DE102022004776B3 - Filter element or filter for smoking devices, smoking articles and smokeless inhalers and method for producing such a filter element or filter - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Filterelement, kurz Filter für Rauchgeräte, Rauchwaren und rauchfreie Inhalatoren, insbesondere für Tabak- und Cannabispfeifen sowie Wasserpfeifen (Shishas), Zigarren-, Zigarillo- und Zigarettenspitzen. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelements für Rauchgeräte, Rauchwaren und rauchfreie Inhalatoren.The invention relates to a filter element, in short filters, for smoking devices, tobacco products and smokeless inhalers, in particular for tobacco and cannabis pipes as well as water pipes (shishas), cigar, cigarillo and cigarette holders. The invention also relates to a method for producing a filter element for smoking devices, tobacco products and smokeless inhalers.
Description
Die Erfindung betrifft ein Filterelement, kurz Filter für Rauchgeräte, Rauchwaren und rauchfreie Inhalatoren, insbesondere für Tabak- und Cannabispfeifen sowie Wasserpfeifen (Shishas), Zigarren-, Zigarillo- und Zigarettenspitzen. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelements für Rauchgeräte, Rauchwaren und rauchfreie Inhalatoren.The invention relates to a filter element, in short filters, for smoking devices, tobacco products and smokeless inhalers, in particular for tobacco and cannabis pipes as well as water pipes (shishas), cigar, cigarillo and cigarette holders. The invention also relates to a method for producing a filter element for smoking devices, tobacco products and smokeless inhalers.
Zum Rauchen von Tabakpfeifen ist bekannt, vorkonfektionierte Einwegfilter verschiedener Bauform in den Rauchkanal einer Pfeife einzusetzen. Der Filter dient zwei Zwecken, nämlich einerseits zum Ausfiltern von unerwünschten Rauchbegleitstoffen und zum Kühlen des Rauches. Die vorkonfektionierten Filter erhöhen den Zugwiderstand je nach Bauform mehr oder weniger stark.When smoking tobacco pipes, it is common to insert pre-assembled disposable filters of various designs into the smoke channel of a pipe. The filter serves two purposes: firstly, to filter out undesirable smoke contaminants and secondly, to cool the smoke. The pre-assembled filters increase the draw resistance to a greater or lesser extent, depending on the design.
Beispielsweise ist aus der Patentschrift
Auch zum Rauchen von selbstgedrehten Zigaretten ist aus
Die
Aus der internationalen Offenlegungsschrift
Aus der internationalen Offenlegungsschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Filterelement oder Filter zur Filterung, Kühlung und Entfeuchtung aerosolhaltiger Gase, insbesondere Rauchgase mit einem vergleichsweise geringen Zugwiderstand auszubilden, bei dem die Rauchgase intensiv mit den Innenwandungen eines Rauchgaskanals in Berührung gebracht werden und einfach und formatvariabel hergestellt werden kann. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung eine einfache, wirksame Reinigung für eine Wiederverwendung eines Filters zu ermöglichen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung die Handhabung eines Filters zu vereinfachen und dabei eine sichere Fixierung innerhalb einer Pfeife sicherzustellen, sowie dessen Wertigkeit zu erhöhen. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, neben einer Verwendung des Filters in Rauchgeräten, wie beispielsweise Tabakpfeifen, auch eine Verwendung in Rauchwaren, wie beispielsweise selbstgedrehte Zigaretten oder Cannabis-Joints sowie in stabförmigen rauchfreien Inhalatoren, sogenannten „Heat-Not-Burn-Produkten“, welche im Stand der Technik auch als aerosolerzeugende Artikel oder kurz als HnB-Zigaretten bezeichnet werden, bereitzustellen.The invention is based on the object of designing a filter element or filter for filtering, cooling and dehumidifying aerosol-containing gases, in particular smoke gases, with a comparatively low draft resistance, in which the smoke gases are brought into intensive contact with the inner walls of a smoke gas duct and can be manufactured simply and in a variable format. It is also the object of the invention to enable simple, effective cleaning for reuse of a filter. It is also the object of the invention to simplify the handling of a filter and at the same time to ensure secure fixation within a pipe, as well as to increase its value. Finally, it is the object of the invention to provide, in addition to use of the filter in smoking devices such as tobacco pipes, also use in smoking products such as hand-rolled cigarettes or cannabis joints as well as in rod-shaped smokeless inhalers, so-called "heat-not-burn products", which in the prior art are also referred to as aerosol-generating articles or HnB cigarettes for short.