DE2258447A1 - Vorrichtung zur herstellung von tabakrauchfiltern mit diagonalem rauchfluss - Google Patents

Description

- 1 Vorrichtung zur Herstellung von Täbakrauchfiltern mit

diagonalem Rauchfluß

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Tabakrauchfiltern mit diagonalem Rauchfluß aus einem zylindrisehen Tabakrauchfilterstab·

Eine der wichtigsten Aufgaben eines Tabakrauchfilters besteht bekanntlich darin, das Vorliegen von "Teer" im Tabakrauch herabzusetzen, wobei statt "Teer" richtiger"gesamte teilchenförmige Kasse"oder Totalpartikelmasse (im folgenden abgekürzt mit TPM) gesagt werden muß. Eine weitere Aufgabe eines Tabakrauchfilters besteht darin, die Zusammensetzung des Bauchs in gewünschter Weise zu verändern, z. B· bestimmte, in der Grasphase des Tabakrauch^ vorhandene Verbindungen zu entfernen»

Um diesen Aufgaben gerecht zu werden, wurden bereite Zigarettenfilter des verschiedensten Typs vorgeschlagen. So wurden bereits Papier, Baumwolle und Celluloseacetatfasern verwendet sowie ziemlich komplizierte Anordnungen mit separaten Abschnitten aus einer Gelluloseacetatfaser mit Adsorptionskohle oder Abschnitten aus Papier und einer Gelluloseacetatfaser* In den meisten derartigen Zigarettenfiltern hat der Filter praktisch den gleichen Durchmesser wie der Tabakteil der Zigarette und variiert in seiner Länge zwischen etwa 15 und 25 mm· Die Zusammensetzung und Struktur dieser Filter ist überall über den gesamten Querschnitt praktisch gleichförmig* Der Tabakrauch durchquert den Filter von einem Ende zum anderen Ende in einer Weise, die im folgenden mit "axialer Rauchfluß" bezeichnet wird·

Der Druckabfall durch ein derartiges Filter ist bestimmt durch das Aufbaumaterial, die Packungsdichte, die Länge und den Durchmesser· Der Durchmesser, der für alle Zigarettenfilter praktisch gleich ist, stellt keine wesentliche Variable dar, die zur Beeinflussung der Filtration verwendet werden könnte. Die Gewohnheiten und der Geschmack von Zigarettenrauchern bedingen, daß der Druckabfall innerhalb eines Zigarettenfilters etwa 76 mm

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Wasser nicht übersteigt bei einer Standard-Fließrate von 35 ml pro 2 Sekunden Strömung. Bei einem gegebenen Material und einem gegebenen Aufbau eines Zigarettenfilter β kann die Fälligkeit des Filters, TPM zu entfernen, geändert werden, z. B. durch Änderung der Fackungedichte oder der Feinheit der Faser. Es gilt jedoch, daß der Druckabfall um so höher ist, je größer die THl-Entfernung ist.

Es ist bekannt, daß ein Filter mit ausreichend großer Stirnfläche praktisch die gesamte ¹FEfI bei annehmbarem Druckabfall zu entfernen vermag. Ein Beispiel für ein derartiges Filter ist der sogenannte Cambridge-Filter. Dieser Filter mit seinem axialen Rauchfluß ist jedoch unzweckmäßig, da die erforderliche Stirnfläche unvertretbar groß ist, d. h. die erforderliche Fläche ist sehr viel größer als diejenige des transversalen Querschnitts einer Zigarette.

Zur Herstellung von Zigarettenfiltern wurden auch bereite große Bündel von gekräuselten Textilfasern, die im Handel als Stränge oder Taue bekannt sind, in großem Umfange verwendet. Die weit überwiegende Anzahl der in USA zur Zeit hergestellten Zigarettenfilter wird aus derartigen Strängen, gemacht. Typische Eigenschaften, die Textilstränge für diesen Verwendungszweck geeignet machen, sind z. B* die folgenden: (1) Die Textilstränge können kontinuierlich bei sehr hohen Produktionsgeschwindigkeiten zu Filtern verarbeitet werden, (2) die aus den Strängen hergestellten Filter sind ziemlich wirksam bei der Abfangung von Nikotin und Teer, und (3) durch geeignete Auswahl von Fasern und durch Fasermodifikationen ist es möglich, bestimmte Komponenten selektiv aus dem Rauch zu entfernen.

