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Filterstöpsel für Tabakwaren, insbesondere für Zigaretten
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Erfindung bezieht sichsolcher engen Öffnungen wird benutzt, um in einem Hohlraum stromabwärts nach der Öffnung eine Ausscheidung fester und flüssiger Partikel aus dem Rauchstrom zu erzielen. Die durch solche mechanischen Mittel erzielbare Abscheidung unerwünschter Partikel aus dem Rauchstrom kann recht wirksam sein, insbesondere bei geeignet dimensionierten Abscheider-Einsätzen in Zigarettenhaltern und Tabakpfeifen ; für Filterstöpsel in Zigaretten konnten sich aber solche mechanischen Abscheider in der Praxis nicht durchsetzen, weil keine der vielen bekannten Ausführungsformen den bei der maschinellen Massenproduktion von Zigaretten gegebenen Voraussetzungen entspricht.
Bekanntlich werden Zigaretten mit Filtern in komplizierten Automaten produziert, denen die Filterstöpsel in Form von Filterstäben mit mehrfacher, beispielsweise sechsfacher Stöpsellänge zugeführt werden. Bei einem Filterstöpsel von beispielsweise 11 mm Länge werden einem viel verwendeten Typ von Zigaretten-Automaten die Filterstäbe mit einer Länge von 66 mm zugeführt und dann im Automaten in Doppelstöpsel von je 22 mm Länge unterteilt, deren jeder beidseits mit einer Zigarette vereinigt und dann in der Mittelebene durchschnitten wird, so dass Zigaretten mit je einem Filterstöpsel von 11 mm entstehen. Die 66 mm langen Filterstäbe selbst werden aus einem endlosen Filterstrang in der gewünschten Länge abgeschnitten.
Es ist offensichtlich, dass sich die oben genannten Vorschläge für mechanische Abscheider nicht eignen, um einen endlosen Filterstrang zu erzeugen, von dem dann Filterstäbe abtrennbar sind, die ihrerseits in Doppel- bzw. Einzelstöpsel unterteilt werden können.
Es ist auchbereits bekannt, in der Umhüllung des Filters eine Füllung aus Materialbahnen, z. B. Papier, zu verwenden, die parallel zur Längsachse des Filters gefaltet ist oder Längsrillungen besitzt, wodurch Längskanäle für den anzusaugenden Rauch entstehen. Solche Längskanäle können auch mit einer Füllung aus parallel oder schräg zur Filterachse verlaufenden Fäden und Schnüren geschaffen werden. Auch Füllungen anderer Art, beispielsweise aus Kunststoff, mit glatten Längskanälen sind schon vorgeschlagen worden.
Filter mit solchen Längskanälen können zwar als endlose, beliebig unterteilbar Fil- tersträngehergestelltwerden. jedoch hat es sich gezeigt, dass die Filterwirkung dann unbefriedigend ist, wenn es sich um glatte Längskanäle handelt ; erst wenn dafür gesorgt wird, wie dies beispielsweise bei Füllungen aus längsgerillten, stark zerfaserten Papierbahnen der Fall ist, dass Faserbüschel in die Längskanäle hineinragen, ergibt sich eine befriedigende Filterwirkung.
Die erfindungsgemässen Filterstöpsel für Tabakwaren, insbesondere für Zigaretten, bestehen aus einer Umhüllung und einer darin befindlichen, für den anzusaugenden Rauch durchlässigen Füllung, die wenigstens aus zwei hintereinander angeordneten Abschnitten besteht und wenigstens in einem der Ab- schnitte Längskanäle für den Rauchstrom besitzt. Sie sind dadurch gekennzeichnet, dass die als Kapillarkanäle ausgebildeten Längskanäle einen gesamten freien Strömungsquerschnitt im Bereich von 0, 03 bis 0,75 mm, vorzugsweise von 0, 1 bis 0, 3 muf, aufweisen.
Die Erfindung ist nachstehend in einer Anzahl von Ausführungsbeispielen an Hand der schemati- sehen Zeichnungen näher beschrieben. Von diesen zeigen in vergrössertem Massstab : Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Filterstöpsels, vereinigt mit einer Zigarette ; Fig. 2 einen Querschnitt durch den Filterstöpsel nach Fig. 1 längs der dort angedeuteten Schnittebene ; Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Filterstöpsels ; Fig. 4 die Vorderansicht des Filterabschnittes nach Fig. 3 ; Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines endlosen Filterstranges aus einem Fadenbündel teilweise aufgeschnitten gezeichnet ;
Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Filterstöpsels : Fig. 7 eine perspektivische schematische Ansicht eines Filterabschnittes mit einem einzigen Kapillarkanal ; Fig. 8 die
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;rillen versehenen Materialbahn ; die Fig. 11 und 12 den Grundriss bzw. Querschnitt durch ein ebenes Geflecht aus Fäden ; die Fig. 13 und 14 den Grundriss bzw. Querschnitt durch eine ebene, mit Prägungen versehene Materialbahn ; Fig. 15 denQuerschnitt einer andern Ausführungsform einer geprägten Materialbahn nach Fig. 13 ; die Fig. 16, 17 und 18 den Grundriss bzw. je einen Querschnitt längs der Schnittebenen B-B bzw. C-C durch eine ebene geprägte Materialbahn ; die Fig. 19 und 20 den Grundriss bzw.
Querschnitt längs der Schnittebene D-D durch eine zweischichtige ebene Materialbahn ; Fig. 21 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Dreifach-Filterstöpsels ; Fig. 22 ein Prinzipschema für ein Verfahren zur Einbettung eines Kapillarröhrchens in zwei Materialstränge ; Fig. 23 einenQuerschnittdurch einen der Materialstränge der Fig. 22 ; Fig. 24 einen Querschnitt durch den runden zweiteiligen Materialstrang mit eingebettetem Kapillarröhrchen ; Fig. 25 ein Prinzipschema für eine Einrichtung zur Einbettung eines Kapillarröhrchens in mehrere sektorförmig geformte Material- Stränge ;
Fig. 26 eine Vorderansicht des im Prinzipschema nach Fig. 25 angegebenen Einlauftrichters ;
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Fig. 27 eine perspektivische Wiedergabe eines in drei sektorförmige Materialstränge eingebetteten Ka- pillarröhrchensj Fig. 28 eine perspektivische Darstellung eines sternförmigen Kapillarkörpers ; die Fig. 29 und 30 je einen Querschnitt durch einen Filterstrangabschnitt mit eingebetteten Kapillarenkörpern und Fig. 31 eine perspektivische Darstellung eines Kapillarröhrchens mit Öffnungen in seiner Wandung.