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Filterelement oder Filter für Rauchgeräte, Rauchwaren und stabförmige rauchfreien Inhalatoren, welches bzw. welcher als monolithischer keramischer Rohrkörper ausgebildet ist und einen kreisförmigen Querschnitt an den Stirnseiten, mit einem ersten Durchmesser an der ersten Stirnseite und einem zweiten Durchmesser an der zweiten Stirnseite, aufweist und dass das Filterelement wenigstens einen Rauchgaskanal, mit einer stirnseitigen Eintrittsöffnung und einer gegenüberliegenden stirnseitigen Austrittsöffnung, aufweist, wobei die Länge des Filterelements ein Mehrfaches der stirnseitigen Durchmesser beträgt und das die wirksame Länge des Rauchgaskanals ein Mehrfaches der Länge des Filterelements beträgt, und wobei der Rauchgaskanal in Strömungsrichtung des Rauchgases hintereinander wenigstens drei miteinander verbundene Kammern umfasst, wobei die erste und die zweite Kammer jeweils einen kreisringsegmentförmigen Querschnitt aufweisen und die dritte Kammer einen kreisförmigen Querschnitt hat. Weiterhin sind die erste und die zweite Kammer in einem mittleren doppelwandigen rohrförmigen Abschnitt konzentrisch um die dritte Kammer herum angeordnet sind, wobei die kreisringsegmentförmigen Querschnitte der ersten und der zweiten Kammer ein gleiches Bogenmaß < π aufweisen und in ihrer Längserstreckung zwischen einer ersten und einer zweiten längsaxialen Trennwand angeordnet sind. Die erste Trennwand und die zweite Trennwand sind dabei radial gegenüberliegend zwischen einem inneren Rohr und einem äußeren Rohr längsaxial versetzt angeordnet und mit dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr nicht lösbar verbunden, wobei die Trennwände jeweils eine geringere Länge aufweisen als die erste und die zweite Kammer und sich somit in Verlängerung der Trennwände eine erste und eine zweite im Wesentlichen tangential verlaufende Durchtrittsöffnung, benachbart zur stirnseitigen Austrittsöffnung, ergeben und dass das innere Rohr in seiner Rohrwandung, benachbart zur stirnseitigen Eintrittsöffnung, eine im Wesentlichen radial verlaufende Durchtrittsöffnung von der zweiten Kammer in die dritte Kammer aufweist. Ein Hauptmerkmal des neuartigen Filterelements oder Filters gemäß der Erfindung besteht darin, dass das Filterelement oder Filter in Form eines teilweise doppelwandigen Rohrkörpers - der mehrere miteinander verbundene Kammern aufweist - vollständig durch 3-D-Druck hergestellt ist, wobei in der ersten und/oder der zweiten Kammer zumindest in einem mittleren Abschnitt Strömungsbarrieren, vorzugsweise in Form von Kegelstümpfen zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr versetzt angeordnet sind.This task is solved by a filter element or filter for smoking devices, smoking articles and rod-shaped smokeless inhalers, which is designed as a monolithic ceramic tubular body and has a circular cross cut on the front sides, with a first diameter on the first front side and a second diameter on the second front side, and that the filter element has at least one flue gas channel, with a front-side inlet opening and an opposite front-side outlet opening, wherein the length of the filter element is a multiple of the front-side diameters and the effective length of the flue gas channel is a multiple of the length of the filter element, and wherein the flue gas channel comprises at least three interconnected chambers one behind the other in the flow direction of the flue gas, wherein the first and the second chamber each have a cross-section in the shape of a circular ring segment and the third chamber has a circular cross-section. Furthermore, the first and the second chamber are arranged concentrically around the third chamber in a central double-walled tubular section, wherein the cross-sections in the shape of a circular ring segment of the first and the second chamber have the same radian measure < π and are arranged in their longitudinal extension between a first and a second longitudinal axial partition. The first partition wall and the second partition wall are arranged radially opposite one another between an inner tube and an outer tube, offset longitudinally and are non-detachably connected to the inner tube and the outer tube, wherein the partition walls each have a shorter length than the first and second chambers and thus, in the extension of the partition walls, a first and a second essentially tangential passage opening are formed, adjacent to the front-side outlet opening, and that the inner tube has in its tube wall, adjacent to the front-side inlet opening, an essentially radial passage opening from the second chamber into the third chamber. A main feature of the novel filter element or filter according to the invention is that the filter element or filter in the form of a partially double-walled tubular body - which has several interconnected chambers - is manufactured entirely by 3D printing, wherein in the first and/or the second chamber, at least in a central section, flow barriers, preferably in the form of truncated cones, are arranged offset between the inner tube and the outer tube.
