DE4118815A1 - Cigarettenfilter und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Cigarettenfilter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs und ein Verfahren zur Herstellung dieses Cigarettenfilters für einen Rauchartikel gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 6.

Um den Anteil von unerwünschten Rauchpartikeln beim Abrauchen von Rauchartikeln, insbesondere Cigaretten, zu vermindern, wird in der DE-C 2 745 028 vorgeschlagen, die Querschnittsfläche eines solchen Fil­ ters an einer Stelle zu reduzieren. Beim Abrauchen eines Rauchartikels mit solch einem Filter wird der gesamte Tabakrauch zum Durchströmen dieses engen Querschnittbereichs gezwungen. Dabei bewirkt dieser als Rauchbeschleunigungsöffnung wirkende Bereich ein Einfangen von uner­ wünschten Rauchpartikeln, so daß deren Ausstoß reduziert wird. Zur Her­ stellung der Rauchbeschleunigungsöffnung wird gemäß diesem Stand der Technik ein Verfahren verwendet, bei dem der Filter sich um seine Längsachse dreht, während mit einer erhitzten Klinge eine Ringnut in den Filter geschmolzen wird. Durch das Schmelzen des Filtermaterials wird die Berandung dieser Ringnut undurchlässig für Tabakrauch. Dieses Herstellungsverfahren ist sehr kompliziert und darüber hinaus ungenau, da jeder einzelne Filter mit einer erwärmten Klinge zur Herstellung der Ringnut bearbeitet werden muß. Ein weiterer Nachteil dieses Filters liegt darin begründet, daß er keinen Hohlraum zum Vermischen von Venti­ lationsluft und Tabakrauch enthält und ferner darin, daß die Ventila­ tionsluft am mundseitigen Abschnitt eines solchen Filters von der Seite her einströmt. Dies hat zur Folge, daß mit zunehmender Blockierung der Rauchbeschleunigungsöffnung durch Rauchkondensat der seitliche Venti­ lationsgrad im mundseitigen Bereich des Filters größer wird. Bei Ver­ wendung solch eines Filters ändert sich beim Abrauchen des Raucharti­ kels der Rauchgeschmack für den Raucher auf unannehmbare Weise.

Durch die DE-A 32 01 101 wird ein Cigarettenfilter offenbart, der, in Rauchströmungsrichtung gesehen, in zwei Teilabschnitte unterteilt ist. Ein erster Teilabschnitt wird durch einen Filterstopfen aus luftdurch­ lässigem, vollem Filtermaterial gebildet, ein zweiter Teilabschnitt weist eine Durchgangsbohrung auf. Gegebenenfalls kann eine Hohlkammer zwischen diesen beiden Teilabschnitten angeordnet sein. Aufgabe des so ausgebildeten Cigarettenfilters ist es, den Kohlendioxid(CO)-Gehalt des Tabakrauchs, der in den Mund des Rauchers gelangt, zu reduzieren. Zu diesem Zweck wird der die Bohrung aufweisende Abschnitt des Cigaretten­ filters aus luftdurchlässigem oder aber perforiertem, luftundurchlässi­ gem Filtermaterial hergestellt. Der Tabakrauch soll beim Durchströmen durch solch einen rohrförmigen Teilabschnitt in direkte Strömungsver­ bindung mit der Außenluft treten, um die CO-Diffusion aus dem Tabak­ rauch in die Außenluft zu erhöhen bzw. überhaupt zu ermöglichen. Eine wirksame Verringerung des Kondensats im Tabakrauch kann durch diese Maßnahme jedoch nicht erreicht werden, da dazu eine mechanische Fil­ terung notwendig ist. Ein Filter gemäß diesem Stand der Technik müßte zu diesem Zweck entsprechend lang ausgeführt sein. Des weiteren dürfte sich nachteilig auswirken, daß der rohrförmige Teilabschnitt entweder direkt mit dem Rauchmaterialstab verbunden ist oder aber das mundsei­ tige Ende des Filters bildet. Hierdurch gelangt entweder Tabak in den Hohlraum und es lagert sich Kondensat an den Hohlraumninnenwänden ab, oder aber das rohrförmige Element kann, nicht zuletzt, weil es beim Abrauchen feucht wird, im Mund des Rauchers zusammengedrückt werden, falls es als mundseitiges Filterende verwendet wird.

