DE102019129636A1

DE102019129636A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Portionen aus einem aerosolbildenden Material

Info

Publication number: DE102019129636A1
Application number: DE102019129636.6A
Authority: DE
Inventors: Carsten Fischer; Stephan Haun; Michael Dierken; Olaf Böse; Bernd Neumann; Christoph Scheer; Jürgen Dick
Original assignee: Hauni Maschinenbau GmbH
Current assignee: Koerber Technologies GmbH
Priority date: 2019-11-04
Filing date: 2019-11-04
Publication date: 2021-05-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (2) der Tabak verarbeitenden Industrie, ein Verfahren zum Herstellen von Portionen (4) aus einem aerosolbildenden pastösen Material, eine Portion (4) aus einem aerosolbildenden pastösen Material und eine Verfahren zum Herstellen einer aerosolerzeugenden Kartusche (14). Eine Vorrichtung (2) zum Herstellen von Portionen (4) aus einem aerosolbildenden pastösen Material der Tabak verarbeitenden Industrie umfasst einen Extruder (6), eine Kühlvorrichtung (8), eine Portioniervorrichtung (10) und eine Verpackungsvorrichtung (12). Die Vorrichtung (2) zeichnet sich dadurch aus, dass die Kühlvorrichtung (8) dazu eingerichtet ist, das extrudierte aerosolbildende Material (32) der Tabak verarbeitenden Industrie, bevor es der Portioniervorrichtung (10) zugeführt wird, auf eine Temperatur unterhalb von 0°C abzukühlen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der Tabak verarbeitenden Industrie zum Herstellen von Portionen aus einem aerosolbildenden pastösen Material der Tabak verarbeitenden Industrie, umfassend einen Extruder, eine Kühlvorrichtung, eine Portioniervorrichtung und eine Verpackungsvorrichtung. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Portionen aus einem aerosolbildenden pastösen Material der Tabak verarbeitenden Industrie, ein Verfahren zum Herstellen einer aerosolerzeugenden Kartusche und eine Portion aus einem aerosolbildenden pastösen Material der Tabak verarbeitenden Industrie.
Aerosolerzeugende Produkte der Tabak verarbeitenden Industrie sind Tabakartikel, bei deren Konsum das Tabakmaterial auf eine Temperatur erhitzt wird, die geringer ist als die Temperatur, bei der eine konventionelle Zigarette brennt. Das Tabakmaterial wird erhitzt, jedoch nicht verbrannt. Aus diesem Grund werden derartige Artikel auch als HNB-Artikel für engl.: „Heat-Not-Burn“ bezeichnet. Infolge der Erwärmung des aerosolbildenden Materials, beispielsweise eines Tabakmaterials oder eines Materials, welches Tabakmaterial enthält, dampfen Geschmacks- und Inhaltsstoffe aus diesem ab und stehen in einem Luftstrom als Aerosol zum Konsum bereit. Dieses heterogene Aerosol wird erzeugt, ohne dass ein Verbrennungsvorgang stattfindet. Anders als beispielsweise bei konventionellen Zigaretten oder Zigarren entstehen somit keine Verbrennungsprodukte. Es sind eine Vielzahl von aerosolerzeugenden Artikeln, Aerosolerzeugungsvorrichtungen und Aerosolerzeugungssystemen bekannt.
Aus der WO 2016/120344 A2 ist eine Vorrichtung zum Erhitzen eines aerosolerzeugenden Tabakmaterials bekannt. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse, in dessen Innenraum ein Behälter angeordnet ist. Dieser Behälter umfasst einen oder mehrere Hohlräume, von denen jeder eine Portion eines aerosolerzeugenden Materials enthält. Mittels einer Heizanordnung aus einem oder mehreren Heizelementen wird das aerosolerzeugende Material erwärmt, so dass in einem Luftstrom ein Aerosol zum Konsum bereitgestellt werden kann.
Um das pastöse Material als einzelne Portion in den jeweiligen Hohlräumen eines Behälters, wie er beispielsweise aus dem zuvor genannten Dokumente bekannt ist, oder auch einer anderen Kartusche oder dergleichen, bereitzustellen, ist es erforderlich, das pastöse Material zu portionieren. Es werden kleine Mengen des aerosolbildenden Substrats für jeweils einen oder einige wenige Inhalations-Vorgänge (Puffs) portioniert. Diese Portionen werden zum Beispiel in einem Metallstreifen (Blister) verpackt, der dann in die entsprechende Vorrichtung eingelegt wird. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der WO 2016/120344 A2 oder auch aus der EP 3 445 429 A1 bekannt.
Aus der WO 2019/016535 A1 ist eine Vorrichtung sowie ein Verfahren bekannt, mit der/dem ein Tabakmaterial portioniert werden kann. Hierzu wird dieses zunächst mittels eines Extruders durch eine Extrusionsdüse hindurchgepresst. Am Ausgang der Extrusionsdüse steht ein Strang aus dem extrudierten Tabakmaterial bereit, der anschließend abgelängt wird.
Es entstehen einzelne stabförmige Artikel, die der weiteren Verarbeitung zugeführt werden oder zum Konsum bestimmt sind.
