DE2147346A1

DE2147346A1 - Tabakrauchfilter

Info

Publication number: DE2147346A1
Application number: DE19712147346
Authority: DE
Inventors: Sydney London Ruback
Original assignee: Cigarette Components Ltd., London
Priority date: 1970-10-01
Filing date: 1971-09-22
Publication date: 1972-04-06
Also published as: AR193355A1; GB1318113A; NL7113410A; FR2109918A5; IE35668B1; NO129978B; AT306606B; IL37632A; TR16982A; IL37632A0; CH534489A; AU3378071A; IE35668L; ZA716544B; BR7106303D0

Description

WpWng.lH.BAHR .

Cigarette Components Ltd. in London (Großbritannien)

Tabakrauchfilter

Die Erfindung betrifft ein Tabakrauchfilter, vorzugsweise zur Befestigung an Zigaretten, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Es sind Zigarettenfilter bekannt, die aus aus Fasern oder Fäden gebildeten Stäben gefertigt sind, wobei die Fasern oder Fi den an ihren Berührungspunkten miteinr ander verbunden sind. Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, derartige Tabakrauchfilter zu verbessern.

Die Erfindung betrifft somit ein Tabakrauchfilter mit einem sich axial erstreckenden,, röhrenförmigen äußeren Element, innerhalb dessen ein sich axial erstreckender, luftdurchlässiger Stab aus Fasern oder Fäden angeordnet ist, dessen Mantelfläche, zumindest über einen Teil, die Innenfläche des äußeren Elementes berührt, um in den Berührungsbereichen einen Hindurchgang von ungefiltertem Rauch im wesentlichen auszuschließen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Stab in axial von seinen Enden und axial voneinander entfernten Bereichen mit mindestens einer Ausnehmung versehen ist, welche von Teilen der luftdurchlässig auegebildeten Ober-

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fläche des Stabes und von Teilen der inneren Oberfläche des röhrenförmigen äußeren Elementes umschlossen ist.

Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zur Herstellung eines Tabakrauchfilters, wobei ein sich axial erstreckender Stab aus an ihren Berührungspunkten miteinander verbundenen Pasern oder Fäden gefertigt wird, dieser Stab durch ein sich axial erstreckendes, röhrenförmiges äußeres

ψ Element umhüllt wird und die innere Oberfläche des äußeren Elementes mit der äußeren Oberfläche des inneren Elementes teilweise in Berührung gebracht wird, um in den Berührungsbereichen einen Hindurchgang von ungefiltertem Rauch im wesentlichen auszuschließen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der Stab in axial von seinen Enden und axial voneinander entfernten Bereichen mit zumindest einer Ausnehmung ausgebildet wird, welche teilweise durch die luftdurchlässig gestaltete Oberfläche des Stabes begrenzt wird, wo- rauf Teile der inneren Oberfläche des äußeren Elementes mit Teilen der äußeren Oberfläche des Stabes in Berührung gebracht werden und damit die Ausnehmung vollständig eingeschlossen wird.

Die Ausnehmungen im Stab bewirken, daß der Strömungswiderstand des Strömungspfades für den Rauch gegenüber dem Strömungswiderstand eines Pfades, der durch vollständig mit Fasern oder Fäden erfüllte Bereiche hindurchführt, herabgesetzt wird. Der Rauch gelangt zuerst in ein Ende des

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Stabes, das mit Fasern oder Fäden erfüllt ist, tritt dann gegebenenfalls in eine Ausnehmung ein, tritt von dort wieder in einen Bereich ein, der mit Fasern oder Fäden erfüllt ist, gelangt von dort in eine weitere Ausnehmung, die von der ersten Ausnehmung axial entfernt ist, und kommt schließlich zum anderen Ende des Stabes, welches wiederum mit Fasern oder Fäden erfüllt ist. Ein Filter nach der Erfindung hält einen größeren Anteil an im Tabakrauch enthaltenen Partikeln zurück, als ein ähnliches Filter, das aus einem durch Fasern oder Fäden gebildeten zylindrischen Stab besteht, in dem die Fasern oder Fäden gleichmäßig verteilt sind und das einen gleichen Druckabfall verursacht. Anders ausgedrückt, weist ein erfindungsgemäßes Filter einen geringeren Druckabfall auf, als ein Filter, das aus einem ähnlichen Stab, jedoch ohne Ausnehmungen gefertigt ist. Der Unterschied im Druckabfall hängt vom Volumen, der Anzahl und der Anordnung der vorgesehenen Ausnehmungen ab.

Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert:
Es zeigen:
Fig. 1 eine Filterzigarette mit einem erfindungsgemäßen

Filter,
Fig. 2 einen Querschnitt gemäß der Linie 2-2' der Fig. 1,

die
Fig. 3 und 4 Querschnitte durch gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 2 geänderte Ausführungsformen eines

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Filters und

Pig. 5 eine Einrichtung zur Fertigung eines erfindungsgemäßen Filters.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Tabakstab 1 dargestellt, der aus von einer Papierhülle 2 umgebener, geschnittenem Tabak besteht. Am Tabakstab 1 ist mittels eines Korkpapieres 4 ein Filter 5 befestigt; Das Filter 5 besteht aus einem Stab 6 aus gekräuselten, fortlaufenden Fäden aus Zelluloseazetat, der von einer röhrenförmigen Hülle 7 aus steifem Papier umgeben ist. Der Filterstab 6 ist in diametral gegenüberliegenden Bereichen mit Ausnehmungen 10 und 11 versehen, die durch Bereiche 12 und 13, die durch einen Bereich 14 miteinander verbunden sind, voneinander getrennt sind. Axial hievon entfernt ist der Stab 6 mit weiteren ähnlichen Ausnehmungen 16, 17 versehen. Die Ausnehmungen 10, 11, 16 und 17 verjüngen sich in der Ebene der Fig. 2 und in einer zu dieser normal stehenden Ebene, wodurch ihre axiale Länge nahe der Achse des Stabes 6 geringer ist als in der Mantelfläche. Wie nachstehend noch näher erläutert werden wird, können die zueinander diametral angeordneten Ausnehmungen 10, 11 und die weiteren Ausnehmungen 16, 17, welche sich im rechten Winkel zu den Ausnehmungen 10, 11 befinden, durch Verformung des ursprünglich unverformten Stabes gebildet werden. Derart sind die Fäden des Stabes in den Bereichen 12 und 13 auf eine größere Dichte verpreßt, als dies vor der Verformung der Fall war und tritt somit

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beim Hindurchgang von Tabakrauch in diesen Bereichen ein wesentlich größerer Widerstand auf als- in den Ausnehmungen 10, 11, 16 und 17.

Um zu gewährleisten, daß der Rauch leicht in die Ausnehmungen eintreten kann, muß bei der Verformung des Stabes darauf geachtet werden, daß die Fäden an der Oberfläche der Ausnehmungen nicht so weitgehend verdichtet werden, daß die Oberfläche luftundurchlässig wird. An den Enden 18 und 19 des Stabes 6 berührt dessen äußere Oberfläche die innere Oberfläche der Röhre 7. Vorzugsweise sind diese beiden Oberflächenbereiche miteinander abdichtend verbunden. Darüber hinaus steht auch der Bereich 22 des Stabes 6, der zwischen den beiden Paaren der Ausnehmungen 10, 11, 16 und 17 liegt, über seinen gesamten Umfang mit der inneren Oberfläche der Röhre 7 in Berührung und ist vorzugsweise mit dieser ebenfalls verbunden.

Wenn durch das in den Pig. I und 2 dargestellte Filter Rauch hindurchtritt, tritt ein großer Teil desselben in das erste Paar der Ausnehmungen 10, 11 ein, der Rest des Rauches wird zwischen den Fäden in den Bereichen 12 und 13 geführt. Ein großer Teil dieses Rauches zusammen mit einem großen Teil des Rauches, der durch die Ausnehmungen 10, 11 hindurchgetreten ist, tritt darauf in die Ausnehmungen 16, 17 ein. Derart wird ein vervielfachter Filtrierungseffekt erzielt.

