DE102018126778A1

DE102018126778A1 - Stabförmiger HNB-Artikel, Kühlelement eines HNB-Artikels sowie Verwendung desselben

Info

Publication number: DE102018126778A1
Application number: DE102018126778.9A
Authority: DE
Inventors: Jan Blewonska; Peter Golz; Nadine Leichsenring; Michael Pyra; Frank Weimann
Original assignee: Hauni Maschinenbau GmbH
Current assignee: Koerber Technologies GmbH
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2020-04-30
Also published as: WO2020083657A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen stabförmigen HNB-Artikel (2), umfassend ein aerosolbildendes Substrat (4) und ein stromabwärts des Substrats (4) angeordnetes Kühlelement (6), wobei das Kühlelement (6) ein Kühlsubstrat (18) umfasst und das Kühlelement (6) eine Porosität zwischen 51% und 99% aufweist, wobei als Porosität ein Quotient aus freier, nicht von dem Kühlsubstrat eingenommener, Querschnittsfläche zur Gesamtquerschnittsfläche angesehen wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen stabförmigen HNB-Artikel, umfassend ein aerosolbildendes Substrat und ein stromabwärts des Substrats angeordnetes Kühlelement. Ferner betrifft die Erfindung ein Kühlelement eines HNB-Artikels sowie die Verwendung eines Kühlelements in einem HNB-Artikel.
Ein HNB-Artikel (Heat-Not-Burn-Artikel) ist ein Produkt der Tabak verarbeitenden Industrie, welches beim Konsum erhitzt, jedoch nicht verbrannt wird. Beim Konsum eines HNB-Artikels wird durch die Übertragung von Wärme einer beispielsweise elektrisch betriebenen Wärmequelle auf ein von dieser physikalisch getrenntes aerosolbildendes Substrat Dampf erzeugt. Dieser Dampf ist für den Konsum bestimmt und enthält Aroma- und Inhaltsstoffe. Als aerosolbildendes Substrat kommt üblicherweise eine tabakhaltige Substanz zum Einsatz, welche anders als bei herkömmlichen Rauchprodukten jedoch nicht verbrannt wird.
Während des Konsums des HNB-Artikels werden durch die Wärmeeinwirkung flüchtige Substanzen aus dem aerosolbildenden Substrat freigesetzt. Der Benutzer zieht dieses Substanzen in einem Luftstrom durch den HNB-Artikel. Damit die freigesetzten Substanzen vom Benutzer konsumiert werden können, ist es in vielen Fällen erforderlich, das Aerosol, bei dem es sich um ein heterogenes Gemisch aus flüssigen Schwebteilchen (Aerosolpartikel) und Gas handelt, abzukühlen. Zu diesem Zweck umfassen stabförmige HNB-Artikel neben einem Abschnitt, in dem das aerosolbildende Substrat vorhanden ist, stromabwärts dieses Abschnitts ein Kühlelement. In dem Kühlelement wird das erzeugte Aerosol auf eine gewünschte Konsumtemperatur abgekühlt.
HNB-Artikel mit einem Kühlelement sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Eine beispielhafte Ausführung eines stabförmigen HNB-Artikels ist aus EP 2 760 303 B1 bekannt. Dieser HNB-Artikel umfasst an seinem Kopfende einen Abschnitt, in dem ein aerosolbildendes Substrat vorhanden ist. Stromabwärts, also in Richtung des Mundstücks, schließt sich zunächst ein Stützelement an, bevor weiter stromabwärts ein Kühlelement folgt. Das Kühlelement ist aus einem gerafften Flächengebilde aufgebaut. Dieses Flächengebilde ist beispielsweise aus einem biologisch abbaubarem Polymermaterial aufgebaut. Es kommt beispielsweise Polylactid (PLA) zum Einsatz.
Für die Konstruktion eines Kühlelements ist es wichtig, dass dieses einerseits eine große Oberfläche aufweist, so dass ein Wärmeübergang zwischen dem Aerosol und dem Material des Kühlelements effizient stattfinden kann, andererseits der Zugwiderstand des HNB-Artikels nicht zu hoch wird. EP 2 760 303 B1 schlägt hierzu ein Kühlelement vor, welches unmittelbar stromabwärts des Stützelements angeordnet ist und an diesem anliegt. Die Gesamtoberfläche des Kühlelements liegt zwischen 300 mm² pro Millimeter Länge und ungefähr 1000 mm² pro Millimeter Länge. Außerdem weist das Kühlelement eine Porosität zwischen 50% und 90% in Längsrichtung auf. Als Porosität des Kühlelements ist in EP 2 760 303 B1 das Verhältnis der Querschnittsfläche des gerafften Materials, aus dem das Kühlelement aufgebaut ist, betrachtet in einem Querschnitt durch das Kühlelement, und der inneren Gesamtquerschnittsfläche definiert.
Das Kühlelement umfasst eine Vielzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Kanälen, die durch das geraffte Flächengebilde gebildet werden. Die Kanäle können von einem einzelnen Flächengebilde oder von mehreren gerafften Flächengebilden gebildet sein.
Dem Aerosolstrom soll effizient Wärmeenergie entzogen werden. In EP 2 760 303 B1 wird die Verwendung eines Materials für das Kühlelement vorgeschlagen, welches eine endotherme Phasenumwandlung zeigt. Eine große Wärmemenge kann von einem Material des Kühlelements beispielsweise bei einem Schmelzvorgang oder bei einem Glasübergang aufgenommen werden. Ist die Abkühlung des Aerosolstroms so stark, dass es zu einer Kondensation von Wasser in dem Kühlelement kommt, wird der das Kühlelement passierende Luftstrom im Allgemeinen getrocknet. Dies kann ferner den Effekt haben, dass flüchtige Substanzen aus dem Aerosolstrom in dem Kühlelement absorbiert werden.