Das pastöse Material ist in vielen Fällen eine Mischung aus einem Tabakmaterial und einer Flüssigkeit. Die Konsistenz des pastösen Materials ist relativ klebrig, was dessen Verarbeitung erschwert. Um die zuvor genannten stabförmigen Artikel und auch das pastöse Tabakmaterial selbst besser verarbeiten zu können, umfasst die aus der WO 2019/016535 A1 bekannte Vorrichtung eine Kühlvorrichtung, mit der die Temperatur des extrudierten Materials verringert werden kann. Dies ist besonders vor dem Hintergrund wichtig, dass das Ausgangsmaterial durch die Behandlung im Extruder auf Temperaturen von bis zu 100°C erwärmt wird. Mit steigenden Temperaturen wird das pastöse Material dünnflüssiger, was die Handhabung zusätzlich erschwert. Die Kühlvorrichtung ist am Ausgang des Extruders vorgesehen. Es kann auch direkt die Extrusionsdüse gekühlt werden oder es wird das Material im Extruder während der Verarbeitung selbst gekühlt. Die Temperaturen, auf die das pastöse Material heruntergekühlt wird, liegen im Bereich zwischen 0°C und 70°C.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der Tabak verarbeitenden Industrie zum Herstellen von Portionen aus einem aerosolbildenden pastösen Material der Tabak verarbeitenden Industrie, ein Verfahren zum Herstellen von Portionen aus einem aerosolbildenden pastösen Material der Tabak verarbeitenden Industrie, Portionen aus einem aerosolbildenden pastösen Material der Tabak verarbeitenden Industrie sowie ein Verfahren zum Herstellen einer aerosolerzeugenden Kartusche der Tabak verarbeitenden Industrie anzugeben, wobei eine Portionierung eines extrudierten pastösen Materials der Tabak verarbeitenden Industrie verbessert und dessen Handhabung vereinfacht sein soll.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung der Tabak verarbeitenden Industrie zum Herstellen von Portionen aus einem aerosolbildenden pastösen Material der Tabak verarbeitenden Industrie, umfassend einen Extruder, eine Kühlvorrichtung, eine Portioniervorrichtung und eine Verpackungsvorrichtung, wobei die Vorrichtung dadurch fortgebildet ist, dass die Kühlvorrichtung dazu eingerichtet ist, das extrudierte aerosolbildende Material der Tabak verarbeitenden Industrie, bevor es der Portioniervorrichtung zugeführt wird, auf eine Temperatur unterhalb von 0°C abzukühlen.
Das aerosolbildende pastöse Material ist typischerweise klebrig oder auch brüchig und aus diesem Grund schwer zu verarbeiten. Indem das Material auf eine Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts, also auf weniger als 0°C abgekühlt wird, verfestigt sich das aerosolbildende Material vorübergehend. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, das extrudierte aerosolbildende Material kurzfristig einzufrieren. Es hat sich herausgestellt, dass nur durch Abkühlen des Materials auf eine Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts eine ausreichende Verfestigung und damit eine verlustarme und effiziente Handhabung des Materials sichergestellt werden kann. Anders als bei der Gefriertrocknung erfolgt anschließend jedoch kein gezieltes Aufwärmen des abgekühlten Materials. Bei der Gefriertrocknung erfolgt dieser Prozessschritt mit dem Ziel, den Feuchtigkeitsgehalt des Materials zu reduzieren. Dies ist gerade nicht vorgesehen. Die Vorrichtung der Tabak verarbeitenden Industrie ist gemäß einer Ausführungsform so ausgestaltet, dass stromabwärts der Kühlvorrichtung keine Heizvorrichtung zum Erwärmen der Portionen aus dem aerosolbildenden pastösen Material vorhanden ist.
Die Kühlvorrichtung ist gemäß einer Ausführungsform so ausgestaltet, dass das aerosolbildende Material der Tabak verarbeitenden Industrie auf eine Temperatur abkühlbar ist oder abgekühlt wird, welche tiefer als 0°C (273,15 K) und höher als -200°C (73,15 K) ist. Gemäß weiterer Ausführungsformen ist die Kühlvorrichtung so ausgestaltet, dass das aerosolbildende Material der Tabak verarbeitenden Industrie auf eine Temperatur abkühlbar ist oder abgekühlt wird, welche tiefer als -5°C (268,15 K) und höher als -100°C (173,15 K), insbesondere tiefer als -10°C (263,15 K) und höher als -50°C (223,15 K), weiterhin insbesondere tiefer als -10°C (263,15 K) und höher als -40°C (233,15 K) ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Vorrichtung dadurch fortgebildet, dass die Kühlvorrichtung unmittelbar stromabwärts einer Extrusionsdüse des Extruders angeordnet und dazu eingerichtet ist, das extrudierte aerosolbildende Material durch Kontaktkühlung abzukühlen. Die Abkühlung des aerosolbildenden Materials durch Kontaktkühlung hat sich als besonders effizient herausgestellt.
