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Schadstoffarme Tabakwaren
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Die Erfindung betrifft schadstoffarme Tabakwaren, insbesondere Zigaretten.
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Seit vielen Jahren wird an der Entgiftung von Tabakwaren gearbeitet.
Dabei hat man durchaus schon einige Erfolge erzielt, so enthalten heute in der Bundesrepublik
Deutschland im Handel verkaufte Filterzigaretten pro Schachtel nur noch etwa so
viel Nikotin, wie vor 15 Jahren eine einzelne Zigarette, slso nur noch etwa 1/20
so viel Nikotin.
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Wie man aus der Gelbfärbung der Filter abgerauchter Zigaretten sieht,
wird durch die Filter auch Kondensat und insbesondere Teer aus dem Verbrennungsges
bzw. Verbrennungsrauch ausgefiltert.
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Diese Filterwirkung ist aber keineswegs zufriedenstellend. Das ergibt
sich bereits aus der genauen Betrachtung aufgeschnittener Filter abgerauchter Zigaretten
mit dem bloßen Auge. Diese Filter sind nämlich vom tabakseitigen Ende bis zu ihrem
mundstiokseltigen Ende hin gleichmäßig gelbbraun gefärbt. Aus dem Filter strömen
also nicht merklich weniger färbungsaktive Bestandteile aus, als an seiner mundstüokseitigen
Stirnfläche eingeströmt waren.
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Aus dieser Tatsache folgt aber auch weiter, daß geringfügige Verlängerungen
der Filter keine merkliche Erhöhung der Filterwirkung bringen können. Die Verlängerung
der Filter auf ein vielfaches ihrer heute üblichen Länge ist aber bei Zigaretten
nicht möglich.
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Wären die Filter nur zwei- bis dreimal so lang wie die bisher üblichen
Filter, so würde die Filterzigarette entweder viel zu unhandlich lang werden, oder
aber - wenn die Gesamtlänge der Zigarette nicht verändert werden sollte - der verbleibende
Tabak strang würde so kurz werden, daß diese Zigarette nur ein bis zwei Züge zulassen
wurde. Außerdem würde ein solch langer Filter auch die Herstellungskosten der Zigarette
ganz erheblich verteuern. Aber auch Filter mit wesentlich engeren Poren, welche
selbutverständlich ebenfalls teuerer als die üblichen Filter wären, bieten sich
nicht als Lösung an, da diese Filter zwangsläufig einen viel höheren Strömungswiderstand
haben, so daß es äußerst mühsam wäre, solche Zigaretten zu rauchen. Bereits aus
diesen wenigen Überlegungen geht hervor, daß mit mechanisch-geometrischen Zigarettenfiltern
eine wesentliche Herabsetzung der organischen Bestandteile im Verbrennungsgas bzw.
Verbrennungsrauch von Zigaretten nicht erreichbar sein kann.
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Andererseits geht der Trend der Entwicklung eindeutig zur leichten
Zigarette, da die gesundheitsschädlichen Wirkungen des Rauchens immer stärker in
das Bewußtsein sowohl der Raucher als auch in das Bewußtsein der Öffentlichkeit
dringen. Es muß sogar damit gerechnet werden, daß in absehbarer Zeit in verschiedenen
Ländern Gesetze erlassen werden, welche Höchstgrenzen für die Zulässigkeit des Gehalts
an Schadstoffen in Zigaretten festsetzen.
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Die Zigarettenindustrie hat deshalb verschiedene Wege beschritten,
leichte Zigaretten herzustellen.
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So werden z.B. Filterzigaretten verkauft, welche in der Hülle des
Filters Perforationen aufweisen. Bei diesen Zigaretten wird bei jedem Zug Nebenluft
durch die Perforationen angesaugt und dem Verbrennungsgas beigemischt. Wegen der
Nebenluft und des sich dadurch
verringernden Unterdrucks in der
Flammzone brennen diese Zigaretten pro Zug wesentlich kürzer ab als normale Zigaretten.
