,9/48

(Vier Nuten mit je 2 Abschnitten unterschiedlichen Querschnitts; großvolumiger Abschnitt 1,0 mm und kleinvolumiger Abschnitt 0,5 mm)

Ausftinrungsform gemäß Figur 1

Material Kabel (Tow)	1	CO	Teer	,90	mg	CO/Teer-Verhältnis
8/48	0	,26 mg	2	,57	mg	0,43
3,3/39		,80 mg	1			0,51
	TABELLE IV

(Vier Nuten mit je 2 Abschnitten unterschiedlichen Querschnitts; großvolumiger Abschnitt 1,0 mm und kleinvolumiger Abschnitt 0,75 mm)

Ausführungsform gemäß Figur 1A

Material Kabel (Tow)

8/48

CO

1,85 mg

Teer CO/Teer-Verhältnis 4,1 mg 0,45

TABELLE V
(Vergleichsstäbe - handelsübliche Marke)

CO

Teer

Vergleich #1 Vergleich §2 Vergleich #3 Vergleich #4

2,81 mg

4,54 mg

1,50 mg

0,68 mg

2,57 mg

4,68 mg

1,70 mg

0,75 mg

CO/Teer-Verhältnis

1 ,09 0,97 0,88 0,91

In Tabelle I sind die Versuchsergebnisse für 3 Untersuchungen dargestellt, bei denen Filter gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 verwendet wurden, die Nuten 24 mit einem über die ganze Länge gleichbleibenden Querschnitt aufweisen. Für die drei Versuche, die sich hinsichtlich des Filterkabelmaterials unterscheiden, sind jeweils der Gehalt an Kohlenmonoxid und Teer sowie das CO/Teer-Verhältnis angegeben. Der konstante Durchmesser der Nuten 24 der bei den Untersuchungen gemäß Tabelle I verwendeten Filter betrug 0,5 mm (0.020") und das CO/Teer-Verhältnis ist, wie aus Tabelle I ersichtlich ist, für alle verschiedenen Filterkabelmaterialien, die untersucht wurden, recht klein.

In Tabelle II sind die Ergebnisse ähnlicher Versuche dargestellt, bei denen ebenfalls die Ausführungsform gemäß Figur 6 verwendet wurde, wobei jedoch der Durchmesser der Nuten 24 auf 0,75 mm (0.030") vergrößert wurde. Wie aus den aufgeführten Werten ersichtlich ist, liegen die Kohlenmonoxid- und Teer-Gehalte niedriger als bei den Versuchen der Tabelle I, während die relativ niedrigen CO/Teer-Verhältnisse ungefähr gleich bleiben.

Eine noch eindrucksvollere Darstellung des Wertes der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus Tabelle III, in der die Ergebnisse von Versuchen mit der Ausfühx-ungsform gemäß Figur 1 aufgeführt sind. Bei diesen Versuchen betrug

das Volumen- bzw. Querschnittsverhältnis zwischen dem großvolumigen Abschnitt und dem kleinvolumigen Abschnitt der Nuten 24 gleich 2:1. Insbesondere betrug der Durchmesser des großvolumigen Abschnitts etwa 1,0 nun . (0.040") während der Durchmesser der kleinvolumigen Abschnitts etwa gleich 0,5 mm (0.020") war. Wie man sieht, sind die Werte des Kohlenmonoxid- und Teer-Gehaltes selbst gegenüber den Werten aus den Tabellen I und II erheblich kleiner und auch das CO/Teer-Verhältnis ist eindrucksvoll verringert.

Eine ähnliche Verbesserung des CO/Teer-Verhältnisses ist aus Tabelle IV ersichtlich, die auf Versuchen beruht, bei denen das Filter umgedreht war, wie es in Figur 1A dargestellt ist.

In Tabelle V sind die Werte für vier Zigaretten handelsüblicher Marken aufgeführt, die als Vergleich für die Versuche in den Tabellen I, II, III und IV verwendet wurden. Die vier handelsüblichen Kontrollzigaretten wurden aus verschiedenen Packungen einer Marke entnommen, bei der ein Filter ähnlich wie es in der US-PS 4,256,122 beschrieben ist, verwendet wird.