Hierdurch lässt sich besonders einfach die Filterwirkung und Entfeuchtung durch einen slalomartigen Strömungsverlauf weiter verbessern, wobei zugleich der Zugwiderstand geringfügig erhöht wird.This makes it particularly easy to further improve the filtering effect and dehumidification through a slalom-like flow pattern, while at the same time slightly increasing the draft resistance.
Das 3-D-Druck-Verfahren ermöglicht eine einstückige Herstellung des erfindungsgemäßen Filterelements in sehr vielen Varianten und Formaten mit zum Teil filigranen Strukturen auch in geringen Stückzahlen.The 3D printing process enables the filter element according to the invention to be manufactured in one piece in a wide range of variants and formats, some with delicate structures, even in small quantities.
Durch diese besonders raumsparende erfindungsgemäße Mehrkammerkonstruktion, nämlich mit einer „Hintereinanderschaltung“ der Kammern zu einem durchgängigen schleifenförmigen Rauchgaskanal wird ein besonders geringer Zugwiderstand bei guter Filterwirkung sowie Entfeuchtung und Kühlung des Rauchgases erzielt.This particularly space-saving multi-chamber construction according to the invention, namely with a "series connection" of the chambers to form a continuous loop-shaped flue gas channel, achieves a particularly low draft resistance with good filtering effect as well as dehumidification and cooling of the flue gas.
Als Rauchgeräte im Sinne der Erfindung sind Tabak- und Cannabispfeifen, Zigarren-, Zigarillo- und Zigarettenspitzen sowie Shishas und E-Zigaretten zu verstehen.Smoking devices within the meaning of the invention include tobacco and cannabis pipes, cigar, cigarillo and cigarette holders as well as shisha pipes and e-cigarettes.
Als Rauchwaren im Sinne der Erfindung seien selbstgedrehte Zigaretten, Filterzigaretten, Multifilterzigaretten und Cannabis-Joints genannt.Smoking products within the meaning of the invention include hand-rolled cigarettes, filter cigarettes, multi-filter cigarettes and cannabis joints.
Als rauchfreien Inhalatoren im Sinne der Erfindung sind vor allem stabförmige Heat-Not-Burn-Produkte, sogenannte HNB-Zigaretten und E-Zigaretten zu verstehen.Smoke-free inhalers within the meaning of the invention are primarily rod-shaped heat-not-burn products, so-called HNB cigarettes and e-cigarettes.
Die Begriffe Filterelement oder Filter sind dabei gleichwertig zu lesen, speziell bei Tabakpfeifen wird im Stand der Technik auch von Filtereinsätzen gesprochen.The terms filter element or filter are to be interpreted as equivalent; especially in the case of tobacco pipes, the state of the art also refers to filter inserts.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung in Form von konzentrisch angeordneten und miteinander verbundenen Rohren und mit einem durchgängigen Rauchgaskanal mit relativ großem Querschnitt wird ein besonders geringer Zugwiderstand erzielt. Die relativ große Oberfläche des Rauchgaskanals sorgt zudem für eine verbesserte Filterwirkung sowie eine sehr gute Entfeuchtung und Kühlung des Rauchgases.The design according to the invention in the form of concentrically arranged and interconnected pipes and with a continuous flue gas duct with a relatively large cross-section achieves a particularly low draft resistance. The relatively large surface of the flue gas duct also ensures an improved filter effect as well as very good dehumidification and cooling of the flue gas.
Eine weitere Verbesserung der Filterwirkung wird dadurch erzielt, dass die Oberflächen des Filterelements zumindest im Inneren des keramischen Rohrkörpers Poren aufweisen, wobei mindesten 50 % der Poren maximale Abmessungen zwischen 10 µm und 100 µm haben. Vorzugsweise weisen wenigstens 90 % der gesamten Oberfläche des Rauchgaskanals Poren der genannten Größe auf. Die Poren tragen zu einer verbesserten Kondensatabscheidung bei und verbessern merklich die Entfeuchtung und Kühlung des Rauchgases.A further improvement in the filter effect is achieved by the surfaces of the filter element having pores at least in the interior of the ceramic tube body, with at least 50% of the pores having maximum dimensions between 10 µm and 100 µm. Preferably, at least 90% of the entire surface of the flue gas duct has pores of the stated size. The pores contribute to improved condensate separation and noticeably improve the dehumidification and cooling of the flue gas.