Damit wird der große Nachteil dieser bekannten Zigaretten offenbar, daß nämlich
der Raucher, wegen der geringeren absoluten Rauchmenge pro Zug, welche überdies
durch Nebenluft verdünnt ist, nicht den gewünschten geschmacksintensiven Rauch,
sondern ein fades, geschmacksneutrales, stark verdünntes Gemisch einatmet. Darüberhinaus
ist auch der Filter dieser Zigaretten nach deren Abrauchen über seine gesamte Länge
hin gleichmäßig stark gefärbt.
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Erwähnt werden muß ferner noch der Nachteil, daß auch der weiteren
Verdünnung durch Nebenluft, soweit sie erwünscht sein sollte, sehr enge Grenzen
gesetzt sind, da bereits zehn nadelspitzgroße Löcher im Zigarettenpapier die Wirkung
haben, daß der Abbrand in der Flamm-oder Glimmzone beim Zug an der Zigarette nicht
mehr merklich beschleunigt wird.
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Da man weiß, daß mit Filtern eine weitere Steigerung der Herabsetzung
des Kondensatgehalts nicht erzielt werden kann, sucht man nach anderen Möglichkeiten.
So werden z.B. Tabake auf verschiedene Weise vorbehandelt. Auch werden bereits synthetische
Tabake hergestellt. Schließlich bemüht man sich auch, neue Tabaksorten zu züchten
und zu suchen. So soll vor kurzem, nach einem Bericht in der deutschen Presse, in
einem abgelegenen Tal in Mexiko eine besonders nikotin- oder teerarme Tabaksorte
gefunden worden sein.
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Aufgabe der Erfindung ist es, Tabakwaren zu schaffen, welche, ohne
erhöhte Papierporosität, ohne Filterperforation und ohne chemische Zusätze aufzuweisen,
dennoch einen verringerten Anteil von Kondensat im ausströmenden Verbrennungsgas
bzw. Verbrennungsrauch enthalten.
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Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß innerhalb
des üblicherweise mit Tabak gefüllten Volumens einer oder mehrere tabakfreie Räume
ausgebildet sind, die vom Tabak durch eine weitgehend luftundurchlässige Trennwand
getrennt sind und, falls der
oder ein Raum an dem Filter angrenzt
oder, bei filterlosen Zigaretten, bis zum Mundstück reicht, der an dieser Seite
durch eine Trennwand abgeschlossen ist.
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Nach einer anderen, unabhängigen Lösung der Erfindung sind innerhalb
des üblicherweise mit Tabak gefüllten Volumens ein oder mehrere, im wesentlichen
luftundurchlässige feste Körper, die nicht oder zumindest nicht wesentlich schneller
als Tabak abbrennen oder verglimmen, angeordnet.
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Es wird noch darauf hingewiesen, daß die Pormulierung "luftdurchlässige
Trennwand" bzw. luftundurchlässige Trennwand" keineswegs absolut zu verstehen sind.
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Die Formulierung "weitgehend luftundurchlässig" soll somit zum Ausdruck
bringen, daß auch Zigaretten mit Trennwänden, die zwar etwas luftdurchlässiger als
Schreibmaschinenpapier mit einem Flächengewicht von 60 g/m , aber luftundurchlässiger
als Zigarettenpapier sind, in den Schutzumfang der Erfindung fallen, da auch bei
ihnen die erfindungsgemäße Wirkung ersielt wird, wenn auch in geringerem Maße.
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Die Erfindung weist zunächst den Vorteil auf, daß der Anteil'Kondensat
erheblich reduzierbar ist. Da Teer und Nikotin nur sehr schwierig getrennt werden
können, wird mit dem Kondensat auch der Anteil an Nikotin verringert. Dabei wird
die Geschmacksintensität des Rauches nur erstaunlich geringfügig beeinträchtigt.
Diese Zigarette brennt etwa mit gleioher Geschwindigkeit, wie eine normale Zigarette
mit gleicher Tabakmenge, gleicher Länge und gleichem Außenumfang. Hinzu kommt der
weitere Vorteil, daß der Anteil an anderen Schadstoffen nicht erhöht wird. Im Gegenteil,
mit der Erfindung wird überdies der Anteil an geschmacklosem CO stark verringert.