Alternativ zu einem gerafften Flächengebilde ist in EP 2 760 303 B1 auch vorgeschlagen, das Kühlelement aus einem Bündel von sich in Längsrichtung erstreckenden Röhren herzustellen. Es ist beispielsweise vorgesehen, das Kühlelement durch Extrusion, Gießen, Lamination, Injektion oder aus einem geschredderten Material herzustellen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung einen stabförmigen HNB-Artikel mit einem verbesserten Kühlelement, ein verbessertes Kühlelement eines HNB-Artikels sowie die Verwendung eines Kühlelements in einem HNB-Artikel anzugeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen stabförmigen HNB-Artikel, umfassend ein aerosolbildendes Substrat und ein stromabwärts des Substrats angeordnetes Kühlelement, wobei der stabförmige HNB-Artikel dadurch fortgebildet ist, dass das Kühlelement ein Kühlsubstrat umfasst und das Kühlelement eine Porosität zwischen 51% und 99% aufweist, wobei als Porosität ein Quotient aus freier, nicht von dem Kühlsubstrat eingenommener, Querschnittsfläche zur Gesamtquerschnittsfläche angesehen wird.
Eine Porosität des Kühlsegments im angegebenen Bereich hat sich als optimaler Kompromiss zwischen einer effizienten Kühlleistung einerseits und einem geringen Zugwiderstand andererseits herausgestellt. Es ist vorteilhaft möglich, den Zugwiderstand des HNB-Artikels auf einen Wert einzustellen, der zwischen 30 mm und 150 mm Wassersäule liegt. Gemäß einer Ausführungsform weist der HNB-Artikel einen Zugwiderstand zwischen 30 mm und 150 mm Wassersäule, insbesondere zwischen 50 mm und 80 mm Wassersäule, auf.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der HNB-Artikel dadurch fortgebildet, dass das aerosolbildende Substrat und das Kühlelement von einer gemeinsamen äußeren Hülle umgeben sind, wobei die Gesamtquerschnittsfläche eine von einer Innenwand der gemeinsamen äußeren Hülle umgebene Querschnittsfläche ist.
Das Kühlsubstrat ist in dem von dem stabförmigen HNB-Artikel umfassten Kühlelement so angeordnet, dass sich Kanäle bilden, welche sich in längsaxialer Richtung des HNB-Artikels erstrecken. Die Summe der Fläche dieser Kanäle, bezogen auf die Gesamtquerschnittsfläche des Kühlelements des HNB-Artikels beträgt zwischen 51% und 99%. Die Kanäle erstrecken sich insbesondere über die gesamte Länge des Kühlelements. Dies gilt insbesondere für alle Kanäle. Ferner verlaufen die Kanäle bevorzugt zumindest näherungsweise parallel zueinander und ferner insbesondere zumindest näherungsweise parallel zu einer längsaxialen Richtung des HNB-Artikels bzw. des Kühlelements.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das aerosolbildende Substrat in einem aerosolbildenden Element angeordnet ist. Zwischen dem aerosolbildenden Substrat, insbesondere zwischen dem aerosolbildenden Element, und dem Kühlelement ist gemäß einer weiteren Ausführungsform ein Spalt vorhanden. Dieser Spalt erstreckt sich entlang des vollständigen Umfangs des HNB-Artikels. Seine Breite, die bevorzugt überall zumindest näherungsweise gleich groß ist, beträgt, in längsaxialer Richtung des HNB-Artikels gemessen, beispielsweise zwischen 100 µm und einem Millimeter. Durch den Spalt wird ein direkter Kontakt zwischen dem während der Benutzung des HNB-Artikels erhitzten aerosolbildenden Substrat und dem Kühlelement vermieden. Es kann somit eine Wärmeleitung zwischen dem aerosolbildenden Substrat und dem Kühlelement vermieden werden. Vorteilhaft heizt sich so das Kühlelement durch das in Benutzung des HNB-Artikels heiße aerosolbildende Substrat nicht unnötig auf.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der HNB-Artikel dadurch fortgebildet, dass das Kühlsubstrat ein Polymer ist, welches einen endothermen Phasenübergang, also eine Phasenübergangstemperatur, in einem Temperaturbereich zwischen 40 °C und 80 °C aufweist, wobei das Polymer insbesondere Polylactid (PLA) ist.
Gemäß weiterer Ausführungsformen liegt die Phasenübergangstemperatur in einem Intervall zwischen 50 °C und 70 °C, ferner insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen 55 °C und 65 °C und beträgt ferner insbesondere zumindest näherungsweise 60 °C.
Wenn die oben genannte Phasenübergangstemperatur erreicht wird, absorbiert das Kühlsubstrat aufgrund des bei dieser Temperatur stattfindenden Phasenübergangs eine große Wärmemenge, ohne sich weiter zu erhitzen. So ist das Kühlsubstrat in der Lage, den durch das Kühlelement strömenden Luftstrom oder Aerosolstrom effizient zu kühlen. Als geeignetes Material hat sich PLA herausgestellt, welches eine Glasübergangstemperatur aufweist, die zwischen 45 °C und 65 °C liegt.