Bei dem Doppel-oder Mehrfach-Filterstöpsel der vorliegenden Bauweise ist von den hintereinander angeordneten Filterabschnitten mindestens einer mit einem oder mehreren Kapillarkanälen versehen, die derart dimensioniert sind, dass der Rauch sie mit einer gewissen Mindest-Geschwindigkeit durchströmt.
Es ist bereits seit langer Zeit bekannt (s. dasBuch"Der Tabakrauch"von A. Wenush, [1939]), dass in einem Rauchstrom der mit hoher Geschwindigkeit von etwa 100 m/sec eine Kapillare durchströmt, eine sogenannte erzwungene Koagulation eintritt und ein hoher Prozentsatz der nicht gasförmigen Komponentendes Rauches an den Wandungen der Kapillare ausgeschieden wird. Dieser Effekt der erzwungenenKoagulationist bereits für Abrauchmaschinen zur Untersuchung von Zigarettenrauch verwendet worden. Es sind aber noch keine Vorschläge zur Verwendung dieses Effektes für die Schaffung von Filterstöpseln für Zigaretten bekanntgeworden.
EinFilterstöpsel der vorliegenden Bauart für erzwungene Koagulation des durchströmenden Zigarettenrauches muss, um für die maschinelle Massenproduktion geeignet zu sein zwei wesentlichen Bedingungen genügen :
1. AlleeinzelnenAbschnitte, welche die Füllung des Filterstöpsels bilden, müssen Teilstücke eines
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schnitt nach den Fig. 3 und 4 der Rauch lediglich durch den freien inneren Querschnitt der Kapillarröhrchen hindurchtreten kann.
Es stört aber auch nicht, wenn die Zwischenräume zwischen den einzelnen Kapillarröhrchen im Bündel freibleiben, da bei den üblichen Dimensionen die hiedurch gebildeten Kanäle ebenfalls den Charakter von Kapillaren besitzen, also eine Geschwindigkeit im hindurchströmen- denRauch verursachen, die vergleichbar ist mit der Strömungsgeschwindigkeit durch die Kapillarkanäle selbst, so dass auch in diesen unrunden Zwischenkanälen eine erzwungene Koagulation stattfindet.
Falls es erwünscht ist, bei gleichbleibender Länge des die Kapillarkanäle enthaltenden Filterabschnittes die Länge des einzelnen Kapillarkanals zu vergrössern, besteht die Möglichkeit, einen endlo- sen Filterstrang aus einer Vielzahl von biegsamen Kapillarröhrchen durch Verseilung auf die aus der Herstellung elektrischer Kabel bekannten Weise herzustellen, wie dies in Fig. 5 angedeutet ist. In der Um- hüllung -12-- sind konzentrisch ineinander mehrere Lagen-13, 14, 15, 16-usw. jeweils bestehend aus mehreren parallel aber in Schraubenwindungen aufgewickelter Röhrchen vorgesehen. Auf diese Weise ist die Länge der einzelnen Kapillarkanäle innerhalb eines Filterabschnittes grösser als die Axiallänge dieses Abschnittes selbst.
An Stelle einer solchen schraubenförmigen, mehrlagigen Verseilung besteht natürlich auch die Möglichkeit, mehrere einzelne Kapillarröhrchen miteinander zu verstricken oder ein Bündel aus angenähert parallelen derartigen Röhrchen um die Längsachse zu tordieren.
Wie schon oben erwähnt, ist es bei der Herstellung von Filterabschnitten aus einem Bündel von Kapillarröhrchen nicht erforderlich, die sich zwischen den benachbarten Röhrchen bildenden Kanäle zu verschliessen, da dieselben bei geeigneter Dimension des Aussendurchmessers der einzelnen Röhrchen, ebenfalls den Charakter von Kapillarkanälen aufweisen. Dementsprechend besteht auch durchaus die Möglichkeit, einenderartigen, mit Kapillarkanälen versehenen Filterabschnitt dadurch zu schaffen, dass eine Vielzahl von massiven, biegsamen Fäden oder Schnüren aus geeignetem Material angenähert parallel zueinander, wie in Fig. 3 oder auch durch Verseilung ähnlich Fig. 5 derart zu bündeln, dass zwischendenbenachbarten Fäden des Bündels rauchdurchlässige Kapillarkanäle entstehen.
Es ist offensichtlich, dass beispielsweise ein Filterabschnitt mit einem Querschnitt ähnlich Fig. 4, aber nicht aus Röhr-
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del von runden, massiven Strängen gleichen Durchmessers durch geeignete, maschinelle Bündelung gewährleistet, dass die Querschnittsfläche ein völlig gleichmässiges ansprechendes Muster zeigt, so können derartige Filterabschnitte auch als Endstück von Doppel- oder Mehrfach-Filtern gut verwendet werden, wenn z. B. weisse Kunststoffe, Kunststoffschäume, Faser-oder Papierschnüre hiezu verwendet werden.
Beim vorliegenden Filterstöpsel ist es keineswegs erforderlich, dass der stromaufwärts gelegene Filterabschnitt eine Vielzahl von Kapillarkanälen besitzt. Wie Versuche ergeben haben, bewirkt auch ein Filterabschnitt mit nur einem einzigen Kapillarkanal eine ausreichende Abscheidungswirkung, wenn der freie Strömungsquerschnitt des Kapillarkanals im oben angegebenen Bereich gelegen ist, wobei aber zweckmässigerweise der untere Teilbereich nicht benutzt wird, um eine Verstopfung des einzigen Kapillarkanals während des Gebrauches zu vermeiden.