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Der axiale Abstand der Paare der Ausnehmungen 10, 11 sowie 16, 17 kann beliebig verändert werden. Soferne diese Paare voneinander weit entfernt sind, wirkt das Filter in der erforderlichen Weise, muß es jedoch unter umständen relativ lang ausgebildet sein, um eine hinreichend lange Oberfläche zur Abdichtung des äußeren Elementes mit den Enden 18 und zu erzielen, um dort einen Hindurchgang von ungefiltertem ^ Rauch auszuschließen.

Soferne sie hingegen zu eng aneinander angeordnet sind, tritt bei vorgegebenem Druckabfall ein Abfall in der Rückhaltung von Tabakrauchpartikeln auf. Die Ausnehmungen können jedoch so weit aneinander angeordnet sein, daß sich kleine Teilbereiche jeder der Ausnehmungen der Paare überschneiden. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann ein achsnormal und et it tig zwischen den Zentren der beiden Bereiche mit Ausnehmungen geführter Schnitt durch beide Paare der Ausnehmungen hindurchgehen.

In den Fig. 3 und 4 sind Querschnitte durch andere Ausführungsformen nach der Erfindung dargestellt. Gemäß Fig. 3 ist eine einzige keilförmige Ausnehmung 50 vorgesehen, die " von Bereichen 51 und 52 umgeben ist. Mit strichlierten Linien ist die Lage einer ähnlichen weiteren Ausnehmung 53 dargestellt, welche von der Ausnehmung 50 axial entfernt ist. In Fig. h sind Ausnehmungen 55» 56, 57 und 58 dargestellt, die die Form von sich radial erweiternden Keilen

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aufweisen. In der gleichen Weise können 3ie sich auch in der Längsrichtung erweitern« Ähnliche Ausnehmungen können im Winkel versetzt und axial entfernt angeordnet sein. Die Lage einer solchen Ausnehmung 60 ist ebenfalls strichliert dargestellt. Im allgemeinen kann bei Filtern nach der Erfindung eine relativ klein Zahl großer Ausnehmungen oder eine große Zahl kleiner Ausnehmungen vorgesehen sein. Die Ausnehmungen sind in voneinander axial getrennten Bereichen angeordnet und sind weiters vorzugsweise gegeneinander im Winkel versetzt, wodurch Rauch, der durch die Pasern oder Fäden, die eine strömungsaufwärts gelegene Ausnehmung umgeben, hindurchgetreten ist, in eine strömungsabwärts gelegene Ausnehmung eindringt. Derart ist gewährleistet, daß nahezu der gesamte Rauch, der durch das Filter hindurchströmt, zumindest in eine Ausnehmung eintritt.

Obgleich der Stab aus irgendeinem geeigneten Faser- oder Fadenmaterial gefertigt werden kann, wird ein Tau aus Zelluloseazetat bevorzugt, da es mit Hilfe von flüssigen Plastizierungsmitteln gebunden werden kann und weiters mit Hilfe von erhitzten Verformungswerkzeugen leicht in der in der Zeichnung dargestellten Weise verformt werden kann. Da die Fasern des Taus, sobald sie erhitzt werden, gleichmäßig erweicht werden, ohne zu fließen, verschmelzen sie nicht in eine undurchlässige Haut. Materialien, die eine niedrige

Schmelzviskosität

aufweisen, können nur dann verarbeitet werden,

wenn die Temperatur der Verformungswerkzeuge sorgfältig gesteuert wird. Feine Fasern, insbesonder solche, deren Denier

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geringer als 2,5 ist, werden bevorzugt, da sie bei einem vorgegebenen Druckabfall die höchste Rückhaltung gewährleisten. So wurden Pasern mit einem Denier von 1,6 als besonders geeignet befunden.