Der HNB-Artikel ist ferner insbesondere dadurch fortgebildet, dass das Kühlelement eine Vielzahl von Streifen aus Kühlsubstrat umfasst, die in einer Längsrichtung des HNB-Artikels orientiert sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, welche für sich geeignet ist, die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen, wird ein stabförmiger HNB-Artikel gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 dadurch fortgebildet, dass das Kühlsubstrat eine Vielzahl von Streifen umfasst, die in einer Längsrichtung des HNB-Artikels orientiert sind. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das Kühlelement zwischen 50 und 1500, bevorzugt zwischen 100 und 1000 oder besonders bevorzugt zwischen 200 und 500 Streifen umfasst. Insbesondere umfasst das Kühlelement genau 50, 100, 200, 500, 1000 oder 1500 Streifen. Es sind beispielsweise Streifen aus PLA-Folie, die als Kühlsubstrat dient, vorgesehen.
Der Einsatz von Streifen aus Kühlsubstrats in einem Kühlelement eines stabförmigen HNB-Artikels hat verschiedene Vorteile. Im Vergleich zu einem gerafften Flächengebilde kann bei gleichem Materialeinsatz eine größere aktive Oberfläche bereitgestellt werden. Aus diesem Grund ist das Kühlelement, das eine Vielzahl von Streifen umfasst, effizienter. Es ist insbesondere vorgesehen, dass sich sämtliche Streifen entlang der vollständigen Länge des Kühlelements erstrecken. Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstrecken sich die Streifen zumindest näherungsweise parallel zu einer Längserstreckungsrichtung des Kühlelements.
Ferner ist insbesondere vorgesehen, dass die Streifen in beliebige Längen geschnittene Streifen sind, die sich nicht notwendigerweise über die volle Länge des Kühlelements erstrecken. Die Streifen sind jedoch ebenfalls zumindest näherungsweise parallel zur Längserstreckungsrichtung des Kühlelements orientiert.
Bei einem herkömmlichen Kühlelement, das aus einem gerafften Flächengebilde hergestellt ist, ist die aktive, d.h. für die Wärmeabsorption verfügbare Oberfläche, durch die beiden großen Flachseiten des Flächengebildes bestimmt. Die beiden Seitenkanten des Flächengebildes sind im Vergleich zur Fläche der großen Flachseiten vernachlässigbar klein und fallen im Hinblick auf die Wärmeabsorption und Kühlwirkung des Kühlelements nicht ins Gewicht. Die Stirnseiten sollen außer Betracht bleiben.
Bei einem Kühlelement, welches aus einer Vielzahl von Streifen aufgebaut ist, steht vorteilhaft eine größere aktive Fläche zur Wärmeabsorption zur Verfügung. Jeder einzelne Streifen weist neben seinen großen Flachseiten (Oberseite und Unterseite) eine rechte und eine linke Seitenfläche auf, deren Anteil an der Gesamtoberfläche nicht zu vernachlässigen ist. Je schmaler der Streifen ist, desto höher wird der Anteil der Seitenflächen an der Gesamtoberfläche. Wird also beispielsweise eine Folie einer bestimmten Breite in einzelne Streifen geschnitten, so bietet diese bei identischem Materialeinsatz die größere und effizientere Kühlwirkung im Vergleich zu einer Verarbeitung der identischen Folie zu einem gerafften Flächengebilde.
Die Herstellung eines Kühlelements unter Verwendung von Streifen erlaubt außerdem die maßgeschneiderte Einstellung und Anpassung einzelner Parameter und Eigenschaften des Kühlelements. So kann beispielsweise über eine Variation der Anzahl der Streifen, der Streifenbreite und der Materialstärke, die einer Dicke der Streifen (Abstand zwischen den beiden großen Flachseiten) entspricht, und/oder auch einer Länge der Streifen ein optimaler Kompromiss zwischen Kühlleistung und Zugwiderstand gefunden werden. Ferner ist es vorteilhaft möglich, die mechanischen Eigenschaften, beispielsweise die Biegesteifigkeit des stabförmigen Artikels im Bereich des Kühlelements, durch Variation der Streifen in einem gewünschten Bereich einzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Breite der Streifen größer oder gleich 0,5 mm und kleiner oder gleich 4 mm ist und/oder eine Materialstärke der Streifen größer oder gleich 25 µm und kleiner oder gleich 100 µm ist. Gemäß weiterer Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Streifenbreite größer gleich 0,5 mm und kleiner gleich 2 mm ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Streifenbreite größer gleich 1 mm und kleiner gleich 2 mm. Die Materialstärke/Dicke der Streifen beträgt ferner bevorzugt zumindest näherungsweise 50 µm. Ferner ist insbesondere vorgesehen, dass die Streifen aus einer Folie, beispielsweise einer PLA-Folie, hergestellt werden, deren Grammatur zwischen 10 mm² pro Milligramm und 100 mm² pro Milligramm beträgt. Bevorzugt liegt die Grammatur in einem Bereich zwischen 10 mm² pro Milligramm und 25 mm² pro Milligramm.
Ein weiterer Parameter, der sich bei der Verwendung von Streifen zur Herstellung eines Kühlelements optimal einstellen lässt, ist die Kühlwirkung des Kühlelements. So kann eine unerwünscht starke Kühlung dazu führen, dass Wirkstoffe aus dem Aerosol auskondensieren. Dies kann zu einem Verlust an Wirk- und Inhaltsstoffen im Aerosol führen, was unerwünscht ist. Die Streifen werden gemäß einer weiteren Ausführungsform aus einem Material mit einer glatten Oberfläche hergestellt. Eine raue Oberfläche kann, ebenso wie eine starke Kühlung, zur Absorption von Wirk- und Inhaltsstoffen führen. Dies kann in manchen Fälle erwünscht sein, weshalb gemäß einer weiteren Ausführungsform die Streifen aus einem Material mit einer rauen Oberfläche hergestellt sind. Im Allgemeinen sind jedoch Streifen mit einer glatten Oberfläche zu bevorzugen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die von dem Kühlelement umfassten Streifen alle die gleiche Breite aufweisen. Die Streifen weisen, bis auf produktionstechnisch unvermeidbare Schwankungen, alle die gleiche Streifenbreite auf. Insbesondere liegen die Abweichungen der Streifenbreite bei weniger als 10%, ferner insbesondere bei weniger als 5% und ferner insbesondere bei weniger als 1%. In keinem Fall ist eine statistische oder zufällige Verteilung der Streifenbreite vorgesehen.