Ein Ausführungsbeispiel eines Doppelfilterstöpsels dieser Art zeigt Fig. 6, wobei der stromaufwärts gelegene Filterabschnitt hier aus einem einzigen, dem Kapillarkanal bildenden Röhrchen -17-- besteht, das in eine homogene Füllung --18-- eingebettet ist, AnStelle des Röhrchens -17-- kann natürlich auch ein massiver Körper -18- mit einem axialen Kanal verwendet werden. In der Umhüllung -19- ist unmittelbar anschliessend an den mit einem Kapillarkanal versehenen Filterabschnitt --17, 18- ein homogener Filterabschnitt -20-- angeordnet, der beispielsweise aus Acetat- oder Viscosefasern, aus längsgekrepptem und zusammengerafftem Papier od. dgl. besteht.
Bei einem solchen Filterstöpsel nach Fig. 6 ist also zwischen den beiden Filterabschnitten kein Hohlraum vorgesehen, wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Filterstöpsel, jedoch hat die Erfahrung gezeigt, dass auf einen solchen Hohlraum auch verzichtet werden kann, ohne dass merkliche Nachteile entstehen.
BeiVerwendung von nur einem Kapillarkanal im stromaufwärts gelegenen Filterabschnitt ist oft erwünscht, die Länge des Kapillarkanals grösser zu machen als die Länge des Filterabschnittes selbst. In diesem Falle kann, wie in Fig. 7 angedeutet, beispielsweise ein Röhrchen -21- als Kapillarkanal vorgesehen werden, das schraubenlinienförmig um die Längsachse -22- des Filterabschnittes gewunden ist.
Ein anderes Ausführungsbeispiel eines mit Kapillarkanälen versehenen Filterabschnittes zeigt Fig. 8.
Hier sind drei Röhrchen-23, 24 und 25-im Inneren einer nicht rauchdurchlässigen Füllung -26- des Filterabschnittes angeordnet und bilden drei Kapillarkanäle. Diese Röhrchen können entweder angenähert parallel zueinander und parallel zur Achse des Filterkörpers verlaufen oder um diese Achse schrauben-
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linienförmig gewunden oder aber auch miteinander verflochten sein.
Bei den oben beschriebenen Filterabschnitten mit nur einem Kapillarkanal (Fig. 6 und 7) oder mit drei Kapillarkanälen (Fig. 8), falls erwünscht auch beim Vorhandensein einer Vielzahl besonders enger Kapillarkanäle (Fig. 1 und 2) kann es vorteilhaft sein, stromaufwärts von diesem Filterabschnitt im Filterstöpsel noch einen kurzen homogenen Filterabschnitt anzuordnen. Hiedurch kann erreicht werden, dass ein Verstopfen der Kapillarkanäle durch eindringende Tabakstückchen vermieden wird.
Wie bereits obenbei dem massiven, mit einer Vielzahl von Kanälen versehenen Filterabschnitt --8- (Fig. 1) erwähnt, kann es vorteilhaftsein, die Innenwandungen der Kapillarkanäle porös zu machen, damit abgeschiedene Flüssigkeiten aufgesaugt werden können. Dies gilt natürlich auch für Kapillarkanäle aus Röhrchen, wie sie bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3, 4, 5, 6, 7 und 8 angegeben sind.
Derartige Röhrchenkönnenbeispielsweise aus porösen Schaumstoffen oder andern geeigneten saugfähigen Materialien bestehen. Während derartige saugfähige Wandungen bei den Kapillarkanälen ein rasches Verschwinden abgeschiedener flüssiger Komponenten aus diesen Kanälen bewirkt, ist es zur Erzielung einer möglichst weitgehenden Abscheidung von nicht gasförmigen Komponenten aus dem Rauchstrom auch von Vorteil, wenn die Wandungen der Kapillarkanäle aus einem gut wärmeleitenden Material bestehen, also sich beim Durchgang heissen Rauches möglichst wenig erhitzen. Beispielsweise ist es möglich, solche Filterabschnitte mit Kapillarkanälen aus einem Bündel von Röhrchen herzustellen, die aus dünner Metallfolie bestehen, etwa aus Aluminiumfolie.
Auch Röhrchen aus metallisiertem Papier oder Kunststoff mit einer Innen-Metallisierung zeigen einen entsprechenden Effekt. Bei massiven Filterabschnitten mit Kapillarkanälen können auch gut wärmeleitende Stoffe für den Körper verwendet oder die Innenwandung der Kapillarkanäle mit gut leitenden Überzügen, beispielsweise mit einer Metallisierung versehen werden.
An zehn Stück Filterstöpseln der in Fig. 6 wiedergegebenen Bauart wurden die nachstehend angegebenen Messungen durchgeführt. Der stromaufwärts gelegene Abschnitt hatte eine axiale Länge von 5 mm und zwei Kapillarröhrchen aus Kunststoff mit glatten Innenwänden und je 0,5 mm2 freier Querschnittsfläche, eingebettet in ein praktisch rauchundurchlässiges Material. Der anschliessende Filterabschnitt von 10 mm axialer Länge entsprach einem unter der Bezeichnung DICO handelsüblichen Zigarettenfilter aus längs gerilltem, stark zerfasertem und mit Längsrissen versehenem Papier. Zum Vergleich wurde ein homogenes Filter aus dem gleichen DICO-Material von 12 mm axialer Länge verwendet.
Die beiden verglichenen Filterstöpsel hatten angenähert den gleichen Zugwiderstand, so dass die Abscheidungswirkungsgrade verglichen werden können und einen Rückschluss auf die Wirksamkeit des Kapillar- Filterabschnittes zulassen.