Aus den Werten in den obigen Tabellen läßt sich eine Anzahl von Schlüssen ziehen: Erstens verbessert das große Faserdenier, das einen niedrigen Filterwirkungsgrad ergibt, das CO/Teer-Verhältnis, da die normalen mechanischen Filter Kohlenmonoxid nicht entfernen. Die Daten in den Tabellen I, II, III und IV machen dies deutlich. Ferner wird durch die Verringerung der Geschwindigkeit des Rauches, während er unter den Ventilationslöchern vorbeiströmt, das CO/Teer-Verhältnis signifikant herabgesetzt. Dies ist ersichtlich, wenn man die Tabellen I und II miteinander vergleicht, da die großvolumigen Nuten das CO/Teer-Verhältnis etwas verringern; es wird ferner durch einen Ver-

gleich der Daten in den Tabellen III und IV mit den Daten in den Tabellen I und II belegt, da die Änderung des Volumens der Nuten 2 4 die Strömungsgeschwindigkeit des Rauches ändert und eine effektivere Verdünnung erlaubt. In allen Fällen zeigen die geprüften Filter gemäß der vorliegenden Erfindung eine erhebliche Verbesserung des CO/Teer-Verhältnisses im Vergleich zu den Vergleichs- oder Kontrollzigaretten, deren Daten in Tabelle V aufgeführt sind. Die kontinuierlichen, sich vom einen zum anderen Ende er streckenden Nuten ermöglichen also eine wirkungsvollere Kontrolle des CO/Teer-Verhältnisses, das durch Änderung der Größen der Nuten in Relation zu den Löchern der Perforation 18 beeinflußt werden kann. Von besonderer Bedeutung ist, daß die Filter gemäß der Erfindung während der Untersuchungen gemäß den Tabellen I-^IV trotz der relativ niedrigen Teer-Abgabe Rauch mit befriedigendem Geschmack lieferten.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 10 bis 15 soll nun generell ein Verfahren und eine Einrichtung zum Herstellen der vorliegenden Filterelemente erläutert werden. Die Technik ist im Prinzip in vieler Hinsicht der ähnlich, die in den US-PSen 3,637,447, 4,046,063 und 4,075,936 genauer beschrieben ist, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Bei den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird als Filtermaterial für die Erzeugung der Filterelemente ein kontinuierliches oder endloses Faserkabel 40, z.B. Acetatkabel verwendet, das eine Vielzahl von miteinander verbindbaren oder verschweißbaren faserartigen Elementen enthält, die durch Kontakt mit einem heißen Fluid, wie Dampf aktivierbar sind. Das Material für das Filterkabel 40 wird kontinuierlich in und durch eine langgestreckte· Bindezone 50 geführt, die eine konventionelle Stopfdüse 41 und einen Dampfkopf 42 enthält, wie sie aus dem oben angeführten Stand der Technik bekannt sind. Nach

der Dampfbehandlung wird der resultierende Stab in einem Kühlkopf 43 gekühlt, bevor er in einer Umhüllungsgarnitur 51 mit einem konventionellen Filterumhüllungsmaterial 4 5 ummantelt wird. Das Umhüllungsmaterial 45, das für Rauch undurchlässig ist, wird bei 44 mit einem Leim oder Kleber behandelt, um ein einwandfreies Binden der Umhüllung zu gewährleisten. Die Garnitur 51 enthält einen kontinuierlichen Zugförde_₄nechanismus, der den Stab durch diese ersten Verarbeitungsstufen zieht.

Nach dem Verlassen der Garnitur 51 wird der umhüllte Stab in einem Wasserkopf mit Wasser und Dampf behandelt, bevor die Nuten 24 im Stab gebildet werden. Die Nuten werden durch erhitzte Prägeräder in einer Prägevorrichtung 47 gebildet, von der Teile im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 11 bis 15 erläutert werden. Nachdem die Nuten in der Peripherie des Stabes gebildet worden sind, wird er durch eine zweite Garnitur 52 kontinuierlich durch einen Kühlkopf 48 gezogen und zu einem Schneidkopf 4 9 transportiert. Der genutete oder geprägte Stab wird im Schneidkopf an vorgegebenen Stellen in Querrichtung zertrennt, um die einzelnen Filterstopfen zu bilden.