Der HNB-Artikel ist ferner insbesondere dadurch fortgebildet, dass das Kühlelement eine Vielzahl von Fasern aus Kühlsubstrat umfasst, die in einer Längsrichtung des HNB-Artikels orientiert sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform welche auch für sich genommen geeignet ist, die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen, ist ein HNB-Artikel gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 dadurch fortgebildet, dass das Kühlelement eine Vielzahl von Fasern umfasst, die in einer Längsrichtung des HNB-Artikels orientiert sind.
Durch die Verwendung von Fasern zur Herstellung des Kühlelements kann, ähnlich wie bei der Verwendung von Streifen, eine maßgeschneiderte Abstimmung zwischen den gewünschten Eigenschaften und technischen Wirkungen des Kühlelements erreicht werden. So kann einerseits eine optimale Kühlung eingestellt werden, welche weder zu stark noch zu schwach ist, wobei gleichzeitig der Zugwiderstand im gewünschten Bereich gehalten wird. Um die genannten Parameter maßgeschneidert einzustellen kann beispielsweise die Dicke der eingesetzten Fasern variiert werden. Es ist insbesondere vorgesehen, dass alle zur Herstellung des Kühlelements verwendeten Fasern die gleiche Dicke haben. Ein weiterer Parameter, mit dem sich die Eigenschaften des Kühlelements einstellen lassen, ist eine Variation der Anzahl zur Herstellung des Kühlelements verwendeter Fasern. Beispielsweise werden zur Herstellung des Kühlelements zwischen 500 und 8000, zwischen 500 und 4000 oder zwischen 1000 und 3000 Fasern oder Filamente eingesetzt. Auch bei der Verwendung von Fasern ist es vorteilhaft möglich, die mechanischen Eigenschaften, beispielsweise die Biegesteifigkeit, des stabförmigen Artikels im Bereich des Kühlelements durch Variation der oben genannten Parameter einzustellen.
Um die Eigenschaften des Kühlelements optimal einzustellen, kann ebenso die Form des Querschnitts der verwendeten Fasern variiert werden. Beispielsweise ist vorgesehen, Fasern mit einem X-förmigen, L-förmigen oder Y-förmigen, kreisförmigen, ellipsenförmigen, I-förmigen (also flache Fasern) und/oder Doppel-T-förmigen Querschnitt einzusetzen. Es können ferner Fasern mit einem kreisrunden, einem ovalen oder auch mit einem mehreckigen Querschnitt eingesetzt werden, die insbesondere als Hohlfasern ausgebildet sein können. Beispielsweise können Fasern mit einem dreieckigen, quadratischen oder rechteckigen Querschnitt eingesetzt werden. Wiederum ist insbesondere vorgesehen, dass alle Fasern die gleiche Querschnittsform haben. Es ist ferner insbesondere vorgesehen, dass die Fasern zumindest näherungsweise parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Fasern können entlang gerader Linien in dem Kühlelement angeordnet oder auch miteinander verdrillt sein. Alle diese Parameter erlauben eine Anpassung der gewünschten Eigenschaften des Kühlelements, weshalb der Einsatz von Fasern zur Herstellung des Kühlelements besonders vorteilhaft ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Fasern einen Durchmesser haben, der größer gleich 40 µm und kleiner gleich 500 µm ist. Es ist ferner insbesondere vorgesehen, dass der Durchmesser der Fasern zwischen 40 µm und 500 µm, zwischen 40 µm und 350 µm oder zwischen 100 µm und 200 µm liegt. Beispielsweise liegt der Durchmesser der Fasern zwischen 100 µm und 150 µm.
Bei Fasern, die keinen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, beziehen sich die o.g. Werte für den Durchmesser auf einen Äquivalenzdurchmesser der Fasern. Als Äquivalenzdurchmesser kann beispielsweise das Umfangsäquivalent, das Flächenäquivalent oder auch der Durchmesser der kleinsten kreisförmigen Überdeckung herangezogen werden.
Es kommen bevorzugt Fasern zum Einsatz, die eine glatte Oberfläche aufweisen, also insbesondere nicht rau sind. So kann eine Absorption von Inhalts-, Wirk- und Aromastoffen an oder auf der Oberfläche der Fasern vermieden werden. Es kann jedoch auch von Interesse sein raue Fasern einzusetzen, um eine Absorption von Inhalts-, Wirk- und Aromastoffen in einem gewünschten Maß zu erreichen.
Der HNB-Artikel ist ferner insbesondere dadurch fortgebildet, dass das Kühlelement ein sich in Längsrichtung des HNB-Artikels erstreckendes Röhrchen umfasst, auf dessen Innenseite das Kühlsubstrat vorhanden ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, welche ebenfalls für sich allein geeignet ist, die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen, ist ein HNB-Artikel nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 dadurch fortgebildet, dass das Kühlelement ein sich in Längsrichtung des HNB-Artikels erstreckendes Röhrchen ist, auf dessen Innenseite das Kühlsubstrat vorhanden ist.