Da jedoch die Tabakrauchfilter mit axialem Rauchfluß in bezug auf Druckabfall und Filterwirkung nicht voll zu befriedigen vermögen, wurde bereits erfolgreich versucht, diese Nachteile durch Tabakrauchfilter mit diagonalem Rauchfluß zu beheben,

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wie dies ζ. B. in der deutschen Offenlegungsschrift 2 149 768 beschrieben wird· Diese bekannten, stark verbesserten Tabakrauchfilter haben einen Filtrationskoeffizienten von etwa 0,25 oder höher bei Berechnung aus folgender Gleichung (verwiesen sei auf John E. Kiefer und George P· Touey in "Tobacco and Tobacco Smoke", Kapitel X, E. L. Wynder und D. Hoffmann, Academic Press, New York 1967)*

ν _ -Ln(I-R)

worin bedeuten:

R den Anteil des Teeres oder des Nikotins, der durch den Filter abgefangen wird,

Δ P die Druckdifferenz längs des Filters und k eine das Filtermedium betreffende Konstante·

Der Wert von k (der als Filtrationskoeffizient bezeichnet wird) für übliche bekannte, aus Textilsträngen hergestellte Filter liegt zwischen 0,13 und 0,22 je nach Größe und Typ der Fasern (unter der Annahme, daß Δ ρ in mm Wassersäule bei einer Luftströmungsrate von 17)5 ml/Sek. ausgedrückt wird)·

Der FiltrationsmechanismuB, der zu der unerwartet hohen Wirksamkeit derartiger Filter führt ist nicht völlig geklärt, doch sind bestimmte Aspekte dieses Hechanismus bereits bekannt. So hängt die Wirksamkeit und Leistungsfähigkeit eines üblichen bekannten Faserfilters von der Oberflächengröße der Fasern und der linearen Geschwindigkeit des Rauches ab. Der Druckabfall hängt von den gleichen Parametern ab, steht jedoch in einer anderen Beziehung hierzu· Bei den verbesserten Filtern mit diagonalem Rauchfluß werden diese Parameter in solcher Weise ver-

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wendet, daß eine höhere Wirksamkeit und ein. niedrigerer Druckabfall erzielt werden als dies bei einem in üblichen bekannten Filtern verwendeten Aufbau der Fall ist.

Wird die Oberflächengröße eines üblichen bekannten Filters wesentlich erhöht durch Zugabe von mehr Fasern, so steigt der Druckabfall des Filters auf einen Wert an, der jenseits des praktikablen Grenzwerts liegt. Bei den verbesserten Tabakrauchfiltern ist es demgegenüber gelungen, die Oberflächengröße zu erhöhen ohne daß ein unerwünscht hoher Druckabfall eintritt. Dieser Effekt wird erzielt durch eine physikalische Konfiguration der Fasern, die zu einem besonders vorteilhaften Fließmuster innerhalb des Filters führt.

So hat z. B. ein typischer Faserfilter mit einer Oberflächengröße von 275 cm einen Druckabfall von etwa 71 am und eine Filtrationswirksamkeit oder-leistung von etwa 46 %. Wird die

ρ Oberflächengröße dieses Filters auf etwa 500 cm erhöht durch Zugabe von mehr Fasern, so steigt die Wirksamkeit des Filters auf etwa 66 %, wobei jedoch der Druckabfall auf etwa 191 hub ansteigt. Wird jedoch derselbe Filter mit dem hohen Druckabfall zur Erzielung eines verbesserten Filters mit diagonalem Hauchfluß modifiziert, so verringert sich der Druckabfall auf einen Wert von nicht mehr als 76 mm, wobei überraschenderweise die Filtrationswirksamkeit oder -leistung bis zu etwa 60 % beträgt.

Diese verbesserten Filter weisen sich in Längsrichtung erstrekkende Aussparungen oder Einbuchtungen oder innerhalb des Filters befindliche Hohlräume auf, die durch Einwirkung von Hitze und Druck gebildet werden. So kann z. B. der Filter aus einem porösen Filterkörper mit einer Außenwand und Stirnwänden bestehen, wobei der Filterkörper zumindest erste und zweite Aussparungen aufweist. Die Aussparungen erstrecken sich von der Oberfläche der Außenwand in den Filterkörper hinein und sind in solcher Weise angeordnet, daß beim Einsaugen von Rauch in das

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Filter ein Druckdifferential erzeugt wird zwischen'der ersten Aussparung und der zweiten Aussparung, was dazu führt, daß ein Teil des Bauchs mit einer verminderten linearen Geschwindigkeit praktisch transversal durch den Filter fließt aus dem Bezirke der einen Aussparung in Richtung der anderen Aussparung; ein derartiger Filter hat, wie bereits erwähnt, einen Filtrationskoeffizienten von etwa 0,25 oder mehr. Ein durch den Filter fließender Rauch wird daher axial durch eine Stirnfläche des Filters, deren Durchmesser etwa gleich demjenigen der Zigarette ist, zu fließen beginnen. Nach dem Eintritt in das Filter beginnt ein Teil des Rauchs praktisch diagonal sowie axial zu fließen und ist demzufolge einem größeren Flächenbezirk an Filtermaterial ausgesetzt. Aufgrund des größeren Flächenbezirke wird die lineare Geschwindigkeit des Rauchs herabgesetzt, so daß auf diese Weise die Filtrationswirksamkeit erhöht wird. Die geringere Geschwindigkeit trägt außerdem zur Erzielung eines geringeren Druckabfalls bei.

