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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Filter für eine Zigarette und eine Filterzigarette
bei Verwendung des Filters.
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Stand der
Technik
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Ein
Filter dieser Art ist bekannt, welcher eine Mehrzahl an axialen
Löchern
darin aufweist, die sich von einem Ende des Filters zu dem anderen
Ende erstrecken. Die axialen Löcher
sind durch Rohre gebildet, welche in den Filter eingebettet (siehe
USP 3546325) oder durch Thermoformen gebildet sind. Das Thermoformen wird
durch Schmelzen eines Teils des Filters unter Verwendung eines Laserstrahls
(siehe USP 4291712) oder eines nadelförmigen Heizwerkzeugs ausgeführt.
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Ein
derartiger Filter ermöglicht
das Einführen
eines Teils des Hauptrauchflusses von der Zigarette direkt und ohne
einer Filterbehandlung in den Mund des Rauchers.
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In
den letzten Jahren konnte bei einigen Rauchern die Tendenz erkannt
werden, ein milderes Rauchgefühl
ohne einem Verlust des ursprünglichen
Zigarettenaromas oder Geschmacks zu bevorzugen. Daher ist es notwendig,
die Menge des Rauchstroms in optimaler Weise zu steuern, welcher
in den Mund des Rauchers durch die axialen Löcher des Filters eingeführt wird.
Die axialen Löcher
der oben erwähnten
Filter liefern jedoch den Stromfluss von der Zigarette direkt in
den Mund des Rauchers, und es existiert daher eine Grenze bis zu
dem Maß,
bis zu welchem das Rauchgefühl
verringert werden kann.
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Vorteile der
Erfindung
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Ein
Zigarettenfilter gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst ein Filterstäbchen,
welches eine luftdurchlässige
Umfangsfläche
aufweist und in welchem sich 3 bis 12 durchgehende Durchgänge zwischen
den offenen Enden an den beiden Enden des Stäbchens erstrecken, wobei die
Durchgänge
auf einem Ring mit einem Durchmesser von 50 bis 70% desjenigen des
Stäbchens
verteilt sind, und wobei jeder Durchgang einen Durchmesser von 0,1
bis 0,7 mm aufweist und wobei die Wand jedes Durchgangs eine Luftdurchlässigkeit
aufweist.
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Das
Filterstäbchen,
welches eine luftdurchlässige
Umfangsfläche
besitzt, kann beispielsweise als Körper aus einem Filtermaterial
ausgebildet sein, welcher in Stäbchenform
durch einen luftdurchlässigen
umfänglichen
Papierumschlag gehalten wird. Stattdessen kann das Filterstäbchen auch
ein Filterstäbchen
sein, welches koherent und selbsttragend ist und abmessungstechnisch
ohne einem umfänglichen
Papierumschlag stabil ist – Beispiele
eines solchen Filterstäbchens
sind aus Fasern oder Filamenten gebildet, welche an Kontaktpunkten
in durchlässige
Stäbchenform
miteinander verbunden sind, wie beispielsweise die kommerziell erhältlichen
NWA-Filterstäbchen
aus gebundenen Zellulose-Acetat-Filamenten. Wenn das Filterstäbchen selbst keinen
Papierumschlag benötigt,
um seine Stäbchenausgestaltung
aufrecht zu erhalten, kann es nichtsdestotrotz mit einem ventilierenden
Papierumschlag versehen werden – beispielsweise
mit einem Papierumschlag, welcher es mit einem in Längsrichtung
benachbarten Stäbchen
zum Bilden eines Verbundfilters verbindet, und/oder mit einem ventilierenden
Spitzen- bzw. Endumschlag, welcher es mit einem Tabakstäbchen zum
Bilden einer Filterzigarette verbindet.
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Der
Filter ist normalerweise mit einer Zigarette durch ein Spitzen-
bzw. Endpapier verbunden, welches eine Luftdurchlässigkeit
aufweist. Wenn die Filterzigarette geraucht wird, wird eine Luftventilation
in das Stäbchen
durch das Spitzenpapier und anschließend in die Durchgänge durch
deren Wände
eingeführt.
Der Rauchstrom, welcher durch die Durchgänge hindurch geht, wird daher
durch die Ventilationsluft für
eine Zufuhr zu dem Raucher verdünnt.