Besonders bevorzugt weisen die Querschnittsflächen der ersten und zweiten Kammer mit kreisringsegmentförmigen Querschnitten in Summe in zumindest einem Abschnitt des Rauchgaskanals im Wesentlichen den gleichen Flächeninhalt auf wie die Querschnittsfläche der dritten Kammer. Durch diese besonders einfache Konstruktion ist sichergestellt, dass die Strömungsgeschwindigkeit im Rauchgaskanal weitestgehend gleich ist. Damit einhergehend ist eine wirksame Reinigung des Rohrkörpers bzw. des Filterelements oder Filters mittels Druckluft und/oder durch einen Spülprozess mit Wasser oder einer Reinigungslösung ermöglicht.Particularly preferably, the cross-sectional areas of the first and second chambers with circular ring-shaped cross-sections have, in at least one section of the flue gas channel, essentially the same surface area as the cross-sectional area of the third chamber. This particularly simple construction ensures that the flow velocity in the smoke gas channel is largely the same. This enables effective cleaning of the pipe body or the filter element or filter using compressed air and/or a rinsing process with water or a cleaning solution.
Zur Vermeidung eines Eintritts von Fremdkörpern, Tabakfasern etc. ist vorgesehen, dass die stirnseitige Eintrittsöffnung ein Gitter umfasst, welches wenigstens zwei sich kreuzende Stege aufweist und vorzugsweise trichterförmig ausgebildet ist, wobei das Gitter sich über die vollständig Eintrittsöffnung des Rohrkörpers erstreckt und die trichterförmige Eintrittsöffnung zu einem verbesserten Strömungsverhalten führt.In order to prevent the entry of foreign bodies, tobacco fibers, etc., it is provided that the front-side inlet opening comprises a grid which has at least two intersecting webs and is preferably funnel-shaped, wherein the grid extends over the entire inlet opening of the tubular body and the funnel-shaped inlet opening leads to improved flow behavior.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung des Filterelements oder Filters, bzw. des Rohrkörpers zeichnet sich dadurch aus, dass der Rauchgaskanal wenigstens fünf miteinander verbundene Kammern aufweist, wobei die erste, zweite, vierte und fünfte Kammer jeweils einen kreisringsegmentförmige Querschnitt mit einem Bogenmaß < π, vorzugsweise < π/2 haben und die dritte Kammer einen kreisförmigen Querschnitt hat. Hierdurch wird eine weitere Verlängerung des Rauchgaskanals erzielt, wobei der Rohrkörper seine Länge beibehalten kann oder sogar verkürzt ausgeführt werden kann. Durch die „Hintereinanderschaltung“ der nunmehr fünf Kammern zu einem schleifenförmig geführten Rauchgaskanal mit relativ großem Querschnitt wird eine weiter verbesserte Filterwirkung, Entfeuchtung und Kühlung des Rauchgases erzielt, wobei der Zugwiderstand um etwa 50 % erhöht wird. Erfindungsgemäß sind hier zwei Ausgestaltungen und Anordnungen der ersten, zweiten, vierten und fünften Kammer um die dritte Kammer herum vorgesehen. Bei der ersten Anordnung liegen die erste, zweite, vierte und fünfte Kammer auf demselben Kreisbogen, wobei das Bogenmaß jeweils kleiner π/2 ist. Bei der zweiten Anordnung liegen die vierte und fünfte Kammer konzentrisch außen um die ersten und zweite Kammer herum, wobei das Bogenmaß jeweils größer π/2 und kleiner π ist. Analog zu dieser 5-Kammern-Ausgestaltung des Filterelements, bzw. des Rohrkörpers können eine sechste und siebente Kammer vorgesehen sein, wobei der Anordnung entsprechend der Anordnung der vierten und fünften Kammer ausgeführt sein kann.A further embodiment of the filter element or filter or of the tubular body according to the invention is characterized in that the flue gas channel has at least five interconnected chambers, the first, second, fourth and fifth chambers each having a circular ring-shaped cross-section with an arc measure < π, preferably < π/2, and the third chamber has a circular cross-section. This achieves a further extension of the flue gas channel, whereby the tubular body can retain its length or even be made shorter. By "connecting the five chambers in series" to form a loop-shaped flue gas channel with a relatively large cross-section, a further improved filtering effect, dehumidification and cooling of the flue gas is achieved, whereby the draft resistance is increased by approximately 50%. According to the invention, two embodiments and arrangements of the first, second, fourth and fifth chambers are provided around the third chamber. In the first arrangement, the first, second, fourth and fifth chambers lie on the same circular arc, whereby the arc measure is smaller than π/2 in each case. In the second arrangement, the fourth and fifth chambers are located concentrically around the outside of the first and second chambers, with the radian measure being greater than π/2 and less than π. Analogous to this 5-chamber design of the filter element or the tubular body, a sixth and seventh chamber can be provided, whereby the arrangement can be designed in accordance with the arrangement of the fourth and fifth chambers.