Die Tabakrauchfilterstäbe, aus denen derartige Filter mit diagonalem Rauchfluß gebildet werden, weisen einen porösen Filterkörper auf, der vorzugsweise aus einem Textilstrang aus thermoplastischen Fasern, z. B. Polyolefinen, Polyestern, Celluloseestern oder zweiphasigen Fasern hergestellt ist. Die Filterstäbe können auch aus einem gekräuselten Textilstrang mit Hilfe üblicher bekannter Verfahren gebildet werden und sie können ferner umwickelt sein, z. B. mit Papier, vorzugsweise mit einer hochporösen Papieraußenhülle, auf die jedoch im vorliegenden Zusammenhang nicht näher eingegangen zu werden braucht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, mit deren Hilfe Tabakrauchfilter mit diagonalem Rauchfluß aus zylindrischen Tabakrauchfilterstäben in einfacher und wirtschaftlicher Weise herstellbar sind.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Tabakrauchfiltern mit diagonalem Rauchfluß aus einem zylin-

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drischen Tabakrauchfilterstab, die gekennzeichnet ist durch eine Trägereinrichtung zur Aufnahme und Halterung des zylindrischen Tabakrauchfilterstabs und durch aufheizbare Formgebungseinrichtungen zur Einwirkung auf Teile der Außenfläche des von der Trägereinrichtung gehaltenen Tabakrauchfilterstabs in solcher Weise, daß eine oder mehrere einander gegenüberliegende, in einer parallel zur Filterlängsachse verlaufenden Richtung gegeneinander versetzt angeordnete erste und zweite Aussparungen vorbestimmter Länge und Breite, die sich in Längsrichtung des Filterstranges und von der Außenfläche desselben ins Filterinnere in vorbestimmter Tiefe erstrecken, erzeugbar sind.

Die Außenflächen der Filterstäbe werden unter Druckanwendung mit Hilfe der geheizten Formgebungseinrichtungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung in solcher Weise eingedrückt, daß Aussparungen bzw. Einbuchtungen des angegebenen Typs resultieren. Außerdem können auch Formgebungseinrichtungen vorgesehen sein, mit deren Hilfe eine oder mehrere sekundäre, vergleichsweise kurze Einbuchtungen gebildet werden können, um den Rauchfluß bis zu einem gewissen Grade zu ändern, da der Rauch in einem auf diese Weise erhaltenen Filter zu diesen vergleichsweise kurzen Einbuchtungen hin abgelenkt wird.

Die Erfindung wird durch die beigefügte Zeichnung näher veranschaulicht, in der darstellen:

Fig. 1: einen Vertikalquerschnitt eines Tabakrauchfilterstabs, der mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einander gegenüber liegenden ersten und zweiten Aussparungen versehen ist,

Fig. 1Ai eine Endansicht des Filtersfcabs gemäß Fig. 1,

Fig. 2i einen Vertikalquerschnitt eines Tabakrauchfilterstabs, der mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Aussparungen anderen Typs als in Fig. 1 versehen ist,

Pig. 2A: eine Endansicht des Filterstabs gemäß Pig. 2,

Pig. 3 : einen Vertikalquerschnitt eines Tabakrauchfilterstabs, der mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu« sätzlich mit Paaren vergleichsweise kurzer Aussparungen versehen ist, die an ^jeder Seite einer längeren Aussparung vorgesehen sind, und zwar an dem Ende, an welchem sich nach der Trennung des FiIterst abs (vgl. die durch gestrichelte Senkrechtlinien angedeuteten Trennstellen) das Filtermundstück befindet,

Fig. 3A: eine Endansicht des Filterstabs gemäß Pig· 3,

Fig. 4 : einen Vertikalquerschnitt eines mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Filters nach der Auftrennung des Tabakrauchfilterstabs, wobei die relative Lage und Konfiguration der im Filterkörper erzeugten Aussparungen detailiert gezeigt wird,

Figuren 5 und 6: Endansichten des in Fig· 4 dargestellten Filters,

Fig. 7 i eine bildliche Darstellung eines nach Zerschneidung des mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Filterstabs gemäß Fig* 3 erhaltenen Filters, der die relative Lage eines Paars vergleichsweise kurzer Aussparungen an jeder Seite einer vergleichsweise langen Aussparung erkennen läßt,

Figuren 8 und 9: Endansichten der beiden Enden des in Fig. 7 dargestellten Filters,

Fig. 10: einen Vertikalquerschnitt des in Fig. 7 dargestellten Filters längs der Linie 10-10 der Fig. 9,

Figuren 11 biß 14: Querschnitte des in Fig. 7 dargestellten

Filters längs der Linien 11-11, 12-12, 13-13 bzw

Pig. 15ί eine isometrische Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung,

Pig. 16: einen Vertikalquerschnitt einer Vorrichtung nach der Erfindung gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, wobei die relative Lage der Formgebungseinrichtungen vor der Einführung eines Tabakrauchfilterstabs gezeigt wird,

Pig. 17! einen Vertikalquerschnitt der in Fig. 16 dargestellten Vorrichtung, wobei die relative Lage der Formgebungseinrichtungen nach Einführung eines Tabakrauchfilterstabs und Einwirkung der aufgeheizten Formgebungseinrichtungen auf den Filterstab gezeigt wird und

Fig. 18: eine isometrische Ansicht eines Teils einer Formgebungseinrichtung gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform.