Durch eine Begrenzung, wie oben ausgeführt, des Durchmessers und der
Anzahl an Durchgängen
ist die Menge des durch die Ventilationsluft verdünnten Hauptrauchstromes
optimiert, um einen milden Rauch zu gewährleisten, während dem
Raucher der ursprüngliche
Geschmack und das ursprüngliche
Aroma der Zigarette zugeführt
wird.
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Die
Durchgänge
können
durch Erwärmen
des Filtermaterials durch Dampf hergestellt werden, um das Filtermaterial
ohne einem Schmelzvorgang thermozuformen.
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Vorzugsweise
weist jeder Durchgang einen Durchmesser von 0,2 bis 0,5 mm auf.
Der axiale Luftflusswiderstand des Filters, d.h. der Ziehwiderstand
(RTD) durch den Filter, beträgt
vorzugsweise 80 bis 160 mmH2O.
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Der
Filter kann an einem Ende davon eine Spitze mit einer Länge von
2 bis 20 mm aufweisen, welche in entsprechender Weise 8 bis 60%
der Gesamtlänge
des Filters entspricht, und einen RTD von 80 mmH2O/25 mm
oder weniger aufweisen. Eine Spitze, beispielsweise eine ebene Filterspitze,
gewährleistet
ein einfaches Einstellen des RTD des gesamten Filters.
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Die
Menge der radial in den Filter eingeführten Ventilationsluft beträgt vorzugsweise
20% oder mehr, noch vorteilhafter 70 bis 80% der Gesamtmenge des
Luftflusses in dem Filter. Durch Einstellen der Menge der Ventilationsluft
kann die Menge an Teer bestimmt werden, welche zu dem Raucher durch
den Filter geliefert wird.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt eine perspektivische
Ansicht einer Filterzigarette;
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2 zeigt das Mundstückende der
in 1 dargestellten Filterzigarette;
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3 illustriert einen Teil
des Querschnitts der in 1 dargestellten
Filterzigarette;
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4 ist eine graphische Darstellung
des Prozentsatzes der Menge an Ventilationsluft, welche in den Filter
eingeführt
wird;
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5 ist eine graphische Darstellung
der Flussgeschwindigkeitsverteilung an dem Mundstückende der
Filterzigarette;
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6 zeigt einen weiteren Filter
für eine
Zigarette; und
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7 zeigt einen noch weiteren
Filter für
eine Zigarette.
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Unter
Bezugnahme auf 1 weist
eine Filterzigarette eine Zigarette 2 und einen Filter 6 auf,
welcher mit einem Ende der Zigarette 2 durch ein Spitzenpapier 4 verbunden
ist. Der Filter 6 ist durch Umwickeln eines Filtermaterials 8 mit
einem Papierumschlag 10 in zylindrischer Form gebildet.
Das Filtermaterial 8 ist ein für diese Art an Filter gewöhnlich verwendetes
Material, beispielsweise ein Werg an Acetat. Die Dichte der Faser in
dem zylindrischen Filtermaterial 8 ist vorzugsweise über den
Querschnittsbereich davon einheitlich ausgebildet.
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Der
Papierumschlag 10 und das Spitzenpapier 4 weisen
eine Luftdurchlässigkeit
derart auf, dass die Ventilationsluft durch diese in das Filtermaterial 8 von
der Außenseite
her eingeführt
werden kann. Normalerweise besteht der Papierumschlag 10 aus
einem luftdurchlässigen
Papier und das Spitzenpapier 4 weist Perforierungen 5 auf,
welche um den Filter 6 in einer Reihe oder in Reihen verteilt
sein können,
wie dargestellt ist.
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Das
Filtermaterial 8 weist ferner axiale Durchgänge 12 darin
auf, welche sich von dem Mundstückende des
Filters 6 zu der Zigarette 2 erstrecken. Jeder
Durchgang 12 kann durch Thermoformen des Filtermaterials 8 gebildet
werden. Der Vorgang des Thermoformens kann die Hitze von Dämpfen verwenden – beispielsweise beschreibt
die USP 4,022,221 das Bilden von Durchgängen durch einen derartigen
Thermoformungsprozess. Durch derartige Prozesse werden Durchgänge 12 ohne
einem Schmelzvorgang des Filtermaterials 8 derart gebildet,
dass die Durchgänge 12 luftdurchlässige Wände besitzen.