Die oben unter Bezugnahme auf Figur 10 beschriebenen EIemente sind alle bekannt mit Ausnahme der erhitzten Prägeräder in der Prägevorrichtung 47. Diese Prägeräder sind in den Figuren 11, 12, und 13 genauer dargestellt, auf die nun Bezug genommen werden soll. Wenn im Filterstab drei longitudinal verlaufende, kontinuierliche Nuten zu bilden sind, werden drei Räder 61, 62 und 63 in der in Figur 13 dargestellten gegenseitigen Lage vorgesehen. Die Prägeflächen der Räder sind gebogen, so daß der Filterstab zwischen den Stirnflächen der Prägeräder hindurchlaufen kann, während er geprägt wird. Von der Peripherie jeden Rades springen Prägevorsprünge 71, 72 in den vom Filterstab durchlaufenen Kanal oder Zwischenraum vor. Die

in den Figuren 11 bis 13 dargestellten Prägevorsprünge sind so entworfen, daß sie Filter gemäß der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung bilden. Die Vorsprünge 71 und 72 enden also im gleichen radialen Abstand von der Peripherie der jeweiligen Räder 61, 62 und 63 (wie am deutlichsten in den Figuren 11 und 12 dargestellt ist), die Vorsprünge 71 und 72 bilden jedoch Abschnitte unterschiedlicher Breite. Diese unterschiedlichen Breiten entsprechen den unterschiedlichen Breiten der Nut 24 in Figur 1. Die Vorsprünge 71 und 72 erstrecken sich kontinuierlich um den Umfang der Räder 61, 62 und 63, so daß durch jedes Prägerad in dem durch die Prägevorrichtung 47 laufenden Filterstab ein kontinuierlicher, longitudinal verlaufender Kanal gebildet wird.

Figur 14 zeigt, wie vier longitudinal verlaufende, kontinuierliche Kanäle im Filterstab gebildet werden können, während Figur 15 zeigt, wie man fünf solcher Kanäle erzeugen kann. Es dürfte einleuchten, daß man durch Wahl einer entsprechenden Anzahl von zusammenwirkenden Prägerädern praktisch jede gewünschte Anzahl solcher Kanäle bilden kann. Die Vorsprünge 71 und 72 erhalten eine solche Kontur, wie es der für den kontinuierlichen Kanal gewünschten Konfiguration entspricht. Um die Abschnitte unterschiedlicher Tiefe für die in Figur 8 dargestellte Ausführungsform zu bilden, wird man also Prägevorsprünge 71 und 72 mit unterschiedlichen Höhen, jedoch gleicher Breite vorsehen. In entsprechender Weise wird man bei der Herstellung der Ausführungsform gemäß Figur 7 mit den verlaufenden Nuten Vorsprünge mit verlaufender Breite und/oder verlaufender Höhe am Umfang der verschiedenen Prägeräder vorsehen.

Wenn der Filterstab, in dem die durchgehenden, vom einen zum anderen Ende durchgehenden Nuten gebildet wurden, in die Schneidvorrichtung 49 der in Figur 10 dargestellten Maschine eingeführt wird, erfolgen die Querschnitte an

solchen Stellen längs des Stabes, daß Übergänge zwischen den breiteren und schmäleren oder flacheren und tieferen Nutenabschnitten verbleiben. Die Schnitte können so gelegt werden, daß beim Schneiden einzelne Filterstopfen oder -elemente entstehen, oder alternativ auch so, daß durch die Schnitte Stücke mit einer Länge entsprechend mehreren Filterstopfen entsprechen, die dann später in Verbindung mit dem Anbrin9en der Spitze oder des Mundstücks in die einzelnen Filterstopfen zertrennt werden.

Die Erfindung wurde oben anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die ein perforiertes, aber sonst undurchlässiges Deckblatt- oder Mundstückmaterial enthalten, die Erfindung ist jedoch auch ganz generell und auch in Verbindung mit den beschriebenen Ausführungsbeispielen mit einem Mundstück oder Deckblattmaterial realisierbar, das von Natur aus luftdurchlässig ist und zusätzlich Perforationen haben oder unperforiert sein kann.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen erstreckt sich der rauchdurchlässige Filterstab, um den die genutete, rauchundurchlässige Muffe, Hülse oder Mantelumhüllung angeordnet ist, Über die volle Länge dieser Muffe oder Hülse. Dies ist jedoch nicht wesentlich und die Lehren der Erfindung können auch dann angewendet werden, wenn sich der Filterstab nur über einen Teil der Länge der Umhüllung oder Muffe erstreckt. Bei allen oben im einzelnen dargestellten Ausführungsformen kann der Filterstab also generell mehr oder weniger kurz vor einem oder beiden Enden der genuteten Muffe oder Umhüllung enden, so daß ein Filter vorliegt, das am einen oder beiden Enden eine Vertiefung in der Muffe oder Umhüllung aufweist; der Filterstab kann zusätzlich oder stattdessen auch aus einer Mehrzahl von in Längsrichtung beabF^.andeten Stopfen bestehen, so daß in der genuteten Muffe oder Umhüllung ein Hohlraum oder mehrere Hohlräume gebildet werden.