Das Röhrchen ist beispielsweise mit dem Kühlsubstrat beschichtet. Es ist ebenso vorgesehen, dass das Kühlsubstrat in das Röhrchen eingelegt ist. Beispielsweise kann eine PLA-Folie in ein Pappröhrchen eingelegt sein. Als Kühlsubstrat kann alternativ zu dem zuvor bereits genannten Polymer beispielsweise Aluminium zum Einsatz kommen. Entsprechend ist das Röhrchen auf seiner Innenseite mit Aluminium beschichtet oder es ist eine Aluminiumfolie in das Röhrchen eingelegt. Selbstverständlich ist auch eine Kombination der Kühlsubstrate möglich. Das Kühlsubstrat ist auf seiner Innenseite bevorzugt glatt, so dass es keine Wirk-, Inhalts- oder Aromastoffe absorbiert. Um eine Absorption in einem gewünschten Maß zu erzielen, kann das Kühlsubstrat ebenfalls rau sein. Über eine Wandstärke des Röhrchens kann die Porosität des Kühlelements eingestellt werden. Je größer die Wandstärke des Röhrchens ist, desto größer ist ihr Anteil an der Gesamtquerschnittsfläche. Entsprechend nimmt der Wert der Porosität ab.
Ein Kühlelement, welches ein Röhrchen umfasst, ist vorteilhaft, da es eine Wärmeisolation zur Außenseite des stabförmigen HNB-Artikels darstellt. Mit anderen Worten wird ein solcher stabförmiger HNB-Artikel auch bei oder nach dem Gebrauch auf seiner Außenseite nicht für einen Benutzer unangenehm heiß sein. Ferner kann für den Fall von Kondensatbildung vermieden werden, dass dieses in Kontakt mit der äußeren Hülle gelangt. So kann eine ästhetisch unerwünschte Fleckenbildung auf der Außenseite des HNB-Artikels vermieden werden.
Es ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass im Innenraum des Röhrchens eine sich in längsaxialer Richtung des HNB-Artikels bzw. des Kühlelements erstreckende Struktur vorhanden ist. Diese kann beispielsweise in Umfangsrichtung wellenförmig sein und sich entlang der Innenwand des Röhrchens erstrecken. Wie es von Wellpappe her bekannt ist, bilden sich zwischen dieser wellenförmigen Struktur und der Innenwand des Röhrchens Kanäle aus. Die Struktur kann ebenfalls auf ihrer Oberfläche mit Kühlsubstrat versehen sein, beispielsweise ist sie mit einem geeigneten Polymer, beispielsweise mit PLA, beschichtet. Durch eine solche Struktur kann die Kühlleistung des Kühlelements erhöht werden. Außerdem kann durch die Struktur der Zugwiderstand des Kühlelements verändert oder eingestellt werden.
Gemäß weiterer Ausführungsformen ist insbesondere vorgesehen, dass ein stabförmiger HNB-Artikel, umfassend ein aerosolbildendes Substrat und ein stromabwärts des Substrats angeordnetes Kühlelement derart fortgebildet ist, dass das Kühlelement verschiedene Arten von Kühlsubstraten umfasst. Das Kühlelement umfasst beispielsweise eine Vielzahl von Streifen und/oder eine Vielzahl von Fasern. Auch bezüglich der oben erwähnten Weiterbildungsmöglichkeiten des Streifen und/oder Fasern umfassenden Kühlelements gilt diese Kombinationsmöglichkeit. Ferner kann das Kühlelement ein sich in einer Längsrichtung des HNB-Artikels erstreckendes Röhrchen umfassen. In einem Innenraum dieses Röhrchens kann ein Kühlsubstrat und beispielsweise eine Vielzahl von Streifen und/oder eine Vielzahl von Fasern angeordnet sein. Auch hier gilt, dass auch die erwähnten Weiterbildungsmöglichkeiten des Streifen oder Fasern umfassenden Kühlsubstrats mit einem Röhrchen zu einem entsprechenden Kühlelement kombiniert werden können. Auch ein solcher HNB-Artikel ist für sich genommen geeignet, die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass ein Kühlelement bereitgestellt wird, dessen Kühlsubstrat sowohl eine Vielzahl von Streifen als auch eine Vielzahl von Fasern umfasst. Das Kühlsubstrat ist in einem solchen Fall also eine Mischung aus Streifen und Fasern. Es ist ferner beispielsweise vorgesehen, dass das Kühlelement ein sich in Längsrichtung des HNB-Artikels erstreckendes Röhrchen ist, wobei in einem von dem Röhrchen umgebenden Innenraum Streifen und/oder Fasern angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das aerosolbildende Substrat aus einem Tabakmaterial hergestellt ist. Das aerosolbildende Substrat kann ferner dampfbildende Inhaltsstoffe, wie beispielsweise Glycerin und/oder Propylenglykol umfassen.
Der HNB-Artikel umfasst ferner beispielsweise ein Abstandselement, welches zwischen dem aerosolbildenden Substrat und dem Kühlelement angeordnet ist. Ferner umfasst der stabförmige HNB-Artikel gemäß einer weiteren Ausführungsform einen Filter, der stromabwärts des Kühlelements angeordnet ist. Es ist ferner insbesondere vorgesehen, dass das aerosolbildende Substrat am Kopfende des stabförmigen HNB-Artikels angeordnet ist und der Filter am gegenüberliegenden Mundstück des HNB-Artikels.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Kühlelement eines HNB-Artikels nach einer oder mehrerer der zuvor genannten Ausführungsformen.