Vorteilhaft ist die Vorrichtung ferner dadurch fortgebildet, dass die Kühlvorrichtung und die Extrusionsdüse mechanisch direkt miteinander verbunden sind, wobei insbesondere zwischen der Extrusionsdüse und der Kühlvorrichtung eine thermische Isolation vorhanden ist. Die thermische Isolation ist beispielsweise ein thermisches Isolationselement, welches ferner beispielsweise aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Kühlvorrichtung unmittelbar stromabwärts der Extrusionsdüse anzuordnen, um das extrudierte Material so schnell und effizient wie möglich abzukühlen. Auf eine Kühlung der Extrusionsdüse selbst wird absichtlich verzichtet. An der Extrusionsdüse treten Reibungskräfte zwischen dem extrudierten Material und der Extrusionsdüse auf, was zur Erwärmung der Extrusionsdüse führt. Dieser Vorgang findet während des Extrusionsvorgangs fortlaufend statt. Mit anderen Worten wird die Extrusionsdüse durch den Extrusionsvorgang permanent erwärmt. Durch eine Kühlung der Extrusionsdüse selbst würde diesem Vorgang entgegengewirkt. Ein sehr großer Teil der aufgewendeten Kühlleistung würde dadurch jedoch zum Kühlen der Extrusionsdüse und nicht zum Kühlen des extrudierten Materials verwendet und somit unnötig verschwendet. Aus diesem Grund ist es wesentlich vorteilhafter, die Kühlvorrichtung thermisch von der Extrusionsdüse zu trennen oder zu isolieren und lediglich das extrudierte Material, nicht jedoch die Extrusionsdüse und gegebenenfalls mit dieser thermisch gekoppelte weitere Elemente des Extruders, abzukühlen. Beispielsweise ist die Kühlvorrichtung an die Extrusionsdüse angeflanscht. Zwischen den beiden miteinander in Verbindung stehenden Flanschen befindet sich die thermische Isolation, beispielsweise in Form eines Dichtungsrings aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kühlvorrichtung eine Kühlstrecke umfasst, die in einer ersten Ebene, die quer zu einer Transportrichtung des extrudierten aerosolbildenden Materials orientiert ist, eine erste Querschnittsform aufweist, die an eine in einer zu der ersten Ebene parallel orientierten zweiten Ebene gelegene zweite Querschnittsform der Extrusionsdüse angepasst ist. Insbesondere sind die erste Querschnittsform der Kühlstrecke und die zweite Querschnittsform der Extrusionsdüse, was ihre Geometrie und Größe angeht, gleich, gleichartig oder zumindest näherungsweise gleich oder gleichartig. Durch die Anpassung der Querschnittsformen der Kühlvorrichtung und der Extrusionsdüse ergibt sich eine besonders effiziente Kontaktkühlung innerhalb der Kühlvorrichtung, da das extrudierte Material aufgrund seiner gleichen Form großflächig an einer Innenwand der Kühlstrecke anliegt.
Als besonders effizient hat sich in diesem Zusammenhang eine Ausführungsform erwiesen, bei der die Kühlstrecke eine zumindest näherungsweise kreisrunde Querschnittsform hat, deren Durchmesser insbesondere zwischen 3 mm und 10 mm, ferner insbesondere zwischen 4 mm und 6 mm und weiter insbesondere zumindest näherungsweise 5 mm beträgt. Die angegebenen Abmessungen haben sich in der Praxis als vorteilhaft herausgestellt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Vorrichtung der Tabak verarbeitenden Industrie zum Herstellen von Portionen aus einem aerosolbildenden pastösen Material dadurch fortgebildet, dass die Kühleinheit als Gegenstrom-Kühleinheit ausgeführt ist, in der ein flüssiges Kältemittel in einer Fließrichtung, die entgegengesetzt zu einer Transportrichtung des extrudierten aerosolbildenden Materials orientiert ist, förderbar ist oder gefördert wird, wobei das Kältemittel insbesondere flüssiger Stickstoff ist.
Eine Gegenstrom-Kühleinheit hat sich als besonders effizient herausgestellt. Die Verwendung von flüssigem Stickstoff als Kältemittel erlaubt darüber hinaus eine effiziente Kühlung des aerosolbildenden pastösen Materials auf tiefe Temperaturen.
Gemäß einer Weiterbildung ist außerdem vorgesehen, dass die Gegenstrom-Kühleinheit ein doppelwandiges Rohr umfasst, dessen inneres Rohr auf einer Innenseite eine Kühlstrecke zur Kontaktkühlung des extrudierten aerosolbildenden Materials bildet, und in dessen Zwischenraum zwischen einer Außenseite des inneren Rohrs und einer Innenseite des äußeren Rohrs das Kältemittel förderbar ist oder gefördert wird. Die Konstruktion der Gegenstrom-Kühleinheit unter Verwendung eines doppelwandigen Rohrs ist eine konstruktiv besonders einfache und effiziente Ausführung.
Die Vorrichtung der Tabak verarbeitenden Industrie zum Herstellen von Portionen aus einem aerosolbildenden pastösen Material der Tabak verarbeitenden Industrie umfasst als Portioniervorrichtung beispielsweise ein Messer, insbesondere ein Kreismesser. Ferner ist beispielsweise vorgesehen, dass dem Extruder ein Zwischenprodukt zugeführt wird, welches bereits vor-vermischt ist. Diese erste Vermischung der Bestandteile erfolgt beispielsweise mittels einer Verrührvorrichtung. Innerhalb des Extruders wird das Material weiter vermischt, geknetet und zu einem dickflüssigen bis pastösen Stoff oder Material verarbeitet.