Ein ganz besonders wichtiger Vorteil der Erfindung liegt darin, daß sie die Herstellung
schadstoffarmer Zigaretten und Zigarren auf besonders einfache Weise und ohne nennenswert
erhöhte Herstellungskosten ermöglicht. Schließlich ist noch der weitere Vorteil
zu nennen, daß auch bereits fertig gerollte Zigaretten zu der erfindungsgemäßen
Zigarette umgeändert werden können.
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Der gemäß der einen Lösung vorgesehene, keinen Tabak enthaltende Raum
kann ein Hohlraum sein. Er kann aber auch gefüllt sein, z.B. mit cellulosehaltigem
Material oder mit gerollte Papier. Die Verwendung einer Füllung aus cellulosehaltigem
Material bringt die Vorteile mit sich, daß dieses Material mit der Abbrenngeschwindigkeit
des Tabaks abbrennbar gemacht sein kann Die Trennwand oder Zwischenwand selber besteht
zweckmäßigerweise ebenfalls aus brennbarem Material, z.B. aus cellulosehaltigem
Material.
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Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist
die Trennwand mit Oxidatoren imprägnlert.
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Der gemäß der zweiten Lösung verwendete Körper kann hohl sein, er
kann aber auch massiv sein. Falls ein hohler Körper verwendet wird, kann er mit
einem Material angefüllt sein, z.B. mit cellulosehaltigem Material. Als Körper kann
auch gerolltes Papier verwendet werden.
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Der Körper bzw. die Füllung des Hohlkörpers kann die Verbrennung fördernde
Zusätze enthalten.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird bei beiden Lösungen vorzugsweise
ein Material verwendet, das bei der Verbrennung eine der Tabakasche ähnliche, amorphe
Konsistenz annimmt.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind der Raum
bzw. der Körper zylindrisch ausgebildet und in Längsrichtung der Zigarette angeordnet.
Diese Ausführung der Erfindung ist besonders einfach und billig herstellbar.
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Der Raum bzw. der Körper können aber auch einen nicht linearen, zum
Mundstück hin zunehmenden Durchmesser aufweisen.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
in Verbindung mit den Zeichnungen und der Beschreibung hervor.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in
Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine handelsübliche Filterzigarette im Schnitt und
Fig. 2 eine erfindungsgemäß ausgebildete Zigarette im Schnitt.
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In der Fig. 1 ist eine normale Filterzigarette 2 im Schnitt dargestellt.
Diese Zigarette weist einen Filterteil 21 und einen normalen Tabakraum 22 auf.
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In der Fig. 2 ist eine erfindungsgemäß modifizierte Zigarette 30 im
Schnitt dargestellt. Diese Zigarette 30 weist einen Filterteil 31 und einen Tabakraum
32 auf. Dieser Tabakraum ist jedoch kein voller Zylinder, wie bei der normalen Zigarette
20 in der Fig. 1, sondern ein Ringraum. Der axiale Raum 36 der Zigarette 30 ist
frei von Tabak. Dieser tabakfreie Raum 36 wird von dem Tabak durch eine im wesentlichen
luftundurchlässige Trennwand 35 abgetrennt.
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Diese Zigarette 30 wurde aus einer normalen Zigarette hergestellt,
welche in der Bundesrepublik Deutschland unter dem Handelsnamen "R6 verkauft wird.