Aus der DE-C 36 25 593 ist eine Filtercigarette mit einem Filter be­ kannt, der aus einem ersten, tabakstrangseitigen Filterelement aus ei­ nem Fasermaterial, einem zweiten, mundseitigen Filterelement und einer zwischen den beiden Filterelementen angeordneten Hohlkammer besteht. Die beiden Filterelemente und die dazwischen angeordnete Hohlkammer werden von einer Umhüllung umgeben und sind mit einem weiteren luft­ undurchlässigen Belagpapier am Tabakstrang der Filtercigarette befe­ stigt. Ferner weist die Filtercigarette eine in Umfangsrichtung verlau­ fende Filterventilationszone im Bereich der Hohlkammer auf. Durch die Ausbildung solch einer Hohlkammer, in der sich der Tabakrauch und die durch die Ventilationszone in die Hohlkammer eintretende Außenluft ver­ mischen, soll ein intensiverer Geschmackseindruck als bei herkömmlichen ventilierten Einfachfiltern oder ventilierten Doppelfiltern ohne Misch­ kammer erzielt werden. Die gewünschte Nikotin/Kondensat-Rückhaltung wird gemäß diesem Stand der Technik durch die Auswahl entsprechender Filtermaterialien erreicht. Auf konstruktive Hilfsmaßnahmen zur Rauch­ partikelreduktion wird verzichtet. Der sich über die gesamte Quer­ schnittsfläche des Cigarettenfilters erstreckende und lediglich durch die Filterumhüllung begrenzte Hohlraum kann bei solch einer Filterci­ garette Stabilitätsprobleme aufwerfen.

Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile von Cigarettenfiltern zu ver­ meiden; insbesondere soll ein Filter vorgeschlagen werden, durch den im Tabakrauch vorhandene Rauchpartikel wirksam zurückgehalten, der Rauch­ geschmack durch Vermischung und Verwirbelung von Tabakrauch und Venti­ lationsluft verbessert und der Zugwiderstand des Filters gleichzeitig als angenehm vom Raucher empfunden werden.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Ein Verfahren zur Herstellung eines Filters für einen Rauchartikel ist Ge­ genstand des Anspruchs 6.

Die Unteransprüche 2 bis 5 und 7 sind auf vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet.

Der Vorteil eines erfindungsgemäßen Filters beruht darauf, daß ein Fil­ terabschnitt, durch den sich ein axialer Hohlraum erstreckt, zur Seite des Rauchmaterialstabs und zur Mundstückseite hin jeweils von einem Abschnitt aus luftdurchlässigem, vollem Filtermaterial begrenzt wird. Die Querschnittsfläche des Hohlraums ist über seiner gesamten axialen Länge geringer als die Querschnittsfläche des Filters, insbesondere an den beiden Enden des ihn enthaltenden Filterabschnitts, wodurch an beiden Übergangsstellen der Strömungsquerschnitt für den Tabakrauch verringert wird. Hierdurch wird der Rauch vor und hinter dem axialen Hohlraum beschleunigt und gebündelt. An den übergangsstellen zum Hohl­ raum findet in den beiden äuReren Abschnitten des Filters eine inten­ sive Abscheidung des Rauchkondensats statt. Ferner bewirkt die erfin­ dungsgemäße Konstruktion des Filters eine deutliche Verbesserung des Rauchgeschmacks, insbesondere durch die gute Vermischung und Verwirbe­ lung von Tabakrauch und Ventilationsluft im axialen Hohlraum. Durch entsprechende Querschnittsbemessung des Hohlraums kann darüber hinaus der Zugwiderstand des Filters bzw. der Cigarette den jeweiligen Er­ fordernissen angepaßt werden, ohne daß die Kondensatrückhaltung unter solch einer Anpassung zu leiden hätte. Ein erfindungsgemäßer Filter läßt sich darüberhinaus durch einfache mechanische Arbeitsvorgänge wie Schneiden und Wickeln leicht und preiswert herstellen.

Die beiden äußeren Abschnitte des Filters, d. h., der dem Rauchmaterial­ stab zugewandte und der als Mundstück dienende Abschnitt, bestehen aus luftdurchlässigen Fasermaterialien, beispielsweise Celluloseacetat, Papier, Myria oder Polypropylen, die mittels eines Weichmachers, z. B. Triacetin oder auch anderen Zusätzen, imprägniert sein können. Der mittlere, den Hohlraum aufweisende Abschnitt kann grundsätzlich eben­ falls aus den genannten Fasermaterialien oder aus einem luftundurch­ lässigen Feststoff der genannten Art gefertigt sein. Bevorzugt finden solche Materialien Verwendung, die den Anforderungen der Tabakwarenver­ ordnung zur Herstellung von Cigarettenfiltern entsprechen.