Die Vorrichtung der Tabak verarbeitenden Industrie umfasst gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Steuervorrichtung, mit der die Temperatur des extrudierten aerosolbildenden Materials gesteuert und/oder geregelt werden kann. Hierzu ist beispielsweise eine Messvorrichtung, ferner beispielsweise eine Infrarotmessvorrichtung, vorgesehen und vorhanden. Mit dieser Messvorrichtung ist eine Temperatur des extrudierten Materials erfassbar oder messbar. Abhängig von diesem Messwert kann die Kühlleistung der Kühlvorrichtung gesteuert und/oder geregelt werden oder steuer- oder regelbar sein. Dies erfolgt beispielsweise über den Wert eines Durchflusses des Kältemittels durch die Kühlvorrichtung. Eine weitere Messvorrichtung kann am Ausgang der Kühlvorrichtung vorgesehen sein. Mit ihr kann die Wirkung der Kühlvorrichtung überprüft werden oder überprüfbar sein. Es kann festgestellt werden, ob das Material auf die gewünschte Temperatur abgekühlt wurde.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen von Portionen aus einem aerosolbildenden pastösen Material der Tabak verarbeitenden Industrie, wobei dieses Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

Bereitstellen eines Zwischenprodukts,
Extrudieren des Zwischenprodukts zum Herstellen des aerosolbildenden Materials der Tabak verarbeitenden Industrie,
Portionieren des Materials in einzelne Portionen und
Verpacken der einzelnen Portionen,
dadurch gekennzeichnet, dass das extrudierte aerosolbildende Material der Tabak verarbeitenden Industrie, bevor es portioniert wird, auf eine Temperatur unterhalb von 0°C abgekühlt wird.

Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es möglich, einfach und verlustarm das extrudierte aerosolbildende Material in einzelne Portionen zu portionieren.
Vorteilhaft ist das Verfahren dadurch fortgebildet, dass das extrudierte aerosolbildende Material auch während des Portionierens und/oder während des Verpackens eine Temperatur unterhalb von 0°C aufweist. Wenn die Temperatur des aerosolbildenden Materials auch während des Schrittes des Portionierens und auch des darauffolgenden Schrittes des Verpackens auf einer Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts gehalten wird, können auch diese Schritte verlustarm und effizient durchgeführt werden.
Dies wird beispielsweise dadurch sichergestellt, dass das extrudierte aerosolbildende Material auf eine so tiefe Temperatur abgekühlt wird, dass es auch während der darauffolgenden Schritte oder während der Zeit, die zum Durchführen dieser Schritte erforderlich ist, auf oder unterhalb der gewünschten tiefen Temperatur bleibt. Es können ferner geeignete Maßnahmen, beispielsweise thermische Isolationsmaßnahmen, ergriffen werden, um dies sicherzustellen. Mit anderen Worten ist also die Vorrichtung beispielsweise so ausgestaltet sein, dass auch eine Portioniervorrichtung und Teile der Verpackungsvorrichtung auf eine gegenüber der Umgebungstemperatur geringere Temperatur abgekühlt werden. Diese Maßnahmen betreffen typischerweise lediglich diejenigen Bereiche dieser Vorrichtungen, in denen das extrudierte aerosolbildende Material geführt wird. Diese sind dementsprechend thermisch isoliert oder werden auf niedrigere Temperaturen abgekühlt. In vielen Fällen wird es jedoch ausreichen, das aerosolbildende Material auf eine so geringe Temperatur abzukühlen, dass dieses sich während der darauffolgenden Schritte des Portionierens und Verpackens nicht bis auf eine Temperatur oberhalb des Gefrierpunkts erwärmt, um eine ausreichende Formfestigkeit zu erreichen.
Das Verfahren ist ferner gemäß einer weiteren Ausführungsform dadurch fortgebildet, dass das Zwischenprodukt während des Extrudierens durchmischt wird, wobei das Zwischenprodukt eine Mischung aus einem Tabakmaterialfeststoff, insbesondere gemahlenem Tabak und/oder Tabakstaub, der zumindest zum überwiegenden Teil aus Tabakblattlamina hergestellt ist, einer Flüssigkeit und einem flüssigen Additiv ist.
Ferner ist insbesondere vorgesehen, dass der Anteil des Tabakmaterialfeststoffs zwischen 30 Gew.% und 50 Gew.%, insbesondere zwischen 35 Gew.% und 45 Gew.%, liegt und ein aus der Flüssigkeit und dem flüssigen Additiv bestehender flüssiger Bestandteil einen Anteil zwischen 70 Gew.% und 50 Gew.%, insbesondere zwischen 65 Gew.% und 55 Gew.%, hat, wobei der flüssige Bestandteil insbesondere zwischen 1 Gew.% und 5 Gew.% Aromastoffe und/oder Geschmacksbildner enthält, und wobei ferner insbesondere der flüssige Bestandteil zwischen 1 Gew.% und 45 Gew.% Propylenglykol und zwischen 15 Gew.% und 60 Gew.% Glycerin enthält.