Die in den Zeichnungen dargestellten, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung bearbeiteten Tabakrauchfilterstäbe bestehen aus einem Textilstrang, der vor der erfindungsgemäßen Bearbeitung in einen zylindrischen Filterstab oder Filterkörper verformt wurde.

Die Figuren 1 bis 3 veranschaulichen drei mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung bearbeitete Filterstäbe, wobei jede der ersten Aussparungen versetzt angeordnet ist in bezug auf jede der gegenüber liegenden zweiten Aussparungen in einer parallel zur Längsochse des Filterstabs verlaufenden Richtung, und wobei sich die ersten und zweiten Aussparungen in Längsrichtung des Filterstabs und von der Oberfläche des Pilterstabs in den Fi Itei'körper hinein in vorbestimmten' Tiefe längs jeder Län^sautuiehnunf¹; erstrecken.

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In den Figuren 1 und 1A ist ein ursprünglich zylindrischer Tabakrauchfilterstab 10 dargestellt, aus dem 4 Filter mit diagonalem Rauchfluß herstellbar sind durch Zerschneiden des Filterstabs an den durch die gestrichelten Senkrechtlinien angedeuteten Trennstellen· Hit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in dem FiIt er st ab eine Reihe von einander gegenüber liegenden ersten Aussparungen 12 und zweiten Aussparungen 14 gebildet. Die Aussparungen haben eine vorbestimmte Länge und Breite, wobei die Zahl der Ausaparungen abhängig ist von (a) der gewünschten vorbestimmten Länge, (b) der Länge des herzustellenden Filters und (c) der Länge des verwendeten Filterstabs. Die Aussparungen erstrecken sich in Längsrichtung entlang dem Filterstab und sind in einem solchen Winkel zur (nicht gezeigten) axialen Mittellinie des Filterstabs gelegt, daß sie sich von der Oberfläche des Filterstabs in den Filterkörper in einer vorbestimmten Tiefe längs der angegebenen vorbestimmten Länge erstrecken. Die größte Tiefe jeder ersten Aussparung ist jeweils diagonal entgegengesetzt zur größten Tiefe jeder zweiten Aussparung* Beim dargestellten Filterstab befinden sich die größten Tiefen der Aussparungen an den jeweiligen Enden der nach dem Zerschneiden des Filterstabs erhaltenen Filter, wobei ein Ende an die Tabaksäule zu liegen kommt und das ander® Ende jeweils frei liegt.

In den Figuren 2 und 2A ist ein Tabakrauchfilterstab 20 dargestellt mit ersten Aussparungen 22 und zweiten Aussparungen 24. Gemäß dieser Ausführungsform endet die Länge jeder zweiten Aussparung bereits vor jener Stelle, die später eines der Enden eines Filters mit diagonalem Rauchfluß bildet. Die größte Tiefe jeder zweiten Aussparung kommt somit benachbart zu demjenigen Ende des Filters zu liegen, das später frei sichtbar ist, ohne jedoch offen an diesem Ende zu endigen. Das entgegengesetzte Ende jedes derartigen Filters wird sodann an die Tabaksäule angeschlossen.

Fig. 4 zeigt einen auf diese Weise erhaltenen Filter 26 mit diagonalem Rauchfluß, der die ersten Aussparungen 22 und die zweiten Aussparungen 24 erkennen läßt. Wie ersichtlich sind die Aussparungen im Filterkörper praktisch einander gegenüber angeordnet und in einem Winkel zur (nicht gezeigten) axialen Mittellinie des Filterkörpers gelegt. Die zweite Aussparung 24- beginnt an einem Funkte längs der Außenwand des Filterkörpers im Abstand von einem Ende desselben und erstreckt sich graduell tiefer in den Filterkörper bis zu einem Punkte, der nahe dem anderen Ende des Filterkörpers liegt, wobei die Aussparung kurz vor der Endwand des Filters endet. Die erste Aussparung 22 beginnt auf der gegenüber liegenden Seite des Filterkörpers nahe dem entgegengesetzten Ende desselben. Diese erste Aussparung erstreckt sich längs des Filterkörpers mit graduell zunehmender Tiefe in den Filterkörper bis zum Ende desselben und tritt durch diese Endwand des Filters aus· Die Filterflächen, welche die tiefer liegenden Flächen jeder Aussparung begrenzen, verlaufen praktisch parallel zueinander und sind in einem Abstand voneinander angeordnet, der praktisch gleich oder geringer ist, als der Abstand vom Ende des Filters bis zu demjenigen Funkt, wo die einander am nächsten liegenden Aussparungen in den Seitenwänden des Filters beginnen.