Sollte der mittlere Teil, der den Hohlraum aufweist, jedoch aus luft­ durchlässigem Material hergestellt sein, so muß dessen spezifischer Zugwiderstand so hoch sein, daß der Großteil der Rauchströmung durch den axialen Hohlraum und nicht durch die den Hohlraum umgebende Wand geleitet wird. Daher sollte der Zugwiderstand eines aus gleichem, aber vollem Material gefertigten Filterkörpers mit den gleichen Abmaßen mindestens 30 mm WS (Wassersäule) (geschlossen gemessen) betragen. Ein von Rauchern als angenehm empfundener Cigarettenfilter-Zugwiderstand, der zwischen 40 und 150 mm WS (geschlossen gemessen) liegt, kann nun durch entsprechende Materialauswahl für die beiden äußeren Abschnitte des Filters wunschgemäß eingestellt werden.

Die den Filterkörper umgebende Umhüllung kann aus einem Material beste­ hen, das entweder zonenweise luftdurchlässig oder aber luftundurch­ lässig und zonenweise perforiert ist. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt die luftdurchlässige Zone bzw. die Perforations­ zone im Bereich des Abschnitts, der dem Rauchmaterialstab zugewandt ist. Dadurch wird ein frühzeitiges Zusammentreffen von Tabakrauch und Ventilationsluft erreicht, und es kann die volle Länge des axialen Hohlraums zur Verwirbelung und gleichmäßigen Vermischung dieser beiden Komponenten genutzt werden. Da die Umhüllung im Bereich des mundseiti­ gen und des den Hohlraum aufweisenden Abschnitts bevorzugt luftundurch­ lässig und auch nicht perforiert ist, kann überdies eine übermäßige und für den Raucher nicht akzeptable Veränderung des Rauchgeschmacks wäh­ rend des Abrauchens der Cigarette bei dem erfindungsgemäßen Filter nicht eintreten. Der Ventilationsgrad kann vorzugsweise 40 bis 90% betragen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren an einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel offen­ bart. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer bevorzugten Ausführungsform eines Cigarettenfilters, und

Fig. 2 die Kopie eines optoelektronisch abgetasteten (gescannten) Längsschnitts solch eines Filters nach dem Abrauchen der Cigarette.

Die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform eines Cigaret­ tenfilters 10 weist drei Abschnitte A, B und C, die einen Filterkörper 9 bilden, und eine diesen Filterkörper 9 umgebende Umhüllung mit einer unteren Filterumhüllung 3, einer oberen Filterumhüllung 2 und einem Filterbelagpapier 1 auf. Die untere Umhüllung 3 erstreckt sich über den dem Tabakstrang 6 der Cigarette zugewandten Abschnitt C sowie über den mittleren Abschnitt B, während sich die obere Umhüllung 2 über alle drei Abschnitte A, B, C erstreckt. Das Belagpapier 1 dient zur Befe­ stigung des Filters am Tabakstrang 6. Die Abschnitte A und C bestehen aus Celluloseacetatfasern mit einem Einzeltiter von 2,5 Denier bei 37 000 Denier Gesamttiter, der Abschnitt B aus Celluloseacetatfasern mit einem Einzeltiter von 2,1 Denier bei 66 000 Denier Gesamttiter. Im allgemeinen können die Abschnitte A und C ein Celluloseacetatmaterial mit einem Einzeltiter zwischen 2,0 und 8,0 Denier bei 25 000 bis 45 000 Denier Gesamttiter aufweisen, während Abschnitt B aus Celluloseacetat mit einem Einzeltiter von 1,5 bis 2,5 Denier bei 45 000 bis 75 000 Denier Gesamttiter bestehen kann. Durch den mittleren Abschnitt B erstreckt sich ein als einfache Durchgangsöffnung ausgebildeter Hohl­ raum 7. Die untere und obere Filterumhüllung 2 und 3 bestehen vorzugs­ weise aus einem luftdurchlässigen Filterumhüllungsmaterial, während das Filterbelagpapier 1 aus luftundurchlässigem Material besteht und erst nachträglich mit einer als Perforation wirkenden Lochreihe 4 am Umfang im Bereich des Abschnitts C versehen ist. Ebenso könnte natürlich die­ ses Belagpapier 1 aus einem im Bereich des Abschnittes C luftdurchläs­ sigen Material gefertigt sein. Umgekehrt ist es auch möglich, eine der beiden anderen Filterumhüllungen, nämlich 1 oder 2, oder beide gleich­ zeitig in luftundurchlässigem Material auszuführen und sie zusammen mit dem Filterbelagpapier 1 nachträglich beispielsweise mittels eines Lasers zu perforieren. Es ist lediglich sicherzustellen, daß die Ab­ schnitte A und B von zumindest einer Lage luftundurchlässigen Umhül­ lungsmaterials umgeben sind, so daß die Ventilation nur im Abschnitt C erfolgt.