Die genannten Zusammensetzungen des Zwischenprodukts haben sich im Hinblick auf die gewünschten Eigenschaften des extrudierten aerosolbildenden pastösen Materials als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Das Verfahren ist gemäß einer Ausführungsform ferner dadurch fortgebildet, dass die Portionen des extrudierten aerosolbildenden Materials in räumlich voneinander getrennten Portionsräumen separat voneinander verpackt werden.
Die in den Portionsräumen vorhandenen Portionen haben beispielsweise eine Masse zwischen 20 mg und 150 mg, ferner beispielsweise zwischen 25 mg und 100 mg, ferner insbesondere liegt die Masse der Portionen zumindest näherungsweise bei 30 mg.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Portion aus einem aerosolbildenden pastösen Material der Tabak verarbeitenden Industrie, welche hergestellt ist nach einem Verfahren gemäß einer oder mehrerer der zuvor genannten Ausführungsformen. Für die Masse einer solchen Portion gelten die zuvor genannten Werte insbesondere.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer aerosolerzeugenden Kartusche der Tabak verarbeitenden Industrie, bei dem nach einem Verfahren gemäß einer oder mehrerer der zuvor genannten Ausführungsformen einzelne Portionen aus einem aerosolbildenden pastösen Material der Tabak verarbeitenden Industrie hergestellt werden und diese Portionen des extrudierten aerosolbildenden Materials in räumlich voneinander getrennten Portionsräumen dieser aerosolbildenden Kartusche separat voneinander verpackt werden.
Vorteilhaft ist das Verfahren zum Herstellen der aerosolerzeugenden Kartusche mit höherer Effizienz durchführbar, vor allen Dingen, da sich das gekühlte extrudierte aerosolbildende Material besser verarbeiten lässt, insbesondere besser portionieren und verpacken lässt. Der Verlust während des Verfahrens zum Herstellen der Kartusche ist gegenüber herkömmlichen Verfahren wesentlich verringert, was die Effizienz des Verfahrens insgesamt deutlich erhöht.
Die Kartusche ist insbesondere als aerosolerzeugende flache Kartusche ausgestaltet, wie sie in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2019 105 937.2 beschrieben ist. Die räumlich voneinander getrennten Portionsräume dieser aerosolbildenden Kartusche sind in der DE 10 2019 105 937.2 als Aufnahmeöffnungen bezeichnet.
Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und der beigefügten Zeichnung 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 Zeichnung beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnung verwiesen wird. Es zeigt deren einzige

1 eine schematische und vereinfachte Darstellung einer Vorrichtung der Tabak verarbeitenden Industrie zum Herstellen von Portionen aus einem aerosolbildenden pastösen Material der Tabak verarbeitenden Industrie.

Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit „insbesondere“ oder „vorzugsweise“ gekennzeichnet sind, als fakultative Merkmale zu verstehen.
In der Zeichnung 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 einer schematischen und vereinfachten Seitenansicht eine Vorrichtung 2 der Tabak verarbeitenden Industrie zum Herstellen von Portionen 4 aus einem aerosolbildenden pastösen Material der Tabak verarbeitenden Industrie. Die Vorrichtung 2 umfasst einen Extruder 6, eine Kühlvorrichtung 8, eine Portioniervorrichtung 10 und eine Verpackungsvorrichtung 12. Am Ausgang der Verpackungsvorrichtung 12 werden beispielhaft in einer Kartusche 14 verpackte Einzelportionen 4 bereitgestellt.
Der Vorrichtung 2 der Tabak verarbeitenden Industrie zum Herstellen der Einzelportionen 4 aus einem aerosolbildenden pastösen Material der Tabak verarbeitenden Industrie wird ein Zwischenprodukt 16, welches in der Figur schematisch dargestellt ist, bereitgestellt oder zugeführt. Das Zwischenprodukt 16 ist beispielsweise eine Mischung aus einem Tabakmaterialfeststoff und einem flüssigen Bestandteil. Der Tabakmaterialfeststoff ist beispielsweise gemahlener Tabak und/oder Tabakstaub. Dieser besteht ferner beispielsweise zum zumindest überwiegenden Teil aus Tabakblattlamina. Der flüssige Bestandteil ist beispielsweise eine Mischung aus einer Flüssigkeit und ebenfalls flüssigen Aromastoffen und/oder Geschmacksbildnern. Das Zwischenprodukt 16 kann bereits durchmischt oder verrührt sein, bevor es dem Extruder 6 zugeführt wird. Zu diesem Zweck kann die Vorrichtung 2 einen in 1 nicht dargestellten Mischer oder Rührer umfassen.