Beispiele:

Filter mit einer Länge von 20 mm und einer Ausbildung die in den Fig. 1 und 2 .dargestellt ist, wurden mit bekannten Filtern verglichen, die aus Fasern aus Zelluloseazetat gefertigt waren und den gleichen Druckabfall aufwiesen, jedoch mit keinen Ausnehmungen versehen waren. Die Daten verschiedener Ausführungsformen sind in der nachstehenden Tabelle angeführt.

Es wird dabei davon ausgegangen, daß durch das Filter 17,5 cm Luft/sec hindurchgeleitet werden.

Umfang Tau Druckabfall Erfindungsgegen- Stand der Steigerung

(mm) (Denier) (mm Wasser- stand Technik der Rücksäule) Länge Zurück- Zurück- haltung an der haltung haltung Teer (JJ) Aus- an Teer an Teer nehmung (JO (%)

24.8	1.6/52000	43	1	*3,5	35.5	8.0
24.8	1.6/52000	53	2	47.5	40.0	7.5
24.8	1.6/52000	62	1	51.0	44.0	7.0
25.0	1.6/57000	65	1	52.0	45.5	6.5
24.8	1.6/57000	69	2	53.0	47.0	6.0

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Der erfinderische Effekt kann aus dieser Tabelle klar ersehen werden.

Anhand der Fig. 5 ist ein Verfahren zur Herstellung von erfindungsgemäßen Tabakrauchfiltern z.B. aus Zelluloseazetat näher erläutert:

Einer bekannten Einrichtung 30, beispielsweise derjenigen, die in der britischen Patentschrift Nr. 765 96l beschrieben ist, werden gekräuselte Fasern aus Zelluloseazetat zugeführt. In der Vorrichtung werden die Fäden voneinander getrennt sowie auseinander verschoben und mit Grlyzerintriazetat

-■ -. besprüht.

Die Einrichtung 30 gibt ein Band 31 ab, das einer Einrichtung 32 zur Bildung eines Stabes zugeführt wird, in welcher sie in einen nicht umwickelten, deformationsbeständigen, fortlaufenden, zylindrischen Stab 33 verarbeitet werden, beispielsweise kann dabei das Verfahren verwendet werden, das in der britischen Patentschrift Nr.1I69 932 beschrieben ist. In einer Verformungseinrichtung 3^ wird der J Stab 33 in den erwünschten Bereichen mit Ausnehmungen versehen, wodurch ein fortlaufender Stab 36 gefertigt wird, der abwechselnd Bereiche, die Ausnehmungen aufweisen, und Bereiche, die keine Ausnehmungen aufweisen, enthält. Hierzu werden erhitzte Verformungswerkzeuge verwendet, welche in die und aus der Bewegungsbahn des Stabes 33 beilegt werden und diesen in voneinander axial entfernten Bereichen verformen, wobei die Fäden, die sichin den Nachbarbereichen

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der Ausnehmungen, also in den Bereichen 12 und 13 der Fig 2 befinden, verdichtet werden.

Um die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Stäbe zu formen, sind in der Verformungseinrichtung 34 vier mit Zähnen versehene und erhitzbare Räder vorgesehen, die in zwei in Längsrichtung voneinander im Abstand befindlichen Paaren

angeordnet sind, wobei die Achsen des einen Paares mit den Achsen des anderen Paares einen rechten Winkel einschließen. Die Zähne verformen aufeinanderfolgend im Winkel gegeneinander versetzte Bereiche des Stabes 33· Die Rä-der werden dabei synchron mit der Bewegung des Stabes 33 angetrieben. Soferne dies erwünscht ist, können die Achsen sämtlicher Räder in einer einzigen Normalebene der Achse des Stabes liegen. In diesem Fall werden- die Zähne des einen Räderpaares gegenüber den Zähnen des anderen Räderpaares versetzt, um die in axialem Abstand befindlichen Verformungen

zu erzielen. Von einer Spule 40 wird ein kontinuierliches j Papierband 4l abgegeben, das einer FormatkaBBaer 42 zugeführt wird, wo es eng um den Stab 36 gewickelt wird und das röhrenförmige äußere Element bildet. Die Ränder des Bandes 4l werden überlappt und mittels eines verklebten Saumes in j bekannter Weise in ihrer Lage gehalten. Mittels einer Bandtrommel 44 wird ein Förderband 43 über Spannungswalzen 45 durch die Formatkammer hindurchgeleitet.