In diesem Ausführungsbeispiel sind die Abmessungen des Cigarettenfil­ ters wie folgt gewählt: Die Länge des Abschnitts A beträgt 6 mm, die des Abschnitts B 5 mm, und Abschnitt C ist 10 mm lang. Der Filter 10 weist einen Durchmesser von insgesamt 7,84 mm und der koaxiale Hohlraum 7 weist einen Durchmesser von wahlweise 2, 3 oder 4 mm auf. Die als Perforationszone dienende Lochreihe 4 liegt 15 mm vom Mundstückende des Filters 10 entfernt. Lediglich aus herstellungsbedingten Gründen besitzen die einzelnen Filterelemente A, B und C mindestens eine Länge von jeweils 5 mm.

Wie die nachfolgende Tabelle veranschaulicht, übt der den Hohlraum 7 aufweisende mittlere Abschnitt B, der selbst nur einen geringen Zugwi­ derstand besitzt, hinsichtlich des Gesamtzugwiderstands des Filters 10, d. h. in Kombination mit den beiden ihn begrenzenden Abschnitten A und C, einen überraschend großen Einfluß aus.

Grundsätzlich kann der Durchmesser der axialen Durchgangsbohrung zwi­ schen 1 mm und dem um 2 mm verringerten Gesamtdurchmesser des Filters 10 liegen. Der Gesamtdurchmesser des Filters 10 kann aus dem Bereich zwischen 5 und 10 mm und seine Gesamtlänge zwischen 15 und 40 mm ge­ wählt werden.

Durch geeignete Wahl des Bohrungsdurchmessers kann der Zugwiderstand des Filters 10 bzw. der Cigarette den jeweils gestellten Anforderungen angepaßt werden, ohne daß die Rauchkondensatrückhaltung vermindert wird. So ergaben mit der gleichen Tabakmischung hergestellte Ausführungsbeispiele die folgenden Analyseergebnisse:

Die Tabelle zeigt, daß trotz sich änderndem Zugwiderstand und bei gleicher Ventilation der Anteil des wasser- und nikotin­ freien Partikelmaterials (PMWNF) nur geringfügig verändert wird. Im allgemeinen haben sich Filterventilationsgrade von 40-90% als be­ sonders bevorzugt erwiesen.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Filters 10 sind vorteilhafterwei­ se lediglich mechanische Schneid- und Wickelvorgänge notwendig. Die Perforation 4 der Filterumhüllung 1, 2 bzw. 3 kann mit den heutzutage üblicherweise verwendeten Laserwerkzeugen hergestellt werden.

Zunächst werden Endlosfilterstäbe, bestehend aus einer Folge von einan­ der abwechselnden Doppelabschnitten B B und C C gefertigt, die mit Fil­ terumhüllungspapier 3 umwickelt werden. Diese Endlosfilterstäbe werden anschließend in der Mitte der doppelt langen Abschnitte B B zerschnit­ ten, so daß Einzelelemente B C C B entstehen. Diese Einzelelemente wer­ den alternierend jeweils mit einem Doppelabschnitt A A zu neuen Endlos­ filterstäben verbunden und mit Filterumhüllungspapier 2 umwickelt. Dann werden die neuen Endlosfilterstäbe so geteilt, daß ein Sechsfachfil­ terstab der Abfolge C B A A B C C B A A B C C B A A B C vorliegt. Die­ ser Sechsfachfilterstab kann dann in bekannter Art und Weise auf Fil­ teransatzmaschinen verfahren werden. Aus jeweils zwei Tabaksträngen 6 mit dazwischenliegenden Doppelfilterstäben C B A A B C werden dabei durch Umhüllung mit Filterbelagpapier 1, das gegebenenfalls im Bereich der Abschnitte C laser-perforiert wird, und anschließendem Durchschnei­ den in der Mitte des Doppelfilters jeweils zwei Filtercigaretten mit erfindungsgemäßen Filtern 10 hergestellt.