In den Rahmen der Erfindung fallen auch Filterelemente (genutete Stäbe und Umhüllungen) für sich, die mit dem Spitzen- oder Deckblattmaterial verwendet werden können, d.h. Filter wie sie oben definiert und beschrieben wurden, jedoch ohne das Deckblatt- oder Mundstückmäterial. Es wurde oben bereits erwähnt, daß solche Elemente und manchmal auch die durch Umhüllen der Elemente mit einem Mundstück- oder Deckblattmaterial erhaltenen Filter anfänglich in Stücken mehrfacher Filterlänge hergestellt werden können, von denen dann individuelle Stücke einfacher Länge abgeschnitten werden; die individuellen Stücke können asymmetrisch sein (z.B. wie es bei den meisten dargestellten Ausführungsformen der Fall ist), wobei die Nutendimensionen von Ende zu Ende verschieden sind; die anfänglich hergestellten Stücke mit einem geraden Vielfachen der Einzellänge (z.B. gleich einem doppelten oder sechsfachen der Länge eines einzelnen Filterelements) von denen sie abgeschnitten werden, werden dagegen symmetrisch sein. Die Erfindung bezieht sich also auch auf solche Mehrfachlängen-Filter und-Filterelemente sowie auf Produkte mit der endgültigen einfachen Länge.

JZS'-Leerseite

Claims

Patentansprüche

1

Rauchfilter mit einem rauchdurchlässigen Filterstab und einer diesen umgebenden, rauchundurchlässigen Muffe, dadurch gekennzeichnet , daß in der Umhüllung (22) sowie dem Filterstab (20) mindestens eine Nut (24) gebildet ist, die sich vom einen Ende der Umhüllung zum anderen Ende erstreckt, und daß die Muffe von einem Ventilations-Mundstückmaterial umgeben ist, das bei der Verwendung des Rauchfilters ein Hindurchtreten von Außenluft in die Nut gestattet.

Rauchfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (28, 32) auf mindestens einem Teil ihrer Länge längs eines wendeiförmigen Weges verläuft (Figur 9).

3. Rauchfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstückmaterial (16) von Perforationen (18) durchsetzt ist, die direkt in der Nut (24) münden.

4. Rauchfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Form und/oder Querschnittsfläche der Nut (24) in Längsrichtung der Nut ändern.

5. Rauchfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Breite und/oder Tiefe der Nut in Längsrichtung der Nut ändern.

6. Rauchfilter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn-

zeichnet, daß sich die Form und/oder Querschnittsfläche der Nut längs mindestens eines Teiles der Länge der Nut allmählich ändern.

7. Rauchfilter nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch

gekennzeichnet, daß sich die Form und/oder Querschnittsfläche der Nut in der Längsrichtung der Nut bei einem Ubergangsbereich abrupt ändern.

8. Rauchfilter nach Anspruch 3 und 7, dadurch gekennzeichriet, daß das Mundstückmaterial beim Ubergangsbereich

(26) von Perforationen (18) durchsetzt ist, welche zumindest in einen Abschnitt größeren Querschnitts der Nut direkt münden.

9. Rauchfilter mit einem rauchdurchlässigen Filterstab und einem diesen umgebenden, rauchundurchlässigen Mantel, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umhüllung mindestens eine Nut gebildet ist, die sich vom einen zum anderen Ende der Umhüllung erstreckt, daß der Mantel mit einem Belüftungs-Mundstückmaterial umgeben ist, das bei

Benutzung einen Durchtritt von Außenluft in die Nut gestattet, und daß sich die Form und/oder Querschnittsfläche der Nut in Längsrichtung der Nut derart ändern, daß sich eine Behinderung der Strömung längs der Nut ergibt.

10. Rauchfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet du_ch die Verwendung in einer Filterzigarette, bei der vorzugsweise das Mundstückmaterial ein Belüf-

1Ö tungs-Spitzendeckblatt bildet.

11. Rauchfilterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ohne das Mundstückmaterial.

12. Rauchfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem integralen Stück solcher Länge besteht, daß es in mehrere Rauchfilterelemente zerschnitten werden kann.

13. Rauchfilter, Rauchfilterelement oder Filterzigarette gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der rauchundurchlässigen Muffe bzw. dem rauchundurchlässigen Mantel mehrere, in Umfangsrichtung beabstandete Nuten (24) vorgesehen sind.