Die Herstellung erfolgte auf folgende Weise: In diese handelsübliche Zigarette wurde
zunächst ein Glasstab eingeführt, welcher an seinem vorderen Ende in einen etwa
6 mm langen Konus überging. Beim Einführen dieses Glas stabes in die Zigarette 30
wurde der Tabak
aus dem zentralen oder axialen Bereich der Zigarette
in den Ringraum verdrängt. Nach Herausziehen des Glasstabes wurde dieser mit dem
Papier, welches die Trennwand bilden sollte, umwickelt. Die dafür verwendeten Papierstücke
waren derart bemessen, daß beim Umwickeln des Glasstabes mit diesen Papierstucken
ihre Längsränder sich parallel zur Mittelachse des Glas stabes auf dessen Mantelfläche
auf einer Breite von 2 mm überdeckten. Ein Teil des Papierstuckes stand über den
Konus des Glasstabes vor. Dieser Teil des Papierstückes wurde über der konischen
Spitze des Glasstabes zusammengedreht, so daß die derart gebildebq im wesentlichen
zylindrische und an einem Ende in eine Spitze übergehende Papierhülle an diesem
Ende im wesentlichen luftdicht abgeschlossen war. Der Glasstab wurde dann mit dieser
aufgewickelten Papierhülle in den zentralen Bereich der Zigarette eingeschoben,
in Fig.2 von rechts nach links. Das zusammengedrehte Ende der Papierhülle befand
sich dann am hinteren Ende des Tabakraumes, in einem Abstand von etwa 1 mm von der
vorderen Stirnfläche des Filterteils 31. Der Glasstab wurde anschließend ohne diese
Papierhülle wieder herausgezogen. Die Ablösungdieser Papierhülle von dem Glasstab
bereitete keine Schwierigkeit, da das Papier im allgemeinen an dem ihn umgebenden
Tabak stärker haftete als an dem Glasstab.
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Die verwendeten Papierstücke bestanden aus Schreibmaschinenpapier
mit einem Flächengewicht von 60 g/m2. Die aus ihnen geformten Hüllen haben eine
Länge von etwa 64 mm. Die verwendeten Zigaretten hatten insgesamt eine Länge von
84 mm, und ihre Filter haben eine Länge von 20 mm. Diese angebrachten Hüllen reichen
bis an die vordere Stirnseite des Filters.
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Die erzielten Ergebnisse waren so augenfällig und überraschend, daß
detaillierte Nachmessungen nicht mehr erforderlich waren. Bei einem Durchmesser
der Papierhülle 35 von 3 mm war der Filter der abgerauchten erfindungsgemäßen
Zigarette
deutlich heller als der Filter der abgerauchten normalen Zigarette. Bei einem Durchmesser
dieser Papierhülle von 4 mm war der Filter nach dem Abrauchen dieser Zigarette noch
heller als derjenige der erfindungsgemäßen Zigarette mit einem Durchmesser von 3
mm.
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Eine Vielzahl von Untersuchungen ergab, daß die Reduzierung des Kondensats
im ausströmenden VerbrennunffaS, ffi abt welche durch Betrachtung des mehr oder
weniger stark gefarbten/Filters mit dem bloßen Auge nachweisbar war, von dem Durchmesser
dieser Papierhülle abhing. Je kleiner der Durchmesser war, umso weniger Kondensat
wurde reduziert und umso stärker war der Filter gefärbt. Mit zunehmendem Durchmesser
war der Filter dieser Zigarette nach dem Abrauchen heller, umso stärker war die
Reduzierung des Kondensats.
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Eine untere Grenze des Durchmessers der eingebrachten Papier hülle
ist absolut nicht festzulegen, dieser Grenzwert hängt von dem gewünschten Reduzierungseffekt
ab. Man kann jedoch davon ausgehen, daß eine sinnvolle untere Grenze des Durchmessers
dieses tabakfreien Raumes bei etwa 0,5 bis 1 mm liegt.
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Die Formulierung " weitgehend luftundurchlässig " im Anspruch 1 soll
zum Ausdruck bringen, daß auch Zigaretten mit Trennwänden, die zwar etwas luftdurchlässiger
als das genannte Schreibmaschinenpapier mit einem Flächengewicht von 60 g/m2 ist,
aber weniger luftdurchlässig als z.B. Zigarettenpapier mit einer Porosität von 233
ml/min x cm2 x 100 mm H20-Säule, in den Schutzumfang der Erfindung fällt. Auch bei
ihnen wird die erfindungsgemäße Wirkung erzielt, wenn auch in geringerem Maße.
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Zur Bestimmung dieser Luftdurchlässigkeitsgrenze, bei welcher noch
die erfindungsgemäße Wirkung erzielt wird, wurden in die
gekauften
Zigaretten Papierhüllen aus Zigarettenpapier verschiedener Porosität eingebracht.