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Wenn
die Filterzigarette geraucht wird, wird ein großer Anteil des Rauchstromes
von der Zigarette 2 durch das Filtermaterial 8 gefiltert
und anschließend
zu dem Raucher als gefilterter Rauchstrom geliefert. Der verbleibende
Anteil des Rauchstroms wird zu dem Raucher durch die Durchgänge 12 ohne
einer Filterung geliefert.
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Ventilationsluft
wird in das Filtermaterial 8 durch die Perforierungen 5 und
den Papierumschlag 10 und anschließend in die Durchgänge 12 durch
deren Wände
eingeführt.
Der durch die axialen Durchgänge 12 hindurch
schreitende Rauchstrom wird durch die Ventilationsluft verdünnt und
der verdünnte Rauchstrom
wird an den Raucher geliefert. Der Hauptrauchstrom der Zigarette
wird nicht direkt an den Raucher geliefert, welcher den gefilterten
Rauchstrom und den verdünnten
Rauchstrom empfängt,
um ein mildes Rauchgefühl
zu erhalten.
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Der
verdünnte
Rauchstrom hält
den ursprünglichen
Zigarettengeschmack und das ursprüngliche Zigarettenaroma aufrecht.
Somit kann der Raucher das Zigarettenaroma und den Zigarettengeschmack
sogar mit einem milderen Rauchgefühl genießen.
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Die
axialen Durchgänge 12 sind
auf einem Ring mit einem Durchmesser von 50 bis 70% des Durchmessers
D des zylindrischen Filtermaterials 8 verteilt. Der verdünnte an
den Raucher gelieferte Rauchstrom ist ein wichtiger Faktor, welcher
größtenteils
das ursprüngliche
Zigarettenaroma und den Zigarettengeschmack und das Gefühl des Rauchvolumens
beeinflusst, und er wird vorzugsweise einheitlich von dem Mundstückende des
Filters 6 herausgezogen. Daher, wie ersichtlich ist, sind
die axialen Durchgänge 12 vorzugsweise gleichmäßig auf
dem Ring voneinander beabstandet, welcher koaxial zu dem zylindrischen
Filtermaterial 8 verläuft.
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Die
Anzahl der axialen Durchgänge 12 kann
zwischen 3 und 12 betragen, sie beträgt jedoch vorzugsweise 3 für eine Erleichterung
des Bildens der Durchgänge.
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Falls
der Durchmesser des Verteilungsrings für die Durchgänge 12 mehr
als 70% des Durchmessers D des Filtermaterials 8 beträgt, ist
der Bereich zwischen dem äußeren Umfang
des Filtermaterials 8 und dem axialen Durchgang 12 so
dünn, dass
es schwer ist, die axialen Durchgänge 12 zu bilden.
Falls der Durchmesser weniger als 50% des Durchmessers D beträgt, ist der
Abstand so groß,
dass es im wesentlichen unmöglich ist,
Ventilationsluft in die Durchgänge 12 zum
Verdünnen
des Rauchstromes darin einzuführen.
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Wie
in 4 illustriert ist,
verringert sich der Einfluss der durch die äußere Umfangsfläche des
Filters 6 eingeführten
Ventilationsluft schrittweise in Richtung der Mitte des Filtermaterials 8,
und keine Ventilationsluft erreicht den Mittenabschnitt. Aus diesem
Grund ist es notwendig, die Durchgänge auf einem Ring zu positionieren,
dessen Durchmesser zwischen 50 und 70% des Durchmessers D beträgt, um Ventilationsluft
in die Durchgänge 12 einzuführen.
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Die
graphische Darstellung in 4 illustriert
gemessene Ergebnisse bei Verwendung einer Vorrichtung, welche durch
Modifizieren einer gewöhnlichen
automatischen Rauchvorrichtung zum Messen der Mengen an Nikotin
und Teer einer Filterzigarette erhalten wurden. Die modifizierte
Vorrichtung raucht automatisch eine Filterzigarette unter standardmäßigen Rauchbedingungen,
ohne ein Anzünden
der Filterzigarette. Das automatische Rauchen wird mit dem Rauch
einer Zigarette oder von Zigaretten durchgeführt, welcher in den Filter 6 lediglich
durch die Perforierungen 5 eingeführt wird. Während des automatischen Rauchens
fließt
der Rauch in das Filtermaterial 8, welcher den in dem eingeführten Rauch
enthaltenen Teer einfängt.