Die Messungen der Nikotin- und Teerausscheidungen wurden bei den verglichenen Filtern nach der Methode von M. Staub und H. Furrer vorgenommen, unter Verwendung von filterlosen Zigaretten, die unter der Bezeichnung PALL MALL handelsüblich sind. Die in der nachstehenden Tabelle angegebenen Werte stellen die Mittelwerte aus den Messungen von zehn filterlosen Zigaretten, von zehn Zigaretten mit Kapillarkanal und von zehn Zigaretten mit dem oben genannten homogenen Filterstöpsel dar.
Tabelle :
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<tb>
<tb> Zigaretten <SEP> Zigaretten <SEP> Zigaretten
<tb> ohne <SEP> mit <SEP> Kapil-mit <SEP> homoge- <SEP>
<tb> Filter <SEP> larfilter <SEP> nem <SEP> Filter
<tb> Druckabfall <SEP> in <SEP> mm <SEP> WS <SEP> Anfang <SEP> 230 <SEP> bis <SEP> 270 <SEP> 280 <SEP> bis <SEP> 320 <SEP> 280 <SEP> bis <SEP> 300
<tb> bei <SEP> den <SEP> Rauchzügen <SEP> Mitte <SEP> 200 <SEP> bis <SEP> 240 <SEP> 270 <SEP> bis <SEP> 300 <SEP> 240 <SEP> bis <SEP> 280
<tb> in <SEP> der <SEP> Abrauchzone <SEP> Ende <SEP> 160 <SEP> bis <SEP> 240 <SEP> 230 <SEP> bis <SEP> 270 <SEP> 230 <SEP> bis <SEP> 260
<tb> Zugdauer <SEP> in <SEP> Sekunden <SEP> 1,6 <SEP> 1,6 <SEP> 1,
6
<tb> Anzahl <SEP> Rauchzüge <SEP> pro
<tb> Zigarette <SEP> 18 <SEP> bis <SEP> 20 <SEP> 18 <SEP> bis <SEP> 20 <SEP> 18 <SEP> bis <SEP> 20
<tb> Stummellänge <SEP> 25 <SEP> 25 <SEP> 25
<tb> Tabakgewicht <SEP> verraucht
<tb> bei <SEP> 10 <SEP> Zigaretten <SEP> in <SEP> Gramm <SEP> 7, <SEP> 91 <SEP> 7, <SEP> 89 <SEP> 7, <SEP> 91 <SEP>
<tb>
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Tabelle :
(Fortsetzung)
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<tb>
<tb> Zigaretten <SEP> Zigaretten <SEP> Zigaretten
<tb> ohne <SEP> mit <SEP> Kapil-mit <SEP> homoge- <SEP>
<tb> Filter <SEP> larfilter <SEP> nem <SEP> Filter
<tb> Nikotin <SEP> im <SEP> Hauptrauch <SEP> : <SEP>
<tb> von <SEP> 10 <SEP> Zigaretten <SEP> in <SEP> mg <SEP> 35,24 <SEP> 25,43 <SEP> 26,74
<tb> von <SEP> 100 <SEP> gr <SEP> Tabak <SEP> in <SEP> g <SEP> 0, <SEP> 446 <SEP> 0, <SEP> 322 <SEP> 0, <SEP> 339 <SEP>
<tb> Nikotinverminderung <SEP> im
<tb> Hauptrauch <SEP> durch <SEP> das <SEP> Filter-28'% <SEP> 24% <SEP>
<tb> Chloroformlöslicher <SEP> Teer
<tb> im <SEP> Hauptrauch <SEP> :
<SEP>
<tb> von <SEP> 10 <SEP> Zigaretten <SEP> in <SEP> mg <SEP> 202,0 <SEP> 143,6 <SEP> 149, <SEP> 1
<tb> von <SEP> 100 <SEP> gr <SEP> Tabak <SEP> in <SEP> g <SEP> 2, <SEP> 55 <SEP> 1,82 <SEP> 1,89
<tb> Teerverminderung <SEP> im
<tb> Hauptrauch <SEP> durch <SEP> das <SEP> Filter-2910 <SEP> 2610 <SEP>
<tb>
Unterschied zwischen den Mittelwerten in den drei Rauchzonen ist :
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<tb>
<tb> Anfang <SEP> Mitte <SEP> Ende
<tb> Kapillarfilter <SEP> 300 <SEP> 205 <SEP> 250
<tb> Homogenes <SEP> Filter <SEP> 290 <SEP> 260 <SEP> 245
<tb> Unterschied <SEP> in <SEP> mm <SEP> WS <SEP> 10 <SEP> 25 <SEP> 5
<tb> Unterschied <SEP> in <SEP> % <SEP> 3,3% <SEP> 8,7% <SEP> 2,0%
<tb> im <SEP> Mittel <SEP> also <SEP> 4, <SEP> 7%
<tb>
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<tb>
<tb> Nikotin <SEP> Teer
<tb> Kapillarfilter <SEP> 28 <SEP> 29
<tb> Homogenes <SEP> Filter <SEP> 24 <SEP> 26
<tb> Unterschied <SEP> absolut <SEP> 4 <SEP> 3
<tb> Unterschied <SEP> in% <SEP> 16,6% <SEP> 11,5%
<tb>
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Zugwiderstand allein verursacht sein kann. Vielmehr zeigt sich, dass die Abscheidung durch erzwungene Koagulation in einem Kapillarkanal grösser ist, als in einem homogenen Filterabschnitt gleichen Zugwiderstandes.
Die Kapillarkanäle in den Filterabschnitten der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele von Filterkörpern nach den Fig. 1 bis 8 sind als durchgehende Kanäle ohne grosse Änderungen des freien Querschnitts längs ihrer gesamten Ausdehnung dargestellt. Bei der Verwendung von Röhrchen als Kapillarkanäle können aber auch, wie in Fig. 9 in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt, Röhrchen mit stellenweise vergrössertem Strömungsquerschnitt verwendet werden. Derartige Röhrchen sind dann vorteilhaft, wenn flüssige Komponenten in grösserem Masse ausgeschieden werden, da dieselben dann bewegt vom Rauchstrom, längs der dünnen Kapillarabschnitte entlang laufen, bis eine Querschnittsvergrösserung erreicht ist, wo sich solche flüssigen Stoffe sammeln können, ohne dass die Gefahr einer Verstopfung der
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Kapillarkanäle entsteht.