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Beim Abrauchen derartiger Zigaretten, deren Hülle nach der Weise oben
beschriebenen erg esigpp aus der bestand, konnte beobachtet werden, diese Hüllen
oder Röhren bei der Hitzeeinwirkung nicht formstabil blieben. Diese, an ihrem dem
Filter zugewandten Ende zusammengedrehten Röhren kollabierten vielmehr in der Glutzone.
Es war nicht genau beobachtbar, wieviele von ihnen nur verbeulten und bei wievielen
sich die Wand derart krümmte, daß anfangs übereinanderliegenden Randbereiche der
Papierhülle sich voneinander fortbewegten.
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In jedem Fall kam Nebenluft, welche nicht durch die Glutzone hindurchgegangen
war, in dem Tabakraum hinter die Glutzone.
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Zur Untersuchung der Grenzporosität, bei welcher noch die erfindungsgemäße
Reduktionswirkung eintrat, mußten deshalb formstabile Trennwände geschaffen werden.
Dies geschah auf folgende Weise.
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Zur Verdrängung des Tabaks aus dem zentralen Bereich der Zigarette
in den Ringraum wurde wiederum ein Glasstab verwendet, der für diese zu präparierenden
Zigaretten einen Durchmesser von 3 mm hatte und vorne in einen etwa 6 mm langen
Konus überging. Die zur Bildung der Trennwände verwendeten Papiere wurden zunächst
in der Größe so zurechtgeschnitten, daß sie bei der Wicklung um den Glasstab wiederum
längs einem Falz von 2 mm Breite einander überdeckten. Außerdem wiesen sie in Längsrichtung
eine Überlänge auf, so daß beim Zusammendrehen um den Konus auch an diesem Ende
ein dichter Verschluß des gebildeten Papierzylinders entstehen konnten. Vor dem
Umwickeln des Glasstabes jedoch wurden diese Papiere längs einem Längskantenbereich
von 2 mm Breite mit einer Klebebaste bestrichen, welche unter dem Handelsnamen UHU-Stick
vertrieben wird. Dieser möglichst gleichmäßig beschichtete Längskantenbereich definiert
die Innenseite des bei fertiger Trennwand oberen Papierstreifens des Klebefalzes.
Die andere Längskante wurde zunächst nach innen
zur Klebeszhicht
hin umgebogen oder umgeknickt, damit sie sich beim Aufwickeln des Papierstückes
um den Glas stab an ihn anlegt. Beim Aufwickeln des Papiers auf den Glasstab von
dieser unbeschichteten Längskante ausgehend zur beschichteten Längskante hin wurde
der Falz automatisch verklebt. Anschließend wurde das vordere Ende des Papiers um
den Konus des Glasstabes zusammengedreht. Dieser Glasstab wurde dann mitsamt seiner
Papierhülle, welche die spätere Trennwand bilden sollte, in die Zigarette eingeführt.
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Dabei mußte darauf geachtet werden, daß diese Einführung ohne Unterbrechung
und möglichst gleichmäßig geschah. Bei dieser beschriebenen nachträglichen Modifizierung
handelsüblicher Zigaretten gab es einen Ausschuß von etwa 40 %, weil die Einführung
ungleichmäßig geschah und das Papier dabei riß. Das anschließende Entfernen des
Glasstabes war wiederum kein Problem, da das Papier an dem Tabak haftete.
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Wenn diese hinten abgeschlossenen Hüllen aus porösem Zigarettenpapier
verwendet werden, gelangt ein Bruchteil der angesaugten Luft von vorne in den tabakfreien
Hohlraum und tritt durch die Poren hinter der Glutzone in radialer Richtung nach
außen in den Tabakringraum ein, und von diesen in den Filter. Je poröser die Innenwand
ist, um so größer ist dieser Bruchteil der angesaugten. Luftmenge, und umso mehr
ändert sich der Charakter dieser Zigarette vom Charakter der normalen Zigarette
fort.
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Die Untersuchung dieser Ausführungsbeispiele ergab einen Grenzwert
für die Porosität der Zwischenwand von 94 ml/min x cm2 x 100 mm H20-Säule. Bei Zwischenwänden
dieser Porosität und mit einem Durchmesser von 3 mm war der Filter der abgerauchten
Zigarette noch merklich heller als der Filter einer normalen Zigarette.