Das Kühlelement des HNB-Artikels ist gemäß einer Ausführungsform dadurch fortgebildet, dass es zumindest zwei unterschiedlich ausgestaltete Segmente umfasst. Das erste und das zweite Segment sind so ausgestaltet, dass das erste oder das zweite Segment:

eine Vielzahl von Streifen aus Kühlsubstrat umfasst, die in einer Längsrichtung des HNB-Artikels orientiert sind,
eine Vielzahl von Fasern aus Kühlsubstrat umfasst, die in einer Längsrichtung des HNB-Artikels orientiert sind

ein sich in Längsrichtung des HNB-Artikels erstreckendes Röhrchen umfasst ist, auf dessen Innenseite das Kühlsubstrat vorhanden ist.

Selbstverständlich gelten in Bezug auf das erste und zweite Segment auch die bezüglich des Kühlelements erwähnten Kombinationsmöglichkeit für die Ausgestaltung.
Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch die Verwendung eines solchen Kühlelements in einem HNB-Artikel.
Auf das Kühlelement sowie dessen Verwendung treffen gleiche oder ähnliche Vorteile zu, wie sie bereits im Hinblick auf den stabförmigen Artikel selbst erwähnt wurden, so dass auf Wiederholungen verzichtet werden soll.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kühlelement nach der Art eines Hohlfilters ausgestaltet ist, wobei ein Kern des Hohlfilters eine Vielzahl von Streifen aus Kühlsubstrat umfasst, die in einer Längsrichtung des HNB-Artikels orientiert sind, und/oder der Kern eine Vielzahl von Fasern aus Kühlsubstrat umfasst, die in einer Längsrichtung des HNB-Artikels orientiert sind. Bei einer solchen Ausführungsform beziehen sich die genannten Werte für die Porosität nur auf den Kern. Gemäß einer Abwandlung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kühlelement einen Kern aus einem beliebigen Material, insbesondere aus einem Filtermaterial, umfasst, wobei das Kühlelement außerhalb des Kerns eine Vielzahl von Streifen und/oder Fasern aus Kühlsubstrat umfasst. Bei einer solchen Ausführungsform beziehen sich die genannten Werte für die Porosität nur auf die Querschnittsfläche des Kühlsegments ohne die Querschnittsfläche des Kerns.
Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:

1 eine schematische und vereinfachte Ansicht eines stabförmigen HNB-Artikels, dargestellt in einem Längsschnitt,
2 bis 4 und 10 ebensolche Ansichten weiterer stabförmiger HNB-Artikel,
5 eine schematische und vereinfachte perspektivische Ansicht eines halb geöffneten Kühlelements, das eine Vielzahl von verdrillten Fasern aus Kühlsubstrat umfasst,
6 bis 9 schematisch vereinfachte Querschnittsansichten durch ein Kühlelement eines HNB-Artikels gemäß weiterer Ausführungsbeispiele.

Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit „insbesondere“ oder „vorzugsweise“ gekennzeichnet sind, als fakultative Merkmale zu verstehen.
In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.
1 zeigt in schematischer und vereinfachter Ansicht einen stabförmigen HNB-Artikel 2, der ein aerosolbildendes Substrat 4, welches in der Zeichnung nicht im Detail dargestellt ist, sowie ein stromabwärts des aerosolbildenden Substrats 4 angeordnetes Kühlelement 6 umfasst. Das aerosolbildende Substrat 4 ist beispielsweise aus einem Tabakmaterial hergestellt. Es handelt sich beispielsweise um ein Produkt aus rekonstituiertem Tabakmaterial. Weiter stromabwärts des Kühlelements 6 ist ein Filterelement 8 vorhanden. Das Filterelement 8 kann beispielsweise so ausgestaltet sein, wie es von herkömmlichen Rauchprodukten her bekannt ist. Es handelt sich beispielsweise um einen Triacetin-Filter. Das aerosolbildende Substrat 4, das Kühlelement 6 und das Filterelement 8 sind von einer gemeinsamen äußeren Hülle 10 umgeben. Bei der äußeren Hülle 10 handelt es sich beispielsweise um ein Umhüllungspapier.
Das gezeigte Kühlelement 6 umfasst eine Vielzahl von Streifen 12, von denen lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige mit Bezugszeichen versehen sind. Die Streifen 12 sind in einer Längsrichtung L des Kühlelements 6 bzw. des HNB-Artikels 2 orientiert. Die einzelnen Streifen 12 weisen eine Breite auf, die größer oder gleich 0,5 mm und kleiner oder gleich 4 mm ist. Die Streifen 12 sind aus einer Materialbahn, beispielsweise einer Folie, geschnitten, deren Materialstärke größer gleich 50 µm und kleiner gleich 100 µm ist. Dementsprechend weisen die Streifen 12 eine Materialstärke auf, die in diesem Bereich liegt. Es ist insbesondere vorgesehen, dass alle von dem Kühlelement 6 umfassten Streifen 12 die gleiche Breite haben.
2 zeigt einen stabförmigen HNB-Artikel 2 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Der HNB-Artikel 2 unterscheidet sich von dem aus 1 bekannten HNB-Artikel 2 durch die Ausgestaltung des Kühlelements 6. Das in dieser Zeichnung gezeigte Kühlelement umfasst eine Vielzahl von Fasern 14, von denen wiederum lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige mit Bezugszeichen versehen sind. Die Fasern 14 sind in einer Längsrichtung L des HNB-Artikels 2 orientiert. Die Fasern 14 haben einen Durchmesser, der größer gleich 40 µm und kleiner gleich 350 µm ist.