Der Anteil des Tabakmaterialfeststoffs an dem Zwischenprodukt beträgt beispielsweise zwischen 30 Gew.% und 50 Gew.%, ferner beispielsweise liegt der Anteil des Tabakmaterialfeststoffs an der Gesamtmasse des Zwischenprodukts zwischen 35 Gew.% und 45 Gew.%. Der verbleibende Gewichtsanteil wird von dem flüssigen Bestandteil eingenommen. Der aus einer Flüssigkeit und flüssigen Additiven, wie beispielsweise Aromastoffen oder Geschmacksbildnern, bestehende flüssige Bestandteil beträgt beispielsweise zwischen 70 Gew.% und 50 Gew.%, ferner beispielsweise zwischen 65 Gew.% und 55 Gew.%. Der flüssige Bestandteil selbst umfasst beispielsweise zwischen 1 Gew.% und 5 Gew.% Aromastoffe und/ oder Geschmacksbildner. Ferner umfasst die Flüssigkeit beispielsweise zwischen 1 Gew.% und 45 Gew.% Propylenglykol und zwischen 1 Gew.% und 60 Gew.% Glycerin.
Der Extruder 6 umfasst eine Schnecke 18, die in einem Innenraum des Extruders 6 angeordnet ist und mit deren Hilfe das Zwischenprodukt 16 durch den Innenraum des Extruders 6 in Richtung der Extrusionsdüse 20 gefördert wird. Gleichzeitig wird das Material durchmischt und geknetet. Im Bereich der Extrusionsdüse 20 liegt ein pastöses aerosolbildendes Material der Tabak verarbeitenden Industrie vor. Dieses wird durch die Extrusionsdüse 20 hindurchgepresst. Das extrudierte Material 32 ist pastös und relativ klebrig. Aus diesem Grund wird es in der Kühlvorrichtung 8, welche sich unmittelbar an die Extrusionsdüse 20 anschließt und beispielsweise mit dieser mechanisch verbunden ist, auf eine Temperatur unterhalb von 0°C (273,15 K) abgekühlt.
Die Kühlvorrichtung 8 schließt sich direkt an die Extrusionsdüse 20 an. Zu diesem Zweck ist beispielhaft ein Flansch 22 der Extrusionsdüse 20 mit einem Flansch 22 der Kühlvorrichtung 8, beispielsweise über Schraubverbindungen, verbunden. Zwischen den beiden Flanschen 22 befindet sich beispielsweise eine Scheibe aus einem Material mit geringem Wärmeleitungskoeffizienten. Diese Scheibe dient als thermische Isolation 24 zwischen der Extrusionsdüse 20 und der Kühlvorrichtung 8. Die thermische Isolation 24 verhindert, dass in der Kühlvorrichtung 8 bereitgestelltes Kältemittel die Extrusionsdüse 20 abkühlt. Im laufenden Betrieb des Extruders 6 erwärmt sich die Extrusionsdüse 20 durch den Extrusionsvorgang permanent. Eine Kühlung der Extrusionsdüse 20, und sei es eine indirekte und ggf. unbeabsichtigte Kühlung durch eine thermische Brücke zu der Kühlvorrichtung 8, würde zu permanenten Kältemittelverlusten in der Kühlvorrichtung 8 führen. Die Kühlvorrichtung 8 ist dazu eingerichtet, das den Extruder 6 verlassende aerosolbildende Material durch Kontaktkühlung abzukühlen.
Eine effiziente Kühlung ist möglich, wenn eine Kontaktkühlung vorgesehen wird. Beispielsweise weist zu diesem Zweck eine Kühlstrecke 26 der Kühlvorrichtung 8 eine Querschnittsform auf, die an die Querschnittsform der Extrusionsdüse 20 angepasst ist. Mit anderen Worten ist der Querschnitt bzw. die Querschnittsform der Extrusionsdüse 20, betrachtet in einer Ebene quer zur Transportrichtung T des extrudierten aerosolbildenden Materials 32, gleich oder zumindest hochgradig ähnlich zu dem Querschnitt oder der Querschnittsform der Kühlstrecke 26, betrachtet in einer parallel orientierten Ebene. Das extrudierte Material 32 tritt auf diese Weise großflächig mit den Innenwänden der Kühlstrecke 26 in Kontakt, so dass sich eine effiziente Kühlung einstellt.
Beispielsweise hat die Kühlstrecke 26 einen zumindest näherungsweise kreisrunden Querschnitt. Der Durchmesser dieser beispielsweise kreisrunden Kühlstrecke 26 kann zwischen 3 mm und 10 mm liegen, ferner beispielsweise liegt dieser Wert zwischen 4 mm und 6 mm und ferner beispielsweise beträgt der Durchmesser der Kühlstrecke 26 zumindest näherungsweise 5 mm.
Die Kühleinheit 8 ist beispielhaft als Gegenstromkühleinheit ausgebildet. Über einen Einlass 28 wird der Kühlvorrichtung 8, wie mit einem Pfeil angedeutet, flüssiges Kältemittel zugeführt. Beispielsweise wird flüssiger Stickstoff als Kältemittel verwendet. Das Kältemittel durchfließt die Kühlvorrichtung 8 entgegen der Transportrichtung T des extrudierten Materials 32 und verlässt die Kühlvorrichtung 8 am Auslass 30. Die innerhalb der Kühlvorrichtung 8 im unteren Bereich mit einem Pfeil angedeutete Fließrichtung F des Kältemittels ist der Transportrichtung T des extrudierten aerosolbildenden Materials 32 entgegengesetzt.