Eine Beobachtung der Verteilung des Teers über dem Querschnittsbereich
des Filtermaterials 8 macht es möglich, den Einfluss von Ventilationsluft
in das Filtermaterial 8 abzuschätzen.
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Der
Durchmesser der Durchgänge 12 sollte
von 0,1 bis 0,7 mm betragen. Falls er weniger als 0,1 mm beträgt, ist
der Ausfluss von verdünntem
Rauchstrom aus den Durchgängen 12 so klein,
dass der Raucher nicht den ursprünglichen
Geschmack und das ursprüngliche
Aroma der Zigarette genießen
kann und es ist ferner schwer, die axialen Durchgänge 12 mittels
Thermoformen zu bilden. Falls der Durchmesser größer als 0,7 mm beträgt, ist
der Ausfluss des verdünnten
Rauchstromes so groß,
dass ein mildes Rauchgefühl
nicht erreicht werden kann, und der axiale Luftflusswiderstand,
d.h. der Ziehwiderstand (RTD) des Filters 6 wird so weit
reduziert, dass der Raucher ein physiologisch schlechtes Gefühl erfährt. Der
RTD des Filters 6 beträgt vorzugsweise
80 bis 160 mmH2O, und mehr bevorzugt 100
bis 135 mmH2O. Wenn 3 Durchgänge 12 vorhanden
sind, fällt
jedoch der RTD des Filters 6 auf einen wesentlich geringeren
Wert als 80 mmH2O, wenn der Durchmesser
der Durchgänge 12 größer als
0,7 mm beträgt.
Der Durchmesser der Durchgänge 12 beträgt am meisten
bevorzugt 0,2 bis 0,5 mm.
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5 illustriert eine Verteilung
der Flussgeschwindigkeiten an dem Mundstückende des Filters 6, wenn
eine Filterzigarette mit dem Filter 6 unter standardmäßigen Rauchbedingungen
gezogen wird. In dieser Figur bezeichnen die Plotmarkierungen O
und ♢ Filterzigaretten, von welchen die Durchgänge 12 jeweils
einen Durchmesser von 0,28 mm und 0,43 mm betragen. Die Plotmarkierungen Δ bezeichnen
eine Filterzigarette, deren Filter keine axialen Durchgänge aufweist.
Der Durchmesser D der Filter beträgt 8 mm und die Filter 6 weisen
3 Durchgänge 12 auf,
welche gleichmäßig um einen
Kreis mit einem Durchmesser von 4,6 mm beabstandet sind.
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Wie
aus 5 offensichtlich
ist, besitzen die Durchgänge 12 aufweisenden
Filterzigaretten eine größere Flussgeschwindigkeit als die keine axialen
Durchgänge
aufweisenden Zigaretten. Wenn der Durchmesser der Durchgänge 12 zunimmt,
vergrößern sich
die Flussgeschwindigkeiten in diesen. Es ist für die Durchmesser der axialen
Durchgänge 12 bevorzugt,
zwischen den Markierungen zu liegen, welche durch die Plotmarkierungen
O und ♢ gekennzeichnet sind, beispielsweise bei ungefähr 0,35
mm.
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Der
gesamte Querschnittsbereich der Durchgänge 12 beträgt vorzugsweise
0,0236 bis 0,472 mm2. Wenn 3 Durchgänge 12 mit
jeweils einem Durchmesser von 0,35 mm vorhanden sind, beträgt der gesamte Querschnittsbereich
0,288 mm2.
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Die
folgende Tabelle 1 zeigt die Spezifikation und den RTD der verschiedenen
Filter
6. Tabelle
1
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Die
Länge des
Filters 6 beträgt
25 mm, die Wergspezifikation der Filtermaterialien 8 beträgt 5Y/80.000 (d.h.
5 Filament-Denier, Y-Form/80.000 Gesamt-Denier; dies wird bei ähnlichen
Ausdrücken
verwendet, welche im folgenden auftreten werden), und der Papierumschlag 10 ist
ein poröses
Papier mit 24000CU (d.h. 24.000 Coresta-Einheiten; diese werden
auf ähnliche
Ausdrücke
verwendet, welche im folgenden auftreten werden).