Diese besondere Ausgestaltung bietet den Vorteil, daß ein Teil des durch den Filter strömenden Hauchs einer zusätzlichen axialen Filtration unterworfen wird, wenn der Rauch durch den Filter am Ende 28, das, wie in Fig. 6 gezeigt, eine ungebrochene Oberfläche aufweist, strömt. Als vorteilhaft erweist sich ferner, daß ein Filterende mit einer ungebrochenen Oberfläche ein angenehmes Aussehen aufweist.

Fig. 5 zeigt das an die Tabak säule angrenzende Ende 2? des in Fig. 4 dargestellten Filters, wobei die erste Aussparung 22 sichtbar ist (wie ersichtlich ist der in Fig. 4 dargestellte Filter in bezug auf den in Fig. 2 dargestellten Filterstab um 180° gedreht).

In den Figuren 3 und 3A ist ein Tabakrauchfilterstab 30 dargestellt mit ersten Aussparungen 32 und zweiten Aussparungen 34·· Die Figuren 7 bis 14 geben einen aus einem derartigen Filterstab gewonnenen Filter 36 mit diagonalem Rauchfluß wieder. Der Filter 36 läßt ein Paar ähnlicher, im Filterkörper einander gegenüber angeordneter Aussparungen 32 und 34 erkennen, die sich bis durch die Enden des Filterkörpers erstrecken. Eine derartige Anordnung dieser beiden Aussparungen bewirkt, daß der Hauch diagonal durch den Filter fließt. An einem Ende des Filterkörpers sind zusätzlich noch ein Paar sekundärer Aussparungen 38 und 40 vorgesehen, die etwa bei 1/5 der Filterlänge, gerechnet von einem Ende des Filterkörpers, beginnen und sich durch dieses Filterende hindurch erstrecken. Von diesen beiden sekundären Aussparungen ist Jeweils eine an Jeder Seite des Filterkörpers in einem Umf angswinkel von etwa 120°, it von der längeren, sich durch dieses Ende des Filterkörpers erstrekkenden Aussparung an gerechnet, angeordnet. Die beiden sekundären Aussparungen dienen dazu, den Bauchfluß bis zu einem gewissen Grade zu ändern, indem ein Teil des zu der gegenüber liegenden Aussparung strömenden Rauchs abgelenkt -,md au den beiden vergleichsweise kurzen Aussparungen gerichtet wird.

Die Figuren 8 und 9 zeigen die beiden Enden des Filters 36. Die Figuren 10 bis 14 geben Querschnitte des in Fig. 7 dargestellten Filters 36 längs der angedeuteten Schnittlinien wieder und zeigen die relative Lage der vergleichsweise langen zu den vergleichsweise kurzen Aussparungen im Filter 36·

Durch dies· Figuren wird veranschaulicht, daß mit Hilfe der Vorrichtung nach der Erfindung Tabakrauchfilter herstellbar sind, die sich durch einen völlig ungewöhnlichen und in bezug auf Filterwirkung und Druckabfall besonders vorteilhaften Rauchfluß auszeichnen. Wird Rauch durch einen erfindungsgemäß gewonnenen Filter gesogen, z. B. einen solchen des in Fig. 4 dargestellten Typs, so durchquert ein Teil des Rauchs den mit a bezeichneten Teil des Filterelements und gelangt in

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die Aussparung 24 und von dort durch den Filterabschnitt b. In entsprechender Weise erfolgt ein paralleler Rauchfluß durch den Teil c in die Aussparung 22 und von dort durch den Filterabschnitt d. Um zu bewirkenι daß der Hauch durch die erfindungsgemäß gewonnenen Filter in der angestrebten Weise fließt, müssen die Filter so konstruiert sein, daß beim Durchsaugen von Rauch durch den Filter ein Druckdifferential zwischen den auf den gegenüber liegenden Seiten des Filters angeordneten Aussparungen erzeugt wird. Ist ζ. Β· Δρ des Teils "β"/λρ des Teils "c" - Δρ des Teils "b"/Ap des Teils "d", so besteht keine Druckdifferenz zwischen den Aussparungen 24 und und der Filter arbeitet nach den üblichen I¥inzipien_f d. h. der Rauch fließt axial durch den Filter· Ist jedoch Δ ρ des Teils "β"/Δρ des Teils "c" / Δ p des Teils "b'VAp des Teils "d", so entsteht eine Druckdifferenz zwischen den Aussparungen 24 und 22 und der Hauch fließt praktisch axial durch den Filter in ein Ende desselben hinein und längs des Weges des geringsten Widerstandes in die erste Aussparung und von dort diagonal durch den Mittelebschnitt des Filtere in die Aussparung mit dem geringeren Druck und schließlich axial aus dem Filter heraus. Offensichtlich ist die Wirksamkeit dee Mittelabschnitts des Filters zwischen den Aussparungen zum Abfangen von Hauchpartikeln hoch, da die Rauchpartikel praktisch senkrecht zu den Fasern wandern und sich mit einer verminderten linearen Geschwindigkeit fortbewegen wegen der vergrößerten Oberfläche des Piltermediums.