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Weiters ist eine Heizeinrichtung 46 vorgesehen, mittels welcher der Klebstoff im Saum des röhrenförmigen äußeren Elementes getrocknet wird, um die Fertigung des Stabes 47» welcher eine Aufeinanderfolge von Filtern bildet, zu vervollständigen. Mittels einer Trenneinrichtung 48 werden durch die nicht verformten Bereiche des Stabes 47 Schnitte geführt und wird somit der Stab 47 in Filterstäbe 49 unterteilt.

Die Stäbe 49 werden durch Filterzigarettenmaschinen in Filterstücke doppelter Länge unterteilt, deren Enden mittels eines Streifens aus z.B. Korkpapier mit den Enden eines Tabakstabes verbunden werden. Diese Stäbe werden schließlich zur Fertigung von zwei Filterzigaretten in ihrer Mitte zertrennt. Soferne dies erwünscht ist, kann die Oberfläche des Bandes 41 vollständig oder längs querverlaufender Linien mit Klebstoff beschichtet werden, um eine hinreichende Abdichtung der nicht verformten Bereiche des Stabes 36 gegenüber der inneren Oberfläche des röhrenförmigen äußeren Elementes zu gewährleisten.

Die Fertigung des Stabes, dessen Verformung und dessen Umhüllung können auch in voneinander getrennten Vorrichtungen erfolgen. Beispielsweise kann ein fortlaufender, nicht verformter Stab wie dies in der britischen Patentschrift Nr. 1 169 932 beschrieben ist, gefertigt, in Stücke unterteilt und darauf in den gewünschten Bereichen mittels erhitzter '

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Werkzeuge mit Ausnehmungen versehen sowie schließlich von einem Papierbän umhüllt werden. Weiters können Stäbe mit Ausnhemungen jedoch ohne röhrenförmiges äußeres Element gefertigt werden und kann der Stab unter Auslassung des Verfahrensschrittes der Umhüllung von der Verformungseinrichtung direkt zur Schneideinrichtung zugeführt werden. Die so gefertigten Stäbe können mittels eines Mundstückmaterxals, welches als äußeres Element dient, an den Zigaretten befestigt werden.

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Claims

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Patentansprüche

Tabakrauchfilter mit einem sich axial erstreckenden, röhrenförmigen äußeren Element, innerhalb dessen ein sich axial erstreckender, luftdurchlässiger Stab aus Pasern oder Fäden angeordnet ist, dessen Mantelfläche zumindest über einen Teil die Innenfläche des äußeren Elementes berührt, um in diesen Berührungsbereichen einen Hindurchgang von ungefiltertem Rauch im wesentlichen auszuschließen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (6) in axial von seinen Enden und axial voneinander entfernten Bereichen mit mindestens einer Ausnehmung(10, 11; 50; 55 bis 58) versehen ist, welche von Teilen der luftdurchlässig ausgebildeten Oberfläche des Stabes (6) und von Teilen der Innenfläche des röhrenförmigen, äußeren Elementes (7) umschlossen ist.
2. Tabakrauchfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (10, 11; 55 bis 58) in einem ersten Bereich gegenüber den Ausnehmungen (16, 17; 60) in einem zweiten Bereich im Winkel versetzt angeordnet sind (Fig. 2, Fig. 4)