Die Gegenstromkühleinheit umfasst als wesentliches konstruktives Element ein doppelwandiges Rohr. Das innere Rohr dieses doppelwandigen Rohrs bildet auf seiner Innenseite die Kühlstrecke 26. An dieser Innenseite steht das innere Rohr in Kontakt mit dem extrudierten aerosolbildenden Material 32. In dem Zwischenraum zwischen der Außenseite des inneren Rohrs und einer Innenseite des äußeren Rohrs (dieses doppelwandigen Rohrs) wird das Kältemittel gefördert.
Am Ausgang der Kühlvorrichtung liegt abgekühltes extrudiertes aerosolbildendes Material 32 in Form eines Strangs vor. Beispielhaft umfasst die Vorrichtung 2 einen Sensor 34, beispielsweise eine Infrarotkamera oder dergleichen, mit der eine Temperatur des extrudierten Materials 32 kontaktlos erfasst werden kann. Mit Hilfe des Sensors 34 ist es möglich, die Temperatur des extrudierten Materials 32 fortlaufend und in Echtzeit zu erfassen. So kann sichergestellt werden, dass der Strang 32 auf die gewünschte Temperatur abgekühlt wird. Die Temperatur des extrudierten Materials 32 liegt nach Verlassen der Kühlvorrichtung 8 tiefer als 0°C (273,15 K). Die Temperatur des extrudierten Materials 32 kann beispielsweise höher als -200°C (73,15 K) sein. Ferner liegt die Temperatur des extrudierten Materials 32 beispielhaft tiefer als -5°C (268,15 K) und höher als -100°C (173,15 K), beispielsweise tiefer als -10°C (263,15 K) und höher als -50°C (223,15 K) und ferner beispielsweise tiefer als -10°C (263,15 K) und höher als -40°C (233,15 K).
Das extrudierte Material 32 wird gezielt auf eine so geringe Temperatur abgekühlt, dass es auch während der sich anschließenden Verarbeitungsschritte des Portionierens und Verpackens auf einer Temperatur unterhalb von 0°C bleibt. Hierzu kann beispielsweise die Temperatur des extrudierten Materials 32 so tief gewählt werden, dass es sich während der Zeit, die zur Durchführung dieser beiden Prozessschritte vergeht, nicht so weit erwärmt, dass seine Temperatur über den Gefrierpunkt steigt. Zusätzlich können beispielsweise Maßnahmen ergriffen werden, um das extrudierte Material 32 auf seinem Weg zur Portioniervorrichtung 10 zu kühlen und/oder kühl zu halten. Gleiches gilt auch für die nach dem Portionieren vorhandenen Einzelportionen 4 auf ihrem Weg zur Verpackungsvorrichtung 12. Schematisch und beispielhaft ist ein Kühltunnel 36 zwischen der Portioniervorrichtung 10 und der Verpackungsvorrichtung 12 vorgesehen und schematisch dargestellt. Der Kühltunnel 36 kann aktiv gekühlt sein. Es ist ebenso vorgesehen, dass der Kühltunnel lediglich gegenüber der Umgebung thermisch isoliert und keine aktive Kühlung bereit stellt, so dass die Portionen 4 sich nicht unnötig erwärmen. Auch die zum Transport des Strangs oder der Einzelportionen eingesetzten Fördermittel, wie beispielsweise die schematisch dargestellten Förderbänder 38 können gekühlt und/oder thermisch isoliert sein.
Der Strang aus extrudiertem Material 32 wird mit der Portioniervorrichtung 10 in einzelne Portionen 4 geschnitten, also vereinzelt. Bei der Portioniervorrichtung 10 handelt es sich beispielsweise um ein Kreismesser oder eine andere zu diesem Zweck geeignete Vorrichtung 2. Die einzelnen Portionen 4 gelangen zu der Verpackungsvorrichtung 12, in der die Portionen 4 des extrudierten aerosolbildenden Materials 32 in räumlich voneinander getrennten Portionsräumen 40 separat voneinander verpackt werden. Die einzelnen Portionen können in einer Kartusche 14 der Tabak verarbeitenden Industrie bereitgestellt werden, die zur Verwendung in einer Vorrichtung zum Erhitzen eines aerosolbildenden Tabakmaterials geeignet ist. Die Kartusche 14 ist beispielsweise eine flache Kartusche, die so ausgestaltet ist, wie es in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen DE 10 2019 105 937.2 der Anmelderin Hauni Maschinenbau GmbH, Hamburg, beschrieben ist.