Bei dem durch die Fig. 4 veranschaulichten Filter werden die angestrebten Druckdifferentiale längs des FaserabSchnitts zwischen den Auseparungen 24 und 22 dadurch erzielt, daß die beiden Aussparungen gegeneinander versetzt angeordnet sind, so daß der Abstand "a" größer ist als der Abatand ¹¹C % und der Abstand "b" geringer ist als der Abstand "d". Dieoe Bedingung führt zu einer Druckdifferenz zwischen den Aussparungen 24 und 22 und zu einem'»«·*liehen Rauchfluß von der Aussparung 22 in die Außßparmiß 24 (unter der Annahme, daß die allgemeine 3trö«-

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mungsrichtung von links nach rechts erfolgt). Der Anteil an gesamtem Rauch, der von der Aussparung 22 in die Aussparung 24 fließt, hängt ab von (1) der Länge der Abschnitte "a", "b", "c" und "d"; (2) der Länge der Aussparungen 22 und 24; (3) dem Abstand zwischen den Aussparungen 22 und 24 und (4) der Porosität des Faserteils des Filters.

Es sind auch andere Methoden zur Erzielung der Ungleichheit von Δ,ρ von "a"/^p von "c" jf Ap von "b'V^P von "d" und der daraus resultierenden Druckdifferenz zwischen den Aussparungen 24 und 22 möglich, z. B. durch Schneiden der Filter aus dem Filterst ab in einem anderen Winkel als 90°, bezogen auf die Längsachse·

Die Vorrichtung nach der Erfindung ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise die Herstellung von Tabakrauchfiltern des angegebenen Typs mit diagonalem Rauchfluß. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Anwendung von Hitze und Druck auf die Außenfläche eines Tabakrauchfilterstabs, um in diesem die angegebenen, einander gegenüber liegenden ersten und zweiten Aussparungen vor-be stimmt er Länge und Tiefe zu erzeugen*

. , „ gebungseinrichtungen, . -. ,. Hierzu erweisen sich Forme entsprechender Ausgestaltung

., .,,<>,. , ■ . . , _.gebunEse.inriQhtungen_ als besonders vorteilhaft, wobei e*«fe drese Formo Teil einer Formeinrichtung sind» die mit geeigneten Heizvorrichtungen

gebungseinrichtungen

ausgestattet ist, um die For auf die gewünschte Temperatur aufzuheizen·

In Fig. 15 ist eine Vorrichtung nach der Erfindung 50 zur. automatischen Verformung zylindrischer Tabakrauchfilterstäbe dargestellt· Zylindrische Tabakrauchfilterstäbe 52 werden in einen Trichter 54 eingebracht und zwischen einem Paar oszillierender, geriffelter Beschickungswalzen 56 üblichen bekannten Typs hindurchgeleitet. Der Motor 58 und eine mit Antriebsriemen versehene Einrichtung 60 dienen zum Antrieb der die Oszillation der geriffelten Beschickungswalzen 56 bewirkenden Einrichtung.

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Die erzeugte Oszillation bewirkt, daß ein Filterstab nach dem anderen zugemessen wird und zwischen die Beschichtungswalzen und durch diese in den unterhalb der Beschichtungswalzen befindlichen Durchlaß 62 gelangt, so daß die Filterstäbe einzeln und einer über dem anderen zur Verfügung stehen. Die Filterstäbe befinden sich sodann in einer Lage, in der sie der Formeinrichtung 64 zugeführt werden können, welche ein Paar einander gegenüber liegender Backen 66 und 68 aufweist.

Da jeder Filterstab aufgrund der Schwerkraft in eine Lage fällt, in welcher er sich mit dem Schiebestab 70 in Ausrichtung befindet, schiebt der Schiebestab, sobald er in Aktion ist, den ausgerichteten Tabakrauchfilterstab in die Formeinrichtung 64, wo der Filterstab in einer die Erzeugung der Aussparungen ermöglichenden Lage gehalten wird. Der Filterstab 52', dem diese Aussparungen bereits verliehen wurden, wird dabei vorgeschoben und von dem nachgeschobenen, noch zu bearbeitenden Filterstab aus der Formeinrichtung in ein Aufnahmegefäß 87 ausgeworfen (vgl. Fig. 15).

Der Schiebestab 70 kann vom Zylinder 72 pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch angetrieben werden. Am Schiebestab 70 kann ein elektrisches Schaltblatt 74 angebracht sein, das mit dem Schiebestab bewegt wird und beim Eingriff mit dem Schalter 76 einen Kreislauf schließt, der die Ingangsetzung der Formeinrichtung 64 sowie eines geeigneten Zeitverzögerungsmechanismus 78 auslöst. Die einander gegenüber liegenden Backen 66 und 68 der Formeinrichtung 64 werden dabei veranlaßt, sich relativ zueinander bis zu einer geschlossenen Lage zu bewegen, worauf ein in der Formeinrichtung befindlicher Filterstab mit Hilfe der aufgeheizten FormiaiMili^Bäe^^iformungsmesser 80 und 82 mit Aussparungen oder Einkerbungen versehen wird. Der den Betrieb der Backen bewirkende Mechanismus ist in der Zeichnung nicht erläutert, doch kann es sich dabei um ein elektrisch angetriebenes Solenoid hnudeln, das auch pneumatisch oder hydraulisch angetrieben sein kann.