Es sei auch darauf hingewiesen, dass an Stelle der in den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 9 dargestellten Kapillarkanäle mit angenähert rundem Strömungsquerschnitt andere geeignete Querschnittsformen verwendet werden können. Beispielsweise sind flache Kapillarkanäle ebenfalls geeignet, wenn der freie Querschnitt im oben genannten Bereich von etwa 0, 03 bis 0, 75 mm2 gelegen ist. Auch ungleichmässig geformte Querschnitte für die Kapillarkanäle sind geeignet, wie dies aus den nachstehend noch näher beschriebenen Ausführungsbeispielen hervorgeht.
Es existieren bekanntlich Filterstöpsel für Tabakwaren, insbesondere für Zigaretten, deren Füllung aus einer ebenen, in Querrichtung zusammengerafften und mit Längsrillen versehenen Materialbahn besteht. Bei der Herstellung solcher mit Längsrillen versehenen Materialbahnen sind Vorkehrungen getroffen, dass eine möglichst starke Zerfaserung der meist aus Papier bestehenden Materialbahn stattfindet, damit der an den Längsrippen entlangströmende Rauch über möglichst zerfaserte Oberflächen streicht. Im Gegensatz zu dieser bekannten Ausführungsform von Filterstöpseln besteht aber auch die Möglichkeit, längsgerippte Materialbahnen mit glatten, eventuell aber porösen Oberflächen zu verwenden, um Filterabschnitte mit unregelmässig gestalteten Kapillarkanälen zu schaffen.
Beispielsweise zeigt Fig. 10 eine derartige längsgerillte Materialbahn, die im vorliegenden Falle zwar aus glattem oder saugfähigem Papier, vorzugsweise aber aus metallisiertem Papier oder aus dünner Kunststoff- oder Metallfolie besteht, die beim Zusammenraffen quer zu den Längsrillen zu einem Filterstöpsel von rundem Querschnitt einen Filterabschnitt mit einer Vielzahl unregelmässig geformter Kapillarkanäle ergibt. Ein derartiger längsgerillter Materialstreifen, kann auch wie in Fig. 10 angedeutet, vor oder während des Zusammenraf- fens verdrillt werden, aber natürlich nur in einem solchen Ausmass, dass weiterhin eine Vielzahl durch- gehender Längskanäle im Filterabschnitt gewährleistet ist.
Im Gegensatz zu den bekannten, aus längsgerillten, aber stark zerfaserten Papierbahnen bestehenden Filterabschnitten, muss bei der vorliegenden Anwendung solcher gerillter Materialbahnen Vorsorge getroffen werden, dass keine Risse und Öffnungen in den Wandungen der Längsrillen vorhanden sind ; diese kann bei der Herstellung solcher längsgerillter Materialbahnen dadurch gewährleistet werden, dass eine zu starke Querreckung der Materialbahn beim Durchgang durch die Rillungswalzen möglichst vermieden wird.
Ein anderes Ausführungsbeispiel für eine Materialbahn, aus welcher durch Aufrollung oder Zusammenraffung ein Filterabschnitt hergestellt werden kann, der dann unregelmässig geformte durchgehende Kapillarkanäle aufweist, ist in den Fig. 11 und 12 dargestellt. Es handelt sich um ein Geflecht aus senkrecht zueinander verlaufenden biegsamen Fäden --27 bzw. 28-, die hier beispielsweise runden Querschnitt aufweisen. Wird ein derartiges ebenes Fadengeflecht durch Zusammenrollen oder Zusammenraffen zu einem Filterstrang umgeformt und daraus Filterabschnitte hergestellt, so weist jeder dieser Filterabschnitte durchgehende mit vielen Verengungen und Erweiterungen versehene Kapillarkanäle auf, die geeignet sind, um im durchströmenden Rauch eine Koagulation zu erzwingen.
Natürlich kann ein derartiges Geflechtwie in den Fig. 11 und 12 angedeutet, auch aus Fäden, Schnüren od. ähnl. Gebilden mit anderem als mit rundem Querschnitt hergestellt werden.
Ein aus zusammengerafften oder zusammengerollten Materialbahnen bestehender Filterabschnitt kann auch unter Verwendung von mit Prägungen versehenen Streifen aus Papier, Kunststoff, Metallfolie od. ähnl. Stoffenhergestellt werden. Beispielsweise zeigen die Fig. 13 bis 15 eine Materialbahn --29--, die halbkugelförmige Prägungen -30-- aufweist. Diese Prägungen-30-können entweder alle nach einer Richtung aus der Bahnebene herausragen, wie dies Fig. 14 zeigt oder abwechselnd nach der einen bzw. andernRichtung aus der Bahnebene herausgedrückt sein, wie in Fig. 15 angedeutet.
Wird eine mit derartigen hervorstehenden Prägungen versehene Materialbahn in Querrichtung zu einem Filterstrang zusammengerafft und daraus Filterabschnitte hergestellt, so weist ein solcher Filterabschnitt eine Vielzahl von unregelmässig geformten und stellenweise mit Querschnittserweiterungen versehenen durchgehenden Kapillarkanälen auf.
Die ebenen Materialbahnen nach den Fig. 10 bis 15 können entweder in einer Lage zu einem endlosen Filterstrang zusammengerafft oder aufgerollt werden oder auch vor dem Zusammenraffen bzw.
Zusammenrollen in zwei oder mehr Lagen aufeinandergelegt werden. Es können aber auch zwei-oder mehrlagige Materialbahnen verwendet werden, die aus einer Materialbahn nach den Fig. 10 bis 15 und darüber einer ebenen und glatten andern Materialbahn bestehen.