Entsprechend der jeweils vorgesehenen Verwendung des Filterelements oder Filters sind erfindungsgemäß eine zylinderartige Form und eine kegelstumpfartige Form vorgesehen: Die zylinderartige Form ist dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der ersten Stirnseite gleich dem Durchmesser der zweiten Stirnseite ist. Die zylinderartige Form ist somit besonders geeignet für stabförmige Artikel, wie selbstgedrehte Zigaretten, Filterzigaretten, Multifilterzigaretten oder HNB-Zigaretten, bei letzteren ist das Filterelement quasi als ein Segment integriert in den jeweiligen Multisegmentfilter bzw. in die HNB-Zigarette. Die Durchmesser betragen 7 bis 10 mm und werden auf die Durchmesser der jeweils vorgesehen stabförmigen Artikel abgestimmt. Das Filterelement bzw. der Rohrkörper weist dabei eine Länge im Bereich von 15 bis 25 mm auf.According to the invention, a cylindrical shape and a truncated cone shape are provided depending on the intended use of the filter element or filter: The cylindrical shape is characterized in that the diameter of the first end face is equal to the diameter of the second end face. The cylindrical shape is therefore particularly suitable for rod-shaped articles, such as hand-rolled cigarettes, filter cigarettes, multi-filter cigarettes or HNB cigarettes, in the latter case the filter element is integrated as a segment into the respective multi-segment filter or into the HNB cigarette. The diameters are 7 to 10 mm and are matched to the diameters of the respective rod-shaped articles. The filter element or the tubular body has a length in the range of 15 to 25 mm.
Die kegelstumpfartige Form ist dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der ersten Stirnseite verschieden zu dem Durchmesser der zweiten Stirnseite ist, wodurch die Außenkontur des Filterelements in Längsrichtung konisch ausgebildet ist und der Konuswinkel α bezogen auf die Mittelachse des Filterelements im Bereich zwischen 0,3° und 6°, vorzugsweise zwischen 0,5° und 3°, besonders bevorzugt zwischen 0,8° und 1,5°, liegt. Die Durchmesser der ersten Stirnseite beträgt ca. 7 bis 15 mm, der Durchmesser der zweiten Stirnseite beträgt ca. 5 bis 10 mm, wobei die Durchmesser auf das jeweils vorgesehen Rauchgerät, bspw. eine Tabakpfeife abgestimmt sind. Gleiches gilt für die Länge des Filterelements bzw. Rohrkörpers, die im Bereich von 15 bis 50 mm liegt.The truncated cone shape is characterized in that the diameter of the first end face is different from the diameter of the second end face, whereby the outer contour of the filter element is conical in the longitudinal direction and the cone angle α in relation to the center axis of the filter element is in the range between 0.3° and 6°, preferably between 0.5° and 3°, particularly preferably between 0.8° and 1.5°. The diameter of the first end face is approximately 7 to 15 mm, the diameter of the second end face is approximately 5 to 10 mm, with the diameters being matched to the intended smoking device, e.g. a tobacco pipe. The same applies to the length of the filter element or tubular body, which is in the range of 15 to 50 mm.
Die kegelstumpfartige Form ist besonders geeignet für Tabak- und Cannabispfeifen, Zigarren-, Zigarillo- und Zigarettenspitzen sowie Shishas (Wasserpfeifen) oder für konisch gewickelte Rauchwaren, wie z.B. Cannabis-Joints. In der Regel weisen diese Filterelemente einen größeren Durchmesser an der ersten Stirnseite mit der Eintrittsöffnung des Rohrkörpers auf. Aufgrund der Konizität haben diese Filter zugleich eine dichtende und eine klemmende bzw. fixierende Funktion beim Einführen oder Einsetzen in eine Aufnahmebohrung des Mundstücks einer Pfeife bzw. einer Zigarren-, Zigarillo- oder Zigarettenspitzen. Die Handhabung des Filterelements beim Einführen oder Einsetzen wird zudem durch Einlauffasen an beiden Stirnseiten des Filterelements unterstützt.The truncated cone shape is particularly suitable for tobacco and cannabis pipes, cigar, cigarillo and cigarette holders as well as shishas (water pipes) or for conically wound smoking products such as cannabis joints. These filter elements usually have a larger diameter on the first end face with the inlet opening of the pipe body. Due to the conicity, these filters have both a sealing and a clamping or fixing function when inserted or inserted into a receiving hole in the mouthpiece of a pipe or a cigar, cigarillo or cigarette holder. The handling of the filter element when inserting or inserting is also supported by run-in bevels on both ends of the filter element.