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3. Tabakrauchfilter nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der voneinander axial entfernten Bereiche zumindest zwei einander diametral gegenüberliegende Ausnehmungen (10, 11, 16, 17) vorgesehen sind, wobei der Durchmesser, der die beiden Ausnehmungen (10, 11) eines ersten Bereiches verbindet, im rechten Winkel zu dem die beiden Ausnehmungen (16, 17) im zweiten Bereiche ver-

bindenden Durchmesser steht (Fig. 2).
4. Tabakrauchfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der voneinander axial entfernten Bereichen eine Mehrzahl voneinander im Winkelabstand befindlicher Ausnehmungen (55 bis 58) vorgesehen ist, welche bei der Mantelfläche des Stabes (6) beginnen und sich zur Achse des Stabes hin verjüngen (Fig. 4).
5. Tabakrauchfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, Ψ dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Ausnehmungen nahe der Achse des Stabes (6) geringer ist als nahe der Mantelfläche des Stabes.
6. Tabakrauchfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen in einem Bereich sich in axialer Richtung so weit erstrecken, daß sie sich mit den Ausnehmungen im anschließenden Bereich überlappen.

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7. Tabakrauchfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (6) aus Fasern oder Fäden mit einem Denier von weniger als 2,5 gebildet ist.
8. Tabakrauchfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der äußeren Oberfläche des Stabes (6) mit der inneren Oberfläche des röhrenförmigen äußeren Elementes (7) verbunden ist.
9. Tabakrauchfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur in zwei voneinander axial entfernten Bereichen Ausnehmungen vorgesehen sind.
10. Tabakrauchfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab Fasern oaer Fäden aus Zelluloseazetat enthält.
11. Verfahren zur Herstellung eines Tabakrauchfilters durch Formung eines sich axial erstreckenden Stabes aus Fasern oder Fäden, die an ihren Berührungspunkten miteinander verbunden sind, Umhüllung des Stabes durch ein sich axial erstreckendes, röhrenförmiges äußeres Element, Inberührungbringen von Teilen der inneren Oberfläche des äußeren Elementes mit Teilen der äußeren Oberfläche des Stabes, um dadurch in den Berührungsbereichen einen Hindurchgang von Rauch im wesentlichen auszuschließen, gekennzeichnet durch Ausbildung des Stabes (6) in von seinen

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Enden und in voneinander axial entfernten Bereichen mit zumindest einer Ausnehmung (10, 11, 16, 17] 50; 55 bis 58) welche einerseits durch einen Bereich der luftdurchlässig ausgebildeten Oberfläche des Stabes (6)' und andererseits nachdem Teile der inneren Oberfläche des röhrenförmigen, äußeren Elementes (7) mit Teilen der äußeren Oberfläche des Stabes (6) in Berührung gebracht wurden, durch Bereiche des äußeren Elementes (7) begrenzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (6) kontinuierlich gefertigt und anschließend in Filterstäbe (49} unterteilt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte der Formung der Ausnehmungen (10, 11, 16, 17; 50; 55 bis 58), der Umhüllung des Stabes (36) durch ein röhrenförmiges äußeres Element (7) und der Zerteilung des umhüllten Stabes (47) in Filterelemente (49) während der kontinuierlichen Vorwärtsbewegung des Stabes ausgeführt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der sich kontinuierlich vorwärtsbewegende Stab mit Aus nehmungen versehen und anschließend unterteilt wird, worauf die Teile von einem Nundstückmaterial umhüllt werden, durch welches 6ie direkt an umhüllten Tabakstäben befestigt werden.

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15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß üie Ausnehmungen durch zwei Paare erhitzter, gezahnter Räder hergestellt werden, deren Achsen in einer einzigen Normalebene zur Achse des Stabes liegen, wobei die Achsen jedes Rades der Paare zueinander parallel und die Achsen der beiden Paare zueinander normal liegen und weiters die Zähne jedes Rades der beiden Paare miteinander in Phase jedoch gegenüber den beiden Rädern des anderen Paares außer Phase wirken.

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