Claims (8)

1. Cigarettenfilter für einen Rauchartikel,

• a) mit einem stabförmigen Filterkörper (9)
  • a1) mit einem mundseitigen Abschnitt (A) aus Filtermaterial,
  • a2) mit einem sich stirnseitig anschließenden Abschnitt (B), mit einem Hohlraum (7),
  • a3) mit einem tabakstrangseitigen Abschnitt (C) aus Filtermaterial, und
• b) mit mindestens einer den Filterkörper (9) umgebenden Umhüllung (1) aus zonenweise luftdurchlässigem oder zonenweise perforiertem, luftundurchlässigem Material,

dadurch gekennzeichnet

• c) daß der kreiszylindrische, axiale Hohlraum (7) einen Durchmesser von mindestens 1 mm aufweist;
• d) daß der Durchmesser des Hohlraumes (7) höchstens so groß ist wie der um 2 mm verminderte Durchmesser des Filters (10); und
• e) daß der Abschnitt mit dem Hohlraum (7) aus einem Filtermaterial besteht, das einen Zugwiderstand von mindestens 30 mm WS (geschlossen gemessen) hat, bezogen auf den gleichen Abschnitt (B) ohne Hohlraum (7).

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (B) mit dem Hohlraum (7) ein luftundurchlässiges Material aufweist.

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper (9) einen Zugwiderstand aufweist, der im Bereich zwi­ schen 40 und 150 mm WS liegt (geschlossen gemessen).

4. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Filterkörper (9) umgebende Umhüllung (1, 2 und 3) nur im Be­ reich des stromaufwärts von dem den Hohlraum (7) aufweisenden Abschnitt (B) angeordneten, tabakstrangseitigen Abschnittes (C) aus luftdurch­ lässigem und/oder perforiertem Umhüllungsmaterial besteht und dadurch eine Ventilationszone (4) aufweist.

5. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden aus vollem Filtermaterial bestehenden Abschnitte (A,C) aus Celluloseacetat mit einem spezifischen Einzeltiter von 2,0 bis 8,0 Denier bei 25 000 bis 45 000 Denier Gesamttiter und der den Hohlraum (7) aufweisende Abschnitt (B) aus Celluloseacetat mit einem Einzeltiter von 1,5 bis 2,5 Denier bei 45 000 bis 75 000 Denier Gesamttiter beste­ hen.

6. Verfahren zur Herstellung eines Cigarettenfilters, bei dem

• a) ein Endlosfilterstab gefertigt wird, der eine Folge von jeweils ei­ nem Doppelabschnitt (C-C) aus luftdurchlässigem, vollem Filterma­ terial und einem weiteren Doppelabschnitt (B-B) aufweist, wobei sich durch die letzterwähnten Doppelabschnitte (B-B) ein Hohlraum (7) er­ streckt,
• b) dieser Endlosfilterstab jeweils in der Mitte des den Hohlraum (7) aufweisenden Doppelabschnittes (B-B) geteilt wird, und
• c) Doppelfilterstäbe (C-B-A-A-B-C) zwischen zwei Rauchmaterialstäben (6) eingefügt, zum Befestigen an diesen Rauchmaterialstäben (6) mit Filterbelagpapier (1) umhüllt und in der Mitte zerteilt werden, dadurch gekennzeichnet,
• d) daß die gemäß Merkmal (b) erhaltenen Filterstabstücke (B-C-C-B) an beiden Enden mit weiteren Doppelabschnitten (A-A) aus luftdurch­ lässigem, vollem Filtermaterial verbunden, mit einer Filterumhüllung (2) umwickelt und zu Doppelfilterstäben (C-B-A-A-B-C) zerteilt wer­ den.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Dop­ pelfilterstab (C-B-A-A-B-C) umgebende Umhüllung (1, 2 und 3) im Bereich des stromaufwärts von dem den Hohlraum (7) aufweisenden Abschnitt (B) angeordneten Abschnittes (C) perforiert wird.