3 zeigt einen HNB-Artikel 2 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Wiederum unterscheidet sich dieser von den zuvor beschriebenen HNB-Artikeln 2 nur durch die Ausgestaltung des Kühlelements 6. Das Kühlelement 6 gemäß dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein sich in Längsrichtung L erstreckendes Röhrchen 16. Das Röhrchen 16 weist auf seiner Innenseite ein Kühlsubstrat 18 auf.
4 zeigt einen weiteren HNB-Artikel 2, welcher sich von den zuvor beschriebenen HNB-Artikeln 2 dadurch unterscheidet, dass dieser zusätzlich ein Abstandselement 20 umfasst. Das nicht weiter spezifizierte Kühlelement 6 kann entsprechend einem der zuvor genannten Ausführungsbeispiele ausgestaltet sein.
Das aerosolbildende Substrat 4 und das Kühlelement 6 können, abweichend von den Darstellungen in den 1 bis 3 beispielsweise so angeordnet sein, dass sie durch einen Spalt in Längsrichtung L voneinander beabstandet sind. So wird ein direkter Wärmeübertrag von dem aerosolbildenden Substrat 4 in das Kühlelement 6 vermieden. Das Abstandselement 20 ist beispielsweise ein Pappröhrchen oder dergleichen. Es dient ebenfalls der Wärmeisolation zwischen dem aerosolbildenden Substrat 4 und dem Kühlelement 6.
Die Kühlelemente 6 der zuvor genannten Ausführungsbeispiele sind allesamt so ausgestaltet, dass ihr Kühlsubstrat eine Porosität aufweist, die zwischen 51% und 99% liegt. Dabei wird unter der Porosität des Kühlelements 6 ein Quotient aus freier, d.h. nicht von dem Kühlsubstrat eingenommener, Querschnittsfläche zur Gesamtquerschnittsfläche angesehen. Die Gesamtquerschnittsfläche ist von der Innenwand der gemeinsamen äußeren Hülle 10 umgeben. Als Kühlsubstrat kommt beispielsweise ein Polymer zum Einsatz, welches einen endothermen Phasenübergang in einem Temperaturbereich zwischen 40 °C und 80 °C zeigt. Bei dem Polymer handelt es sich beispielsweise um Polylactid (auch als PLA bezeichnet).
Die Streifen 12 oder die Fasern 14, aus denen das Kühlelement 6 gemäß den in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen hergestellt ist, können so, wie in den Figuren angedeutet, gerade, d.h. linienförmig, zumindest näherungsweise parallel zur Längsrichtung L angeordnet sein. Es ist jedoch ebenso vorgesehen, dass die Streifen 12 oder Fasern 14 verdrillt oder geflochten sind.
In 5 ist eine schematische und vereinfachte perspektivische Ansicht eines halb geöffneten Kühlelements 6 gezeigt, welches eine Vielzahl von miteinander verdrillten Fasern 14 umfasst.
In den 6 bis 9 sind vereinfachte schematische Querschnittsansichten durch verschiedene Kühlelemente 6 eines HNB-Artikels 2 gezeigt.
So zeigt 6 einen Querschnitt durch ein Kühlelement 6, in welchem eine Vielzahl von Streifen 12 angeordnet sind. Die Streifen 12 erstrecken sich allesamt zumindest näherungsweise parallel und über die gesamte in Längsrichtung L gemessene Länge des Kühlelements 6. Sie sind jedoch im Querschnitt betrachtet statistisch angeordnet.
7 zeigt ein Kühlelement 6, welches eine Vielzahl von Fasern 14 umfasst. Die Fasern 14 haben alle zumindest näherungsweise den gleichen Durchmesser.
Zwischen den Streifen 12 und zwischen den Fasern 14 bilden sich Hohlräume bzw. Kanäle, welche einen Durchtritt des Aerosols durch das Kühlelement 6 erlauben. Diese Freiräume oder Kanäle bilden im Querschnitt betrachtet die freie Querschnittsfläche, welche zwischen 51% und 99% der Gesamtquerschnittsfläche ausmacht.
8 zeigt ein Kühlelement 6, welches ein Röhrchen 16 umfasst, welches aus einer Bahn gerollt wurde. Die Längskanten der Bahn stoßen an einer ersten Stoßkante 22 aneinander. Die erste Stoßkante 22 verläuft in Längsrichtung L des Kühlelements 6. Es ist ebenso vorgesehen, dass die Längskanten der Bahn einander überlappen, um das Röhrchen 16 zu bilden. In einem Innenraum 24 des Kühlelements 6, also einem von dem Röhrchen 16 umgebenen Innenraum, befindet sich das Kühlsubstrat 18, welches gemäß dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Folie ist. Beispielsweise handelt es sich um eine PLA-Folie. Diese Folie ist in das Röhrchen 16 eingelegt. Wiederum bildet sich eine Stoßkante aus, in diesem Fall die zweite Stoßkante 26. Das Kühlsubstrat 18 wird so in das Röhrchen 16 eingelegt, dass die erste Stoßkante 22 und die zweite Stoßkante 26 in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind.
9 zeigt einen weiteren Querschnitt durch ein Kühlelement 6, welches ein Röhrchen 16 umfasst. Das Röhrchen 16 ist aus einer Bahn gerollt, wobei die Längskanten der Bahn einander überlappen. Im Überlappungsbereich ist die Bahn miteinander verbunden, beispielsweise verklebt. In seinem Innenraum 24 befindet sich eine längsaxiale Struktur 28, welche nach der Art einer Wellpappenstruktur ausgestaltet ist. Sowohl die Oberfläche dieser längsaxialen Struktur 28 als auch die dem Innenraum 24 zugewandte Oberfläche des Röhrchens 16 können mit Kühlsubstrat 18 beschichtet sein. Durch die längsaxiale Struktur 28 bilden sich zwischen der Innenwand 24 des Röhrchens 16 und der Struktur 28 Kanäle 30 aus.