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Der Zeitverzögerungsmechanismus 78 ist zweckmäßigerweise an den (nicht gezeigten) Antriebsmechanismus für die einander gegenüber liegenden Backen 66 und 68 angeschlossen, so daß nach einer vorbestimmten Formzeit der Antriebsmechanismus abgeschaltet und die Backen zum Auseinanderbewegen- veranlaßt werden, so daß sie betriebsbereit sind für die Zuführung eines anderen Filterstabs und den Auswurf des mit Aussparungen versehenen FiIterstabs·

An der Backe 68 kann ein elektrisches Schaltblatt 84 befestigt sein, welches sich mit der Backe 68 bewegt und beim Eingriff mit dem Schalter_,86. einen Schaltkreis schließt, der die In-

Zylinders ^?

gangsetzung des 72 und des Schiebestabs 70 bewirkt, so daß ein neuer Filterstab in die Formeinrichtung 64 geschoben wird.

Die Figuren 16 und 17 zeigen eine erfindungsgemäße, durch Nocken betätigte Formvorrichtung 90 gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, die für den Handbetrieb geeignet ist. Die aufheizbaren und während des Betriebs erhitzten Formgebungseinrichtungen . . _, _{ΛΛ Λ}. , „_ , «atriae oder Verrormungsmesser sind mit 92, 94 waä 96 bezeichnet. Fig. 16 zeigt die Formvorrichtung 90 in offener !»age, nämlich betriebsbereit zum Einsetzen eines Filterstabs in die Formkammer 98·

Die durch Nocken betätigte Formvorrichtung 90 weist einen äußeren zylindrischen Führungskörper 100 wid einen inneren Hohlzylinder 102 auf. Handgriffe 104 und 106 sind am Hohlzylinder 102 und am äußeren Zylinderkörper 100 befestigt· Der äußere Zylinderkörper 100 ist an gegenüber liegenden Seiten mit einer Einkerbung 108 versehen (wobei in der Zeichnung nur eine Einkerbung dargestellt ist).

Zum Betrieb der Vorrichtung wird ein jFilterstab 110 in die Fonnkammer 98 durch eines der Enden der Formeinrichtung

bracht, worauf die Handgriffe 104 und 106 zusammengedrückt werden. Die Handgriffe 106 sind fest fixiert und die Handgriffe 104 sind bewegbar in bezug auf die Handgriffe 106, so daß der innere Hohlzylinder 102 axial zum Außenzylinderkörper 100 in die in Fig. 17 dargestellte Lage bewegt wird. Die aufheizbaren bzw. aufgeheizten Verformungsmesser oder Formgebungseinrichtungen 92, 94 und 96 sind mit radial nach außen wirkenden Federn vorgespannt, wenn sich die Formvorrichtung in einer Lage befindet, in der sie betriebsbereit zur Aufladung mit dem Filterstab ist. Nach dem Zusammenpressen der Handgriffe bewegt sich der innere Hohlzylinder 102 axial nach innen in einer Richtung und die am Boden der Einkerbmesser oder Formgebungseinrichtungen vorgesehenen Nockenflächen 112, 114 und 116 werden durch Nockenwirkung veranlaßt, aus den entsprechenden Nockenaufnähmekerben 118, 120 und 122, die innerhalb der Zylinderfläche des äußeren Zylinderkörpers 100 vorgesehen sind, herauszutreten und längs der inneren Zylinderfläche 124 zu gleiten, wie dies in Fig. 17 veranschaulicht ist. Die Einkerbmesser oder Formgebungseinrichtungen gelangen somit in einen Eingriff mit der Außenfläche des Filterstabs 110 (vgl. Fig. 17) und erzeugen die gewünschten Aussparungen. Sobald ein weiterer Filterstab in die Formkammer 98 eingeführt wird, wird der zuvor mit Aussparungen oder Einkerbungen versehene Filterstab herausgedrückt und ausgeworfen.

Bei den Mitteln zum Aufheizen der Formgebungseinrichtungen oder Einkerbmesser kann es sich um (nicht gezeigte) Heizbänder handeln, die die Formvorrichtung umgeben, oder um beliebige andere geeignete Heizvorrichtungen üblichen bekannten Typs.

Die angegebene, durch Nocken betätigte Formvorrichtung ist nicht nur zum Handbetrieb, sondern offensichtlich auch zur Vorwendung in einer automatischen Formvorrichtung des in Fig. 15 dargestellten Typs geeignet.