. Eine weitere, zur Herstellung eines mit Kapillarkanälen versehenen Filterabschnittes geeignete Materialbahn zeigen die Fig. 16, 17 und 18. Hiebei ist die aus Papier, Kunststoff, Metall oder andern ge- eignetenStoffen bestehende Bahn-31-nur in aufeinanderfolgenden Querbereichen längs der Bahnausdehnung mit wellenförmigen Rillungen oder Prägungen versehen, wie sie der Querschnitt längs der
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SchnittebeneB-B in Fig. 17 zeigt. Zwischen den Querbereichen mit derartigen Prägungen befinden sich ebene Bahnteile, wie in Fig. 16 im Querschnitt längs der Schnittebene C-C angedeutet.
Wird eine solche Materialbahn allein oder unter Zwischenlage einer weiteren ebenen und glatten andern Materialbahn durch Aufrollen oder Zusammenraffen zu einem endlosen Filterstrang umgeformt und hierauf Filterabschnitte erzeugt, so weisen diese eine Vielzahl von durchgehenden Kapillarkanälen mit unregelmässigem Querschnitt auf. Auch hier kann, falls erwünscht, die Materialbahn einseitig oder doppelseitig metallisiert sein oder aus porösen Stoffen bestehen, um abgeschiedene Flüssigkeiten aufzusaugen.
Es kann auch eine zweischichtige Materialbahn verwendet werden, deren eine Schicht aus einer längsgerillten Materialbahn nach Fig. 10 und deren andere Schicht aus einer geprägten Materialbahn nach den Fig. 13 und 14 besteht. Eine derartige zweischichtige Materialbahn ist in Fig. 19 im Grundriss und in Fig. 20 im Querschnitt längs der Schnittebene D-D dargestellt. Die mit Ausprägungen versehene Materialbahn-32-und/oder die längsgerillte Materialbahn-33-- können aus Papier, Kunststoff, Metall, metallisierten Materialien oder andern geeigneten Stoffen bestehen.
Ein Ausführungsbeispiel eines dreiteiligen Filterstöpsels ähnlich dem in Fig. 1 dargestellten, ist in
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pillarkanäle aufweist, die von Röhrchen der in Fig. 9 dargestellten Bauweise gebildet werden. Stromabwärts unmittelbar nach dem Filterabschnitt --34- folgt ein weiterer homogener Filterabschnitt-35-, der hier beispielsweise aus einem Trägermaterial besteht, das mit Aktivkohle, anderem körnigem absorbierendem Material, speziellen Absorptionsstoffen, wie Triacetin usw. angereichert ist und dazu dient, gasförmige Bestandteile des durchströmenden Rauches zu absorbieren.
Anschliessend an diesen selektiv absorbierenden Filterabschnitt -35- ist dann ein homogener Filterabschnitt -36-- vorgesehen, der beispielsweise aus Acetatfasern, Viscosefasern, Cellulosefasern oder andern Faserstoffen besteht bzw. stark zerfaserte und zusammengeraffte papierartige Materialbahnen enthält. In einem derartigen Drei- fachfilter können die drei Filterabschnitte-34, 35 und 36-- jeweils speziell den gewünschten Aufgaben entsprechend optimal gestaltet werden. So können die im Rauch enthaltenen nicht gasförmigen Kompo- nenten durch eine genügende Anzahl bzw. genügend lange Kapillarkanäle im Filterabschnitt-34-abgeschieden werden, während der Filterabschnitt -35-- zur Absorption einer oder mehrerer unerwünschter gasförmiger Komponenten aus dem Rauch eingerichtet ist.
Der letzte Abschnitt -36-- dient dann weniger zur Beseitigung unerwünschter Rauchkomponenten, sondern soll lediglich einen Filterabschluss mit reinweisser und möglichst glatter Schnittfläche bilden.
Sämtliche oben beschriebenen Ausführungsbeispiele von Filterstöpseln gemäss den Fig. l, 6 und 22 sind nur mit einem einzigen, Kapillarkanäle enthaltenden Filterabschnitt ausgestattet. Falls gewünscht, ist es natürlich auch möglich, mehr als einen mit Kapillarkanälen versehenen Filterabschnitt hintereinander in einem Filterstöpsel anzuordnen, entweder unmittelbar aneinander anschliessend oder durch einen Hohlraum oder einen Filterabschnitt anderer Bauweise voneinander getrennt. Solche Mehrfach-Filterstöpsel können erwünscht sein, wenn eine möglichst weitgehende Abscheidung von nicht gasförmigen Komponenten aus dem Rauch vorgenommen werden soll.
In der oben stehenden Beschreibung ist bei allen mit Kapillarkanälen versehenen Filterabschnitten erwähnt oder stillschweigend vorausgesetzt, dass das diese Kapillarkanäle umgebende Material praktisch rauchundurchlässig ist, also der ganze Rauch durch die Kapillarkanäle strömt. Dies ist aber natürlich nicht unbedingt erforderlich und im Gegenteil kann es erwünscht sein, bei einem mit Kapillarkanälen versehenenFilterabschnitteinenTeil des Rauchstromes ausserhalb der Kapillarkanäle durch das dieselben umgebende Material strömen zu lassen, etwa um eine in dem die Kapillaren durchströmenden Rauch vollständig abgeschiedene Rauchkomponente zu einem vorbestimmten Prozentsatz beizubehalten.
In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1, 2 und 21 kann dies beispielsweise durch Verwendung eines nicht vollständig rauchundurchlässigen Materials-8 bzw. 34-, etwa eines Kunststoffschaumes, erreicht werden. Bei der Einbettung von Kapillarröhrchen bei Filterabschnitten der in den Fig. 6 bis 8 bzw. 24 und 27 wiedergegebenen Bauart können als Füllmaterial beispielsweise längsgekrepptes Papier, nichtgewebte Faserbahnen oder Textilgewebe, Kunststoffschäume und andere rauchdurchlässige Massen verwendet werden, um einen Teil des Rauches an den Kapillarkanälen vorbei durch das Füllmaterial strömen zu lassen. Ein derartiges, nicht völlig rauchdurchlässiges Füllmaterial ist auch dann erwünscht, wenn der Rauchstrom mit Aromastoffen angereichert werden soll, die in dem die Kapillarkanäle umgebenden Material enthalten sind.