Um die Echtheit und/oder die Herkunft eines Filterelements oder Filters nachweisen zu können, ist in die Außenwandung des äußeren Rohres des Rohrkörpers ein sichtbares und/oder fühlbares Markenzeichen und/oder eine Herstellerkennzeichnung und/oder eine Artikelnummer durch 3-D-Druck und/oder einen Laserstrahl eingearbeitet. Hiermit erhöht sich die Wertigkeit des Filters und es ist zudem der Vorteil eines gewissen Plagiatschutzes gegeben.In order to be able to prove the authenticity and/or origin of a filter element or filter, a visible and/or tangible trademark and/or a manufacturer's identification and/or an article number is incorporated into the outer wall of the outer tube of the tube body using 3D printing and/or a laser beam. This increases the value of the filter and also offers the advantage of a certain degree of protection against plagiarism.
Vorteilhafterweise ermöglicht das Filterelement oder der Filter, um die Filterwirkung zu erhöhen, auch eine Aufnahme eines Filterstöpsel aus synthetischen oder natürlichen Fasern in der stirnseitigen Austrittsöffnung des Rauchgaskanals, was zugleich mit einer Vergrößerung des Zugwiderstands einhergeht.Advantageously, in order to increase the filtering effect, the filter element or the filter also allows the inclusion of a filter plug made of synthetic or natural fibres in the front outlet opening of the flue gas duct, which at the same time is accompanied by an increase in the draught resistance.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Filterelements oder Filters für Rauchgeräte, Rauchwaren und stabförmige rauchfreien Inhalatoren, welches bzw. welcher als monolithischer keramischer Rohrkörper ausgebildet ist, wobei das Verfahren ein 3-D-Druckverfahren mittels einer 3-D-Druckeinrichtung ist, welche wenigstens einen Speicher für Substratteilchen, wobei die Substratteilchen ausgewählt sind aus der Gruppe keramische Substratteilchen, und eine Steuerungseinheit und eine Düseneinheit mit wenigstens einer Auftragsdüse und/oder eine Lasereinheit und/oder ein bewegbarer Werkstückhalter und ein Antriebsystem zum Bewegen der wenigstens einen Auftragsdüse und/oder der Lasereinheit und/oder des bewegbarer Werkstückhalters umfasst, mit den Schritten:
- a) Laden einer Basiskonfiguration des Rohrkörpers in Form eines 3-D-Schichten-Modells in die Steuerungseinheit,
- b) Eingeben oder Laden der Länge und/oder des Durchmessers der ersten Stirnseite und des Durchmessers der zweiten Stirnseite des Rohrkörpers in die Steuerungseinheit,
- c) Berechnen und Erstellen eines 3-D-Schichten-Modells der Endkonfiguration des Rohrkörpers und Bereitstellen von ermittelten Daten durch die Steuerungseinheit für das Antriebssystem und die Düseneinheit,
- d) Übertragen der ermittelten Daten auf das Antriebssystem und die Düseneinheit,
- e) Einstellen einer Basisebene für den 3-D-Druck mittels der 3-D-Druckeinrichtung,
- f) Drucken der ersten Stirnseite in Form einer ersten kreisförmigen Schicht, die wenigstens eine eingebettete Leerfläche aufweist, gemäß eines vorbestimmten Querschnitts des zu bildenden Rohrkörpers,
- g) Drucken einer zweiten kreisförmigen Schicht, die wenigstens eine eingebettete Leerfläche aufweist, gemäß eines vorbestimmten Querschnitts des zu bildenden Rohrkörpers,
- h) Drucken einer weiteren kreisförmigen Schicht, die wenigstens eine eingebettete Leerfläche aufweist, gemäß eines vorbestimmten Querschnitts des zu bildenden Rohrkörpers,
- i) Wiederholen des Schrittes h) bis zur Ebene der zweiten Stirnseite des zu bildenden Rohrkörpers,
- j) Drucken der zweiten Stirnseite in Form einer kreisringförmigen Schicht des zu bildenden Rohrkörpers.
- k) Bereitstellen des Rohrkörpers für eine nachgeordnete, insbesondere thermische Behandlung.
- a) Loading a basic configuration of the pipe body in the form of a 3D layer model into the control unit,
- b) entering or loading the length and/or diameter of the first end face and the diameter of the second end face of the pipe body into the control unit,
- c) Calculating and creating a 3D layer model of the final configuration of the pipe body and providing the determined data by the control unit for the drive system and the nozzle unit,
- d) Transferring the determined data to the drive system and the nozzle unit,
- e) Setting a base plane for 3D printing using the 3D printing device,
- f) printing the first end face in the form of a first circular layer having at least one embedded empty area, according to a predetermined cross-section of the tubular body to be formed,
- g) printing a second circular layer having at least one embedded empty area according to a predetermined cross-section of the tubular body to be formed,
- h) printing a further circular layer having at least one embedded empty area according to a predetermined cross-section of the tubular body to be formed,
- i) repeating step h) up to the level of the second end face of the tubular body to be formed,
- j) Printing the second end face in the form of an annular layer of the tubular body to be formed.