Die in der Figur gezeigten anderen Nockenaufnahmekerben im

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äußeren Zylinderkörper 100 sind dazu bestimmt, (nicht gezeigte) Hocken von Formgebungseinrichtungen anderer Ausgestaltung und Konfiguration aufzunehmen, die verwendet werden können, um die angegebenen Aussparungen zu erzeugen. So wird z. B. in Fig. 18 eine Formgebungseinrichtung 126 gezeigt, die zur Erzeugung der in den Figuren 2 und 4 veranschaulichten Aussparung 24 geeignet ist.

Die veranschaulichten aufheizbaren Formgebungsvorrichtungen führen zu Aussparungen, die sich in einem bestimmten Winkel zur Achse des Filterstabes erstrecken, doch können diese Formgebung svorrichtungen auch in solcher Weise ausgestaltet sein, daß die Aussparungen parallel zur Filterstäbachse verlaufen.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern. Beispiel 1

Übliche Celluloseacetat-Filterstäbe von 100 mm Länge, die mit einem hoch-perforierten Papier umhüllt waren, wurden mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Laboratoriumsmaßstab 2 Sekunden lang bei 125°C verformt zur Erzielung der in den Figuren 1 und 4 dargestellten Filterausgestaltungen. Die Filterstäbe wurden mit einer schweren, handelsüblichen Filterpapierhülle (Ecusta 3744) umhüllt und in 25 mm-Filter zerschnitten. Die Filter wurden an 60 mm langen Tabaksäulen befestigt und auf ihre Filterwirksamkeit nach dem in "Tobacco Science" Band 4, Seiten 51 bis 61 (1960) beschriebenen Verfahren ge-testet. Die erhaltenen Werte für die Entfernung der Totalpartikelmasse (TPM) für die aus verschiedenen 1-6 den/Faden-Filtersträngen hergestellten Filter mit diagonalem Rauchfluß sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

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	25 mm-Filter	Druckabfall TPM-Entfernung	%	k-Wert
Filterstrang	Triacetin	τητη	51	0,31
Ges.-Denier	%	58	50	0,29
1.6 - 52 000	5,9	61	49	0,26
1.6-52 000	5,9	69	55	0,28
1.6 - 60 000	5,7	71	55	0,27
1.6 - 66 000	7,9	74
1.6 - 66 000	5,9
Beispiel 2

Ein mit einem hoch-perforierten Papier umhüllter üblicher Zigarettenfilterstab, hergestellt aus einem gekräuselten Celluloseacetatstrang mit 1.6 den/Faden und einem Gesamtdenier von 52 000, der 8 % Triacetin enthielt, wurde mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in die in Fig. 7 dargestellte Filterkonfiguration verformt. Die Gesamtlänge des Filters betrug 25 mm. Die Aussparungen 32 und 34 waren 20 mm lang und 2 mm tief. Die Aussparungen 38 und 40 waren 5 mm lang und 2 mm tief. Mehrere in der angegebenen Weise hergestellte Filter wurden mit Papier umhüllt und an 60 mm lange Tabaksäulen angefügt. Die erhaltenen Zigaretten wurden automatisch abgeraucht und die Wirksamkeit des Filters wurde nach dem in "Tobacco Science", Bamd 4-, Seiten 51 his 61 (1960) beschriebenen Verfahren bestimmt. Es zeigte sich, daß die Filter einen durchschnittlichen Druckabfall von 43 mm Wassersäule (gemessen bei einer Luftströmungsrate von 17,5 ml/sec.) aufwiesen und daß 54 % TDI aus dem Rauch entfernt wurden. Übliche bekannte Acetatstrangfilter mit einem derartigen Druckabfall entfernen demgegenüber nur 30 % Teer.

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Claims (4)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Herstellung von Tabakrauchfiltern mit diagonalem Rauchfluß aus einem zylindrischen Tabakrauchfilterstab, gekennzeichnet durch eine Trägereinrichtung zur Aufnahme und Halterung des zylindrischen Tabakrauchfilterstabs und durch aufheizbare Formgebungseinrichtungen zur Einwirkung auf Teile der Außenfläche des von der Trägereinrichtung gehaltenen Tabakrauchfilterstabs in solcher Weise, daß eine oder mehrere einander gegenüberliegende, in einer parallel zur Filterlängsachse verlaufenden Richtung gegeneinander versetzt angeordnete erste und zweite Aussparungen · vorbestimmter Lange und Breite, die sich in Längsrichtung des Filterstranges und von der Außenfläche desselben ins Filterinnere in vorbestimmter Tiefe erstrecken, erzeugbar sind.

2. Vorrichtung nach■Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Zuführung von Tabakrauchfilterstäben zu der Trägereinrichtung vorgesehen sind.

j. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der zur Aufnahme des Filterstabs bestimmten Trägereinrichtung in Verbindung tretende Kittel vorgesehen sind zur Ingangsetzung der Einwirkung der Formgebungseinrichtung auf die Außenfläche des Filterstabs.

4. Vorrichtung nach .Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

Zeitverzögerungsmittel vorgesehen sind zur Aufrechterhal-. tung einer vorbestimmten Zeitdauer der Einwirkung der Formgebungseinrichtung auf die Außenfläche des Filterstabes.

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