Wie bereits oben erwähnt, können die Wandungen der Kapillarkanäle auch aus porösem oder saugfähigem Material bestehen, um abgeschiedene flüssige Partikel aufsaugen zu können. Es besteht aber
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auch die Möglichkeit, die Wandungen mit Öffnungen zu versehen, damit der Innenraum der Kapillarkanäle mit dem diese umgebenden Material in Verbindung steht. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn dieses Material aus porösen, saugfähigen oder absorbierenden Stoffen besteht, etwa aus Natur- oder Kunstfasern, aus saugfähigen oder zerfaserten Papierbahnen, aus Schaumstoffen oder porösen Materialien, aus absorbierenden körnigen Substanzen wie Aktivkohle und Perlit od. dgl.
Durch die Öffnungen sollen nicht nur abgeschiedene flüssige Komponenten aus dem Innenraum des Kapillarkanals leichter beseitigt werden, sondern auch der mit den genannten Stoffen in Berührung kommende Rauch zusätzlich gefiltert oder von unerwünschten Komponenten befreit werden ; insbesondere aussen befindliche Materialien mit einer spezifischen Absorptionswirkung auf gasförmige Rauchkomponenten sind vorteilhaft, beispielsweise Aktivkohle. Auch eine Tränkung solcher Materialien mit spezifisch absorbierenden Substanzenwie Triacetin, Polydol, Carbawachs, Propylenglykol usw. ist von Nutzen, insbesondere bei Faserstoffen oder Papierbahnen.
Fig. 28 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines sternförmigen Kapillarenkörpers --60-. der drei gegeneinander um je 1200 um die Mittelachse versetzte Kapillarkanäle -61. 62 und 63-von U-förmi- gem Querschnitt besitzt. Die Kapillarkanäle sind hier an ihrer radial aussen gelegenen Schmalseite offen, stehen also längs dieser Schmalseite mit dem Material in Verbindung, in welches der Kapillarkörper-60-eingebettet ist. Wenn dieses Material faserige Struktur aufweist, wie etwa Natur- oder Kunstfaserbündel oder zerfaserte Papierbahnen, so werden kurze Faserstücke von der offenen Schmalseite aus in die Kapillarkanäle-61, 62 und 63-hineinragen, was eine Verstärkung der Abscheidungswirkung solcherFilterabschnitte bewirkt.
Dies gilt sowohl für feste und flüssige Partikel, als auch für gasförmige Komponenten des Rauches, wenn diese Fasern selbst absorbieren oder mit absorbierenden Substanzen bedeckt sind.
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den offenen, radial aussen gelegenen Schmalseiten der Kapillarkanäle sind die in deren Innenraum hineinragenden Fasern angedeutet.
Die Kapillarkanäle mit U-förmigem Querschnitt können auch, wie in Fig. 30 angedeutet, an der
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den schalenförmigen Teilen --68 und 69-an denen die Kapillarkanäle --70 bis 73-- angebracht sind, zusammengesetzt, um den Strang für die Füllung --67--leichter einbringen zu können. Auch hier sind die in den Innenraum der Kapillarkanäle hineinragenden Faserbüschel angedeutet.
An Stelle von U-förmigen, seitlich offenen Kapillarkanälen wie in den Fig. 28 bis 30 angedeutet, können natürlich auch Kapillarkanäle mit beliebigen andern Querschnittformen deren Wandung längs
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geeignet zur Einbettung in entsprechende Materialien. Solche mit Öffnungen versehene Röhrchen belie- bigen Querschnitts können einzeln oder zu mehreren in einen endlosen Filterstrang eingebettet werden.
Bei der Verwendung derartiger mit Öffnungen in den Wandungen versehener Kapillarkanäle kann es auch vorteilhaft sein, im Innenraum derselben zusätzlich Leit- oder Prallkörper vorzusehen, etwa spiralig oder unregelmässig verlaufende Fäden bzw. Bänder bdervon den Wandungen abstehende Lappen u. dgl. sowohl zur Ablenkung des Gasstromes auf die Öffnungen hin, als auch zur Vergrösserung der Wandungsoberfläche.
Das die Kapillarkanäle umgebende Material kann seinerseits praktisch rauchundurchlässig sein, wirkt also nur durch die über Öffnungen mit dem Kapillarinnenraum in Verbindung stehenden Teile. Für manche Zwecke kann es aber auch vorteilhaft sein, dass das Material selbst genügend rauchdurchlässig ist, damit über die Öffnungen in den Wandungen ein Teil des Rauchstromes den Kapillareninnenraum verlassen, in das äussere Material eindringen und durch dieses weiterströmen kann.
Ein wesentliches Merkmal des vorliegenden Filterstöpsels in allen seinen Ausführungsbeispielen ist es, dass sämtliche Filterabschnitte durch Unterteilung je eines endlosen Filterstranges herstellbar sind. Für die in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnten homogenen Filterabschnitte stellt diese Forderung kein Problem dar und es existieren viele bekannte Methoden zur Herstellung endloser Filterstränge aus Natur-oder Kunstfasern, aus Papierbahnen u. dgl. Dagegen bestand bisher kein Bedarf zur Herstellung endloser Filterstränge mit Kapillarkanälen im Inneren, so dass geeignete Verfahren hiefür nur für einzelne Ausführungsbeispiele bekannt sind.
FürFilterabschnitte, die eine massive Füllung mit durchgehenden Kapillarkanälen aufweisen, etwa
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wie beim Filterabschnitt --8- (Fig. 1 und 2) wird zweckmässigerweise die Strangpresstechnik verwendet, bei welcher strangpressfähige Kunststoffe, Kunstschäume u. dgl. im flüssigen oder plattischen Zustand durch entsprechende Düsen hindurchgepresst und unmittelbar hinter den Düsen zum Erstarren gebracht werden. Derartige Spritzdüsen können dann in bekannter Weise ausgebildet werden, um einen endlosen Strang mit ausgesparten Innenkanälen zu erhalten. Stranggepresste Formkörper dieser Art können mit nur einem Längskanal oder auch mit einer Vielzahl von Längskanälen hergestellt werden.