10 zeigt einen HNB-Artikel 2 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Dieser unterscheidet von den zuvor in den 1 bis 4 gezeigten und beschriebenen HNB-Artikeln 2 durch die Ausgestaltung des Kühlelements 6. Das Kühlelement 6 des HNB-Artikels 2 umfasst gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel drei Segmente 32a, 32b und 32c. Das erste Segment 32a ist so wie das Kühlelement 6, welches im Zusammenhang mit 1 erläutert ist, ausgestaltet. Das zweite Segment 32b ist so wie das Kühlelement 6, welches im Zusammenhang mit 3 erläutert wurde, ausgestaltet. Das dritte Segment 32c ist schließlich so ausgestaltet wie das Kühlelement 6, welches im Zusammenhang mit 2 erläutert wurde. Die Segmente 32a, 32b und 32c bilden gemeinsam das Kühlelement 6, wobei im Hinblick auf die Ausgestaltung der Segmente 32a, 32b und 32c die gleichen Aspekte und Fortbildungsmöglichkeiten zutreffen, wie sie zuvor im Hinblick auf die entsprechend ausgestalteten Kühlelemente 6 erwähnt wurden. Die Anordnung und Anzahl der Segmente 32a, 32b und 32c zu dem gemeinsamen Kühlelement 6 kann variiert werden.
Jedes Kühlelement und/oder jedes Segment eines Kühlelements kann selbstverständlich mit einem, in einigen Zeichnungen nicht dargestellten, separaten Umhüllungsmaterial versehen sein. Dies ergibt sich aus einem vorteilhaften Herstellungsprozess, beispielsweise im Strangverfahren.
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein.
Bezugszeichenliste

2: HNB-Artikel
4: aerosolbildendes Substrat
6: Kühlelement
8: Filterelement
10: äußere Hülle
12: Streifen
14: Fasern
16: Röhrchen
18: Kühlsubstrat
20: Abstandselement
22: erste Stoßkante
24: Innenraum
26: zweite Stoßkante
28: längsaxiale Struktur
30: Kanäle
32a, 32b, 32c: Segmente
L: Längsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2760303 B1 [0004, 0005, 0007, 0008]

Claims

Stabförmiger HNB-Artikel (2), umfassend ein aerosolbildendes Substrat (4) und ein stromabwärts des Substrats (4) angeordnetes Kühlelement (6), dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (6) ein Kühlsubstrat (18) umfasst und das Kühlelement (6) eine Porosität zwischen 51% und 99% aufweist, wobei als Porosität ein Quotient aus freier, nicht von dem Kühlsubstrat eingenommener, Querschnittsfläche zur Gesamtquerschnittsfläche angesehen wird.
HNB-Artikel (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aerosolbildende Substrat (4) und das Kühlelement (6) von einer gemeinsamen äußeren Hülle (10) umgeben sind, wobei die Gesamtquerschnittsfläche eine von einer Innenwand der gemeinsamen äußeren Hülle (10) umgebene Querschnittsfläche ist.
HNB-Artikel (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsubstrat (18) ein Polymer ist, welches einen endothermen Phasenübergang in einem Temperaturbereich zwischen 40 °C und 80 °C aufweist, wobei das Polymer insbesondere Polylactid (PLA) ist.
HNB-Artikel (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (6) eine Vielzahl von Streifen (12) aus Kühlsubstrat (18) umfasst, die in einer Längsrichtung (L) des HNB-Artikels (2) orientiert sind, wobei insbesondere das Kühlelement (6) zwischen 50 und 1500, bevorzugt zwischen 100 und 1000 oder besonders bevorzugt zwischen 200 und 500 Streifen (12) umfasst.
HNB-Artikel (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite der Streifen (12) größer oder gleich 0,5 mm und kleiner oder gleich 4 mm ist und/oder eine Materialstärke der Streifen (12) größer oder gleich 25 µm und kleiner oder gleich 100 µm ist.
HNB-Artikel (2) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Kühlelement (6) umfassten Streifen (12) alle die gleiche Breite aufweisen.
HNB-Artikel (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (6) eine Vielzahl von Fasern (14) aus Kühlsubstrat (18) umfasst, die in einer Längsrichtung (L) des HNB-Artikels (2) orientiert sind.
HNB-Artikel (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (14) einen Durchmesser haben, der größer gleich 40 µm und kleiner gleich 500 µm ist und/oder das Kühlelement (6) zwischen 500 und 8000, zwischen 500 und 4000 oder zwischen 1000 und 3000 Fasern (14) umfasst.
HNB-Artikel (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (6) ein sich in Längsrichtung (L) des HNB-Artikels (2) erstreckendes Röhrchen (16) umfasst, auf dessen Innenseite das Kühlsubstrat (18) vorhanden ist.
HNB-Artikel (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das aerosolbildende Substrat (4) aus einem Tabakmaterial hergestellt ist.
Kühlelement (6) eines HNB-Artikels (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Kühlelement (6) eines HNB-Artikels (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (6) zumindest zwei unterschiedlich ausgestaltete Segmente umfasst, wobei in einem ersten und in einem zweiten Segment das Kühlelement (6) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, gemäß einem der Ansprüche 7 bis 8 und/oder gemäß Anspruch 9 ausgestaltet ist.
Verwendung eines Kühlelements (6) nach Anspruch 11 oder 12 in einem HNB-Artikel (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.