Alle genannten Merkmale, auch die der Zeichnung 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: Vorrichtung der Tabak verarbeitenden Industrie
4: Portionen
6: Extruder
8: Kühlvorrichtung
10: Portioniervorrichtung
12: Verpackungsvorrichtung
14: Kartusche
16: Zwischenprodukt
18: Schnecke
20: Extrusionsdüse
22: Flansch
24: thermische Isolation
26: Kühlstrecke
28: Einlass
30: Auslass
32: extrudiertes Material
34: Sensor
36: Kühltunnel
38: Förderbänder
40: Portionsräume
T: Transportrichtung
F: Fließrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2016/120344 A2 [0003, 0004]
EP 3445429 A1 [0004]
WO 2019/016535 A1 [0005, 0007]
DE 102019105937 [0034, 0050]

Claims

Vorrichtung (2) der Tabak verarbeitenden Industrie zum Herstellen von Portionen (4) aus einem aerosolbildenden pastösen Material der Tabak verarbeitenden Industrie, umfassend einen Extruder (6), eine Kühlvorrichtung (8), eine Portioniervorrichtung (10) und eine Verpackungsvorrichtung (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (8) dazu eingerichtet ist, das extrudierte aerosolbildende Material (32) der Tabak verarbeitenden Industrie, bevor es der Portioniervorrichtung (10) zugeführt wird, auf eine Temperatur unterhalb von 0°C abzukühlen.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (8) unmittelbar stromabwärts einer Extrusionsdüse (20) des Extruders (6) angeordnet und dazu eingerichtet ist, das extrudierte aerosolbildende Material (32) durch Kontaktkühlung abzukühlen.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (8) und die Extrusionsdüse (20) mechanisch direkt miteinander verbunden sind, wobei insbesondere zwischen der Extrusionsdüse (20) und der Kühlvorrichtung (8) eine thermische Isolation (24) vorhanden ist.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (8) eine Kühlstrecke (26) umfasst, die in einer ersten Ebene, die quer zu einer Transportrichtung T des extrudierten aerosolbildenden Materials (32) orientiert ist, eine erste Querschnittsform aufweist, die an eine in einer zu der ersten Ebene parallel orientierten zweiten Ebene gelegene zweite Querschnittsform der Extrusionsdüse (20) angepasst ist.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstrecke (26) eine zumindest näherungsweise kreisrunde Querschnittsform hat, deren Durchmesser insbesondere zwischen 3 mm und 10 mm, ferner insbesondere zwischen 4 mm und 6 mm und weiter insbesondere zumindest näherungsweise 5 mm beträgt.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (8) als Gegenstrom-Kühleinheit ausgeführt ist, in der ein flüssiges Kältemittel in einer Fließrichtung, die entgegengesetzt zu einer Transportrichtung T des extrudierten aerosolbildenden Materials (32) orientiert ist, förderbar ist oder gefördert wird, wobei das Kältemittel insbesondere flüssiger Stickstoff ist.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenstrom-Kühleinheit ein doppelwandiges Rohr umfasst, dessen inneres Rohr auf einer Innenseite eine Kühlstrecke (26) zur Kontaktkühlung des extrudierten aerosolbildenden Materials (32) bildet, und in dessen Zwischenraum zwischen einer Außenseite des inneren Rohrs und einer Innenseite des äußeren Rohrs das Kältemittel förderbar ist oder gefördert wird.
Verfahren zum Herstellen von Portionen (4) aus einem aerosolbildenden pastösen Material der Tabak verarbeitenden Industrie, die folgenden Schritte umfassend: Bereitstellen eines Zwischenprodukts (16), Extrudieren des Zwischenprodukts (16) zum Herstellen des aerosolbildenden Materials der Tabak verarbeitenden Industrie, Portionieren des Materials in einzelne Portionen (4) und Verpacken der einzelnen Portionen (4), dadurch gekennzeichnet, dass das extrudierte aerosolbildende Material (32) der Tabak verarbeitenden Industrie, bevor es portioniert wird, auf eine Temperatur unterhalb von 0°C abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das extrudierte aerosolbildende Material (32) auch während des Portionierens und/oder während des Verpackens eine Temperatur unterhalb von 0°C aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenprodukt (16) während des Extrudierens durchmischt wird, wobei das Zwischenprodukt (16) eine Mischung aus einem Tabakmaterialfeststoff, insbesondere gemahlenem Tabak und/oder Tabakstaub, der zumindest zum überwiegenden Teil aus Tabakblattlamina hergestellt ist, einer Flüssigkeit und einem flüssigen Additiv ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Tabakmaterialfeststoffs zwischen 30 Gew.% und 50 Gew.%, insbesondere zwischen 35 Gew.% und 45 Gew.%, liegt und ein aus der Flüssigkeit und dem flüssigen Additiv bestehender flüssiger Bestandteil einen Anteil zwischen 70 Gew.% und 50 Gew.%, insbesondere zwischen 65 Gew.% und 55 Gew.%, hat, wobei der flüssige Bestandteil insbesondere zwischen 1 Gew.% und 5 Gew.% Aromastoffe und/oder Geschmacksbildner enthält, und wobei ferner insbesondere der flüssige Bestandteil zwischen 1 Gew.% und 45 Gew.% Propylenglykol und zwischen 15 Gew.% und 60 Gew.% Glycerin enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Portionen (4) des extrudierten aerosolbildenden Materials (32) in räumlich voneinander getrennten Portionsräumen (40) separat voneinander verpackt werden.
Portion (4) aus einem aerosolbildenden pastösen Material der Tabak verarbeitenden Industrie, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12.
Verfahren zum Herstellen einer aerosolerzeugenden Kartusche (14) der Tabak verarbeitenden Industrie, bei dem nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11 einzelne Portionen (4) aus einem aerosolbildenden pastösen Material der Tabak verarbeitenden Industrie hergestellt und gemäß Anspruch 12 in voneinander getrennte Portionsräume (40) der Kartusche (14) separat voneinander verpackt werden.