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6 illustriert ein weiteres
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Der Filter 14 aus 6 weist einen Filterabschnitt 16 auf,
welcher ähnlich
zu dem oben beschriebenen Filter 6 ist, und einen ebenen Filter 18,
welcher mit einem Ende des Filterabschnitts 16 als ein
Mundstückende
des Filters 14 verbunden ist. Der Filterabschnitt 16 und
die Spitze 18 werden durch einen äußeren Papierumschlag 20 miteinander
verbunden. Der äußere Papierumschlag 20 ist
aus demselben porösen
Papier wie der Papierumschlag 10 für den Filterabschnitt 16 hergestellt.
Die Spitze 18 ist aus dem Papierumschlag 10 für den Filterabschnitt 16 hergestellt.
Die Spitze 18 ist aus einem Werg von Acetat-Fasern hergestellt
und zylindrisch mit dem Kontakt-Papierumschlag umwickelt.
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Die
Länge der
Spitze 18 beträgt
8 bis 60% der Gesamtlänge
des Filters 14, d.h. 2 bis 20 mm. Der RTD der Spitze 18 beträgt 80 mmH2O/25 mm oder weniger. Wenn die Gesamtlänge des
Filters 14 beispielsweise 25 mm beträgt, beträgt die Länge der Spitze 18 2
bis 15 mm, vorzugsweise 5 mm.
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Obwohl
der Filter 14 die Spitze 18 an dem Mundstückende davon
aufweist, wird der verdünnte
Rauchstrom, welcher durch die Durchgänge in dem Filterabschnitt 16 hindurch
getreten ist, an den Raucher ohne einer wesentlichen Filtration
geliefert, wenn der RTD der Spitze 18 sehr niedrig ist.
Wenn die Filterzigarette geraucht wird, kann der Raucher daher einen
gefilterten Rauchstrom und einen verdünnten Rauchstrom empfangen,
welcher im wesentlichen nicht gefiltert ist. Dies schafft ein gutes
Rauchgefühl
für den
Raucher. Die Spitze 18 weist ferner den Vorteil des Zurückhaltens
von Teer auf, welcher an den inneren Wänden der Durchgänge 12 des
Filterabschnitts 16 eingefangen wird.
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Vorzugsweise
ist die Spitze 18 so kurz wie möglich, um eine Beschädigung der
Flussgeschwindigkeitsverteilung der Rauchzuführung von dem Filterabschnitt 16 zu
verhindern. Um ihren RTD zu verringern, wird eine Verwendung eines
Filtermaterials aus dicken Fasern für die Spitze 18 bevorzugt.
Das Filtermaterial für
die Spitze 18 weist beispielsweise eine Wergspezifikation
von 8Y/39000 auf.
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Der
Filter 18 kann stattdessen zwischen dem Filterabschnitt 16 und
der Zigarette 2 angeordnet werden. In diesem Fall kann
ein Aktivkohlefilter 22 anstatt des ebenen Filters 18 verwendet
werden, wie in 7 illustriert
ist. Der Aktivkohlefilter 22 wird durch Beimischen von
Aktivkohlepartikeln in den ebenen Filter 18 gebildet.
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Die
folgende Tabelle 2 zeigt Spezifikationen und den RTD von verschiedenen
Filtern
14, wie in
6 dargestellt
ist. Tabelle
2
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Die
folgende Tabelle 3 zeigt die Eigenschaften von Zigaretten, welche
jeweils Filter A – J
aufweisen, und deren Soll-Teerwerte zwischen 1 und 3 mg liegen. Tabelle
3
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Die
verwendeten Zigaretten 2 hatten jeweils eine Länge von
58 mm und ein Teerniveau von 20 mg. In Tabelle 3 differiert die
Luftdurchlässigkeit
des Spitzenpapiers für
jede Sorte des Zigarettenfilters.
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Wie
aus Tabelle 3 offensichtlich ist, weisen die Filterzigaretten A
bis J einen Ventilationsluft-Prozentsatz Vf von 70 bis 80% auf,
welcher größer ist
als für
die Zigarette mit dem normalen Filter, wenn die Filterzigaretten
A bis „normal" dasselbe Soll-Teerniveau
aufweisen. Daraus resultierend können
die Filter A – J
der Filterzigarette ein weitaus niedrigeres CO/T als die Zigarette
mit dem normalen Filter aufweisen.
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Das
Soll-Teerniveau für
Tabelle 3 beträgt
1 bis 3 mg. Wenn es ungefähr
6 mg beträgt,
kann der Vf verringert werden und ein Wert von 20% oder mehr kann
genügen.