Dagegen sind bisher keine Methoden bekanntgeworden, um einen endlosen Strang zur Herstellung von Filterabschnitten der in Fig. 6 wiedergegebenen Bauart zu schaffen, bei welcher ein einzelnes Ka-
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axial in eine Füllung-18-- eingebettetseiten vorgesehene Hohlkehle --40-- einläuft. Der zusammengefügte Strang wird in Richtung des Pfeiles --41-- bewegt und mit einer Papierhülle umkleidet ; die beiden halbrunden Stränge 37 und 38sowie das Kapillarröhrchen-39-- werden von entsprechenden Vorratstrommeln abgezogen. Auf diese Weise entsteht ein endloser, umhüllter Filterstrang, der in Filterstäbe oder Filterabschnitte beliebiger Länge unterteilt werden kann.
Als Material für die beiden halbrunden Stränge-37 und 38-kann sowohl Kunststoff als auch Kunstschaum, verfestigte und verleimte Faserstoffe, längsgekreppte Papierbahnen u. dgl. verwendet werden, je nachdem, ob die Materialien durchlässig oder undurchlässig für den Rauch sein sollen. Auf diese Weise können natürlich auch mehrere Kapillarröhrchen, etwa die drei Kapillarröhrchen --23, 24 und 25-in Fig. 8 axial in eine Füllung-26-oder Kapillarenkörper
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60Eine andere Vorrichtung zur axialen Einbettung eines einzelnen Kapillarröhrchens in die Mitte eines endlosen Filterstranges ist in den Fig. 25, 26 und 27 dargestellt. Hier werden drei seitlich zusammenraffbare Materialbahnen-42, 43 und 44-, die von den Vorratsrollen-45 bzw. 46 bzw. 47-in der durch Pfeile angegebenen Richtung abgezogen werden, einem dreiteiligen Trichter -48- zugeführt, dessen Vorderansicht in Fig. 26 wiedergegeben ist. Der Innenraum des Trichters -48- ist durch drei Zwischenwände in die drei gleichgrossen Sektoren-49, 50 und 51-unterteilt. Ferner tragen die drei radialen Zwischenwände ein längs der Trichterachse sich erstreckendes Rohr-52-mit einer lichten Weite, die dem einzuführenden Kapillarröhrchen entspricht.
Wie aus Fig. 25 ersichtlich ist, läuft die Materialbahn --42-- in den Sektor-49-, die Materialbahn -43- in den Sektor-50-und die Materialbahn-44-in den unteren Sektor-51-des Trichters. Das von einer Vorratsrolle-53-ablaufende Kapillarrührchen --54-- wird in das axiale Rohr52 des Trichters eingeführt. Die drei radialen Scheidewände im Trichter und das von denselben gehaltene Führungsrohr 52 - erstrecken sich nicht bis zum Ende des Trichters, aber ausreichend weit, um die drei Materialbahnen-42, 43 und 44jeweils zu entsprechend geformten Strängen zusammenzuraffen, so dass aus dem Ende des Trichters ein Strang-55-- austritt, der die in Fig. 27 schematisch dargestellte Form aufweist.
Dieser Strang besitzt, wie aus Fig. 27 ersichtlich, insgesamt einen runden Querschnitt, besteht aber aus den drei sektorförmigen Teilen --56,57 und 58--, die durch Zusammenraffen der Materlalbahnen --42 bzw. 43 bzw. 44entstanden sind. Im Zentrum der drei Sektoren befindet sich, praktisch koaxial zur Strangachse, das Kapillarröhrchen -59--. Werden geeignete Materialbahnen-42, 43 und 44-- benutzt, beispielsweise aus längsgekrepptem Papier oder selbsttragende gewobene oder ungewobene Faserbahnen, so kann gewährleistet werden, dass entweder die Füllungen in den Sektoren-56, 57 und 58-des Stranges-55- einen so hohen Strömungswiderstand gegenüber demjenigen des Kapillarröhrchens --59-- aufweisen, dass bei einem Filterabschnitt praktisch der gesamte Rauch durch das Kapillarröhrchen -59- strömt,
oder es kann eine genügend lockere und gasdurchlässige Füllung vorgesehen werden. Natürlich besteht ebenso die Möglichkeit, an Stelle von flachen Materialbahnen-42, 43 und 44-entsprechende lockere
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auch mehrere, eventuell miteinander verflochtene Kapillarröhrchen oder KapiUarkörper-60 bzw. 64nach den Fig. 28 bzw. 29 in das zentrale Rohr --52-- des Trichters --48-- eingeführt werden, so dass einendloserFilterstrang mit mehreren, symmetrisch zur Strangachse im Inneren angeordneten Kapillarkanälen entsteht.
Es besteht ferner die Möglichkeit, in den drei Sektoren-49, 50 und 51-- des Trichters-48-frisch erzeugte, noch plastische Kunststoffschäume einzupressen, um einen endlosen Filter-
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strang mit einer Schaumfüllung und einem oder mehreren zentral angeordneten Kapillarkanälen zu schaffen.
Die an Hand der Fig. 24 bis 27 beschriebene Vorrichtung ist natürlich auch mit einem nur in zwei Hälften unterteilten Trichter-48-oder mit einer Unterteilung desselben in mehr als drei Sektoren ausführbar.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Filterstöpsel für Tabakwaren, insbesondere für Zigaretten, bestehend aus einer Umhüllung und einer darin befindlichen, für den anzusaugenden Rauch durchlässigen Füllung, die wenigstens aus zwei hintereinander angeordneten Abschnitten besteht und wenigstens in einem der Abschnitte Längskanäle
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