- k) Providing the pipe body for subsequent treatment, in particular thermal treatment.
Das Laden einer ersten Konfiguration des Filterelements bzw. Rohrkörpers in Form eines 3-D-Schichten-Modells und das nachfolgende Eingeben oder Laden der Länge und/oder der Durchmesser in vorgebbaren Grenzen und anschließendem Ermitteln einer zweiten Konfiguration, nämlich der Zielkonfiguration des Filterelements bzw. Rohrkörpers ermöglicht eine Herstellung mit einer große Formen-, Formatvielfalt ohne auf eine entsprechende Anzahl von Gießformen angewiesen zu sein. Hier sind insbesondere zu nennen: Anpassung der Konizität und Länge für eine Nutzung bzw. Verwendung in einer Filterkammer einer Tabakpfeife. Anpassung des Durchmessers und der Länge für eine Nutzung bzw. Verwendung in stabförmigen Produkten, wie Zigaretten, Multisegmentfilter und rauchfreie Inhalatoren mit feinabgestuften Durchmessern im Zehntelmillimeterbereich und mit engen Längentoleranzen.Loading a first configuration of the filter element or tubular body in the form of a 3D layer model and then entering or loading the length and/or diameter within predeterminable limits and then determining a second configuration, namely the target configuration of the filter element or tubular body, enables production with a large variety of shapes and formats without having to rely on a corresponding number of molds. In particular, the following should be mentioned here: Adaptation of the conicity and length for use in a filter chamber of a tobacco pipe. Adaptation of the diameter and length for use in rod-shaped products such as cigarettes, multi-segment filters and smoke-free inhalers with finely graduated diameters in the tenth of a millimeter range and with narrow length tolerances.
Nicht zuletzt sind durch das erfindungsgemäß vorgesehene 3-D-Druck-Verfahren auch geringe Stückzahlen des Filters oder Filterelements bei großer Formatvielfalt kostengünstig herstellbar.Last but not least, the 3D printing process provided according to the invention also makes it possible to produce small quantities of the filter or filter element cost-effectively with a wide variety of formats.
Nach dem Bereitstellen des Rohrkörpers für eine nachgeordnete Behandlung sind eine Vielzahl von Verfahren bekannt. Beispielsweise wird beim sogenannten Binder-Jetting mittels eines 3D-Druckers ein Bindemittel auf eine Schicht eines Pulvers oder Granulats aufgedruckt und anschließend in einem Ofen gebrannt und/oder gesintert wird. Der Binder wird dort thermisch bei einer Temperatur zwischen 300°C und 900°C aus einem Formteil, wie dem Rohrkörper entfernt.After the pipe body has been prepared for subsequent treatment, a variety of processes are known. For example, in so-called binder jetting, a binder is printed onto a layer of powder or granulate using a 3D printer and then fired and/or sintered in an oven. The binder is then thermally removed from a molded part, such as the pipe body, at a temperature between 300°C and 900°C.
Daneben gibt es ein weiteres 3D Druckverfahren, was hier bevorzugt ist, das mit Hilfe eines UV Monomers, ein flüssiger Kunststoff, der bei UV-Bestrahlung aushärtet, Schichtweise das Werkstück aufbaut. Hierbei sind besonders das SLA Verfahren und das DLP Verfahren hervorzuheben. Das SLA Verfahren verwendet zur Aushärtung der einzelnen Kunststoffschichten einen Laser an und das DLP Verfahren ein Display, das als Maske für die UV Bestrahlung dient. Das UV Monomer kann hierbei zusätzlich mit keramischen Substratteilchen angereichert werden, um ein Werkstück mit größtenteils keramischen Eigenschaften zu erhalten. Hierbei zu nennen sind eine höhere Festigkeit als auch eine höhere Temperaturbeständigkeit. Das Werkstück, hier der erfindungsgemäße Rohrkörper ist dabei in oder auf einem Werkstückhalter positioniert, welcher auch als bewegbarer Werkstücktisch ausgebildet sein kann.There is also another 3D printing process, which is preferred here, which builds up the workpiece layer by layer with the help of a UV monomer, a liquid plastic that hardens when exposed to UV radiation. The SLA process and the DLP process are particularly noteworthy here. The SLA process uses a laser to harden the individual plastic layers and the DLP process uses a display that serves as a mask for the UV radiation. The UV monomer can also be enriched with ceramic substrate particles in order to obtain a workpiece with largely ceramic properties. These include greater strength and higher temperature resistance. The workpiece, here the tubular body according to the invention, is positioned in or on a workpiece holder, which can also be designed as a movable workpiece table.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf vier in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt:
-
1 einen Tabakpfeife im Schnitt mit einer Filterkammer und einem Filter gemäß der Erfindung; -
2 einen vergrößerten Ausschnitt aus1 im Bereich der Filterkammer; -
3 eine Außenansicht eines Filterelements oder Filters gemäß der Erfindung; -
4 eine isometrische Darstellung eines teilweise geöffneten Filters aus3 in einer ersten Ausrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform; -
5 eine isometrische Darstellung eines teilweise geöffneten Filters aus3 in einer zweiten Ausrichtung gemäß der ersten Ausführungsform; -
6 einen Längsschnitt des Filters gemäß einer zweiten Ausführungsform; -
7 einen Querschnitt des Filters aus6 an der Schnittlinie A - A; -
8 eine isometrische Darstellung eines teilweise geöffneten Filters aus3 in einer ersten Ausrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform; -
9 eine isometrische Darstellung eines teilweise geöffneten Filters aus3 in einer zweiten Ausrichtung gemäß der dritten Ausführungsform und -
10 einen Längsschnitt des Filters aus3 gemäß einer vierten Ausführungsform.