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Bei zunehmendem Durchmesser des tabakfreien Innenraumes tritt
allgemein
eine stärkere Reduktion des Kondensats auf, so daß in diesem Falle die Grenzporosität
bei einem etwas höheren Wert liegt.
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Es muß darauf hingewiesen werden, daß bei diesen derartig modifizierten
Zigaretten Durchmesser der tabakfreien Räume größer als 6 mm wohl kaum herstellbar
sind, zumindest nicht bei normalen Zigaretten. Bei dieser Art der Modifizierung
wurde durchweg der gesamte, innerhalb der Außenhülle aus Zigarettenpapier angeordnete
Tabak in die Ringzone verdrängt. Mit zunehmendem Durchmesser des tabakfreien Raumes
stieg somit die Verdichtung an. Die zunehinenden Verdichtungswerte sind in Tabelle
5 aufgeführt.
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Tabelle 5 Durchmesser Dichteverhältnis Dichtezuwachs in % o 1 o 1
1,015 1,5 2 1,o66 6,6 3 1,163 16,3 4 1,333 33,3 Der Vollständigkeit halber wurden
auch die Zugwiderstände von erfindungsgemäßen Zigaretten in Abhängigket von den
Durchmessern der tabakfreien Räume gemessen. Dies geschah durch Messung des Unterdrucks,
welcher an der mundstückseitigen Austrittsstelle des Filters während der Züge entstand.
Die jeweils während des zweiten Zugs auftretenden Unterdrücke, gemessen in mm -
H2O-Säule, sind in Tabelle 6 aufgeführt.
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Tabelle 6 Zugwiderstand, angegeben durch den entstehenden Unterdruck:
Durchmesser des tabakfreien Raums Unterdruck in mm - H20-Säule o 90 1 92 2 loo 3
llo 4 125 Es ist möglich, daß der erfindungsgemäße Effekt teilweise oder sogar weitgehend
darauf beruht, daß der Zentralbereich der Zigarette keinen Tabak enthält. Gerade
in diesem Zentralbereich ist die verfügbare Luftmenge besonders gering, da keine
der durch das äußere Zigarettenpapier hindurchgetretene Luft in diesen Bereich gelangt.
Außerdem ist in diesem Bereich die Temperatur ain höchsten. Soweit die Wirkung auf
dieserAussparung des zentralen Bereiches beruht, tritt sie weitgehend unabhängig
von der Dichte des Tabaks im umgebenden Ringraum ein. In diesem Fall wird sie demnach
auch dann erzielt, wenn den zu modifizierenden Zigaretten die Tabakmenge entnommen
wird, welche bei der normalen Zigarette in dein später auszusparenden Volumen vorhanden
war.
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Derartige Zigaretten haben somit stets die gleiche Tabakdichte im
Ringraum, unabhängig davon, ob der tabakfreie Raum, welcher durch eine Trennwand
vom Tabak abgetrennt ist, 1,2,3,4 oder auch 5 oder 6 mm Durchmesser hat. Diese Überlegung
ist deshalb wichtig, weil erfindungsgemäß modifizierte Zigaretten mit einem Durchmesser
des tabakfreien Raums von 5 oder gar 6 mm und mit einer Tabakdichte im Ringraum,
welche gleich derjenigen der normalen Zigarette ist, mit Hand nur sehr schwer herstellbar
sind. Selbstverstandlich fallen auch diese Zigaretten in den Schutzumfang der Erfindung.
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Sämtliche Zigaretten wurden nach der CORESTA-Norm abgeraucht, in dem
pro Minute 2 Sekunden lang an der Zigarette gezogen wurde und indem dabei ein Volumen
von 35ml angesaugt wurde.
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Der erfindungsgemäße Effekt tritt selbstverständlich, wie weitere
Untersuchungen ergeben haben, auch dann ein, wenn in unregelmäßigen Abständen jeweils
verschieden Volumina angesaugt werden.
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Zusammen mit der Beschreibung der Erfindung werden, als weitere Anlage
zum Antrag, Muster von Filtern abgerauchter erfindungsgemäßer Zigaretten in Form
von Fotos mit zugehöriger Legende überreicht.