-
1 a tobacco pipe in section with a filter chamber and a filter according to the invention; -
2 an enlarged section of1 in the area of the filter chamber; -
3 an external view of a filter element or filter according to the invention; -
4 an isometric view of a partially opened filter from3 in a first orientation according to a first embodiment; -
5 an isometric view of a partially opened filter from3 in a second orientation according to the first embodiment; -
6 a longitudinal section of the filter according to a second embodiment; -
7 a cross-section of thefilter 6 at the intersection line A - A; -
8th an isometric view of a partially opened filter from3 in a first orientation according to a third embodiment; -
9 an isometric view of a partially opened filter from3 in a second orientation according to the third embodiment and -
10 a longitudinal section of thefilter 3 according to a fourth embodiment.
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Bezugszeichenliste:List of reference symbols:
- 11
- Filterelement, Filterfilter element, filter
- 22
- RohrkörperPipe body
- 33
- TabakpfeifeTobacco pipe
- 44
- RauchkammerSmoke chamber
- 55
- RauchkanalSmoke channel
- 66
- FilterkammerFilter chamber
- 77
- MundstückMouthpiece
- 88th
- AufnahmezapfenMounting pin
- 99
- PfeifenkopfPipe bowl
- 1010
- MantelflächeShell surface
- 1111
- erste Stirnseitefirst front side
- 1212
- EintrittsöffnungEntrance opening
- 1313
- zweite Stirnseitesecond front side
- 1414
- AustrittsöffnungOutlet opening
- 1515
- erste Kammerfirst chamber
- 1616
- zweite Kammersecond chamber
- 1717
- dritte Kammerthird chamber
- 1818
- Trennwandpartition wall
- 1919
- DurchtrittsöffnungPassage opening
- 2020
- RauchgaskanalFlue gas duct
- 2121
- inneres Rohrinner tube
- 2222
- äußeres Rohrouter tube
- 2323
- GitterGrid
- 2424
- Stegweb
- 2525
- StrömungsbarrierenFlow barriers
- 2626
- RohrwandungPipe wall
- 2727
- RohrwandungPipe wall
- 2828
- Fase Chamfer
- αα
- KonuswinkelCone angle
- VV
- StrömungsrichtungFlow direction
Claims (10)
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DE102022004776.4A DE102022004776B3 (en) | 2022-12-17 | 2022-12-17 | Filter element or filter for smoking devices, smoking articles and smokeless inhalers and method for producing such a filter element or filter |
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---|---|
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US5101838A (en) | 1988-10-19 | 1992-04-07 | Burger Soehne Ag Burg | Article for simulation of smoking |
DE4313847C1 (en) | 1993-04-27 | 1994-04-21 | Hans Elstner | Smoke filter for pipes, cigars and cigarettes - has closure plug for paper casing filled with granular material comprising body with circular cylindrical and blunt conical sections |
WO2019056029A1 (en) | 2017-09-19 | 2019-03-28 | Eibel David | Attachment for helping smokers to give up smoking |
WO2021123824A1 (en) | 2019-12-20 | 2021-06-24 | Nicoventures Trading Limited | Component for use in an aerosol provision system |
DE102020131196A1 (en) | 2020-11-25 | 2022-05-25 | PURIZE Filters GmbH & Co. KG | Conical filter for smoking products |
-
2022
- 2022-12-17 DE DE102022004776.4A patent/DE102022004776B3/en active Active
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