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Schadstoffarme Tabakwaren
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Die Erfindung betrifft schadstoffarmeTabakwaren, 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, also 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 Verbrennungsgas
bzw. Verbrennungsrauch ausgefiltert. 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 mundstückseitigen Ende hin gleichmäßig
gelbbraun gefärbt.
Aus dem Filter strömen also nicht merklich weniger färbungsaktive Bestandteile aus,
als an seiner mundstückseitigen Stirnfläche eingeströmt waren.
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Aus dieser Tatsache, daß das mundstückseitige Ende der Filter überhaupt
nicht merklich heller als das vordere Ende der Filter ist, 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. 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 Tabakstrang würde so kurz werden, daß
diese Zigarette nur ein bis zwei Züge zulassen würde.
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Außerdem würde ein solch langer Filter auch die Herstellungskosten
der Zigarette ganz erheblich verteuern. Aber auch Filter mit wesentlchengeren Poren,
welche selbstverständlich ebenfalls teurer 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 Uberlegungen 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 Wkunsowohl gen des Rauchens immer stärker
in das Bewußtsein/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 ddem VeMbrennungsgas beigemischt.
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Wegen der Nebenluft und/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 erwünschtzeenin sollte, sehr enge Grenzen
gesetzt sind, da bereits/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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Bekannt sind ferner Zigarettenfilter, welche Aktivkohle in einem Zwischenraun
zwischen einem vorderen und einem hinteren Filterteil, die aus üblichem Filtermaterial
bestehen, enthalten. Auch diese Filter sind nach dem Rauchen der Zigarette an ihrem
hinteren, also mundstückseitigen
Ende, genau so stark verfärbt
wie an ihrem vorderen Ende, sie filtern also nicht nennenswert stärker als die üblichen
Filter.
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Schließlich wird noch darauf hinrewiesen, daß bei diesen bekannten
Zigaretten die ohnehin nur schwache Verringerung des Gehalts an Kondensat im Rauch
nicht quantitativ steuerbar ist.
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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.3. Tabake aut verschiedene Weise vorbehandelt.
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Auch werden bereist synthetische Tabake hergestellt.
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Schließlich bemüht :nan 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 eineuesonders nikotin- oder teerarme Tabaksorte gefunden
worden sein.
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Aufgabe der Erfindung ist es,schadstoffarme Tabakwaren zu schaffen,
deren Kondensatgehalt auf einen vorherbestimmbaren reduzierten Wert zwischen der
üblichen Menge und einem Wert wenig über Null quantitativ steuerbar ist.
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Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß innerhalb
des üblicherweise mit Tabak gefüllten Volumens ein oder mehrere tabakfreie Räume
vorgesehen ist bzw. sind, der bzw. die teilweise von einer als vorne im wesentlichen
und hinten offene hohle Röhre mit einer/ luftundurchlässigen Wand, deren Lange etwa
gleich der Länge des tabakfreien Raums und deren Durchmesser etwa 0,2 mm oder größer
ist, begrenzt ist bzw. sind, daß an hinteren, rn1undstückseitigen Ende der Tabakware
ein Abschnitt erhöhten Strömungswiderstands vorgesehen ist und
daß
das dem mundstückseitigen Ende der Tabakware nächsten Röhrenende sich im üblichen
Tabakteil in der Nähe der Vorderseite des Abschnitts vergrößerten Strömungswiderstands
oder in diesem Abschnitt selber befindet.
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Dieser Abschnitt vergrößerten Strömungswiderstands kann, z.B. falls
die Tabakware eine Zigarette ist, ein üblicher Tabakfilter sein.
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Schneidet man nach dem Abrauchen der erfindungsgemäßen Tabakware den
Abschnitt vergrößerten Strömungswiderstands, also z.B. bei Filterzigaretten den
Filter, auf, so kann man das folgende, höchst überraschende Phänomen betrachten:
Der Filter unterscheidet sich in ganz auffallender Weise von sämtlichen bisher bekannten
Filtern. In seinem axialen Bereich, beginnend von der vorderen, dem Tabak zugewandten
Grenzfläche aus ist der Filter gelblich braun verfärbt. Diese Verfärbung kann sich
an der vorderen Stirnfläche über den ganzen verschnitt erstrecken. Sie ist jedoch
nicht von gleichmäßiger Intensität. Im axialen Bereich ist diese Verfärbung im allgemeinen
erheblich stärker als im Randbereich.
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Diese Verfärbung des Filters hat aber auch in Längsrichtung desselben
verschiedene Intensität. Sie ist etwa im vorderen Verfärbungsbereich über 2, 3 mm
hin am stärksten, und nimmt zum hinteren, mundstückseitigen Ende des Filters ab.
Der gesamte Verfärbungsbereich verjüngt sich kegelförmig nach hinten und hat in
axialer Richtung eine Länge zwischen etwa 2 und 13 mm. Das hintere Ende des Filters
aber - und das ist völlig neuartig - ist vollständig weiß.
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Bei der erfindungsgemäßen Tabakware kann somit der gesamte färbungsaktive
Kondensatgehalt des Verbrennungsgases
bzw. Verbrennungsrauches
in dem Abschnitt vergrößerten Strömungswiderstandes zurückgehalten werden.
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Selbst wenn noch einige Kondensatbestandteile am mundstückseitigen
Ende der Zigarette austreten sollten, so sind es nur vernachlässigbar kleine Anteile,
da sie bei Filterzigaretten mit dem üblichen 20 mm langen Filter an dessen Ende
nicht die geringste, mit dem bloßen Auge beobachtbare Verfärbung hervorrufen.
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Die Erfindung weist eine überraschende Vielzahl von Vorteilen auf.
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Zunächst ist der Vorteil zu nennen, daß sie es ermoglicht, zumindest
den färbungsaktiven Kondensatgehalt von Tabakwaren nahezu vollständig zu entfernen.
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Es ist möglich, daß eine derartige, nahezu vollständige Entfernung
des fsrbungsaktiven Kondensats das erstrebte Ziel ist. Man weiß nämlich nicht, welcher
Anteil an Kondensat zur Erzeugung des vom Raucher gewünschten Geschmacks der Tabakware
erforderlich ist.
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Sollte jedoch diese nahezu vollständige Entfernung des firbungsaktiven
Kondensats nicht erwünscht sein, weil die Zigarette nicht den von vielen Rauchern
gewünschten Geschmack hat, so kann man bei der erfindungsgemäßen Tabakware ohne
Schwierigkeiten den gewünschten Anteil an Kondensat aus der Tabakware heraus strömen
lassen.
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Dies kann man z.B. dadurch ermöglichen, daß man den Abschnitt vergrößerten
Strömungswiderstands, im Falle einer Filterzigarette also den Filter, kürzer ausbildet.
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Ist z.B. der Filter so kurz, daß der zum mundstückseitigen Filterende
hin sich verjüngende Verfärbungsbereich nicht in eine Spitze ausläuft, sondern bis
zum hinteren Filterende reicht, so kommt selbstverständlich mehr Kondensat
aus
der Zigarette heraus. Je kürzer der Filter, umso größer ist die vom Raucher ansaugbare
Kondensatmenge.
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Die Erfindung ermöglicht aber auch eine zweite Art der quantitativen
Steuerung der Kondensatmenge. Will man nämlich den Filter jeweils gleich lang ausbilden,
trotzdem aber den vom Raucher einsaugbaren Kondensatgehalt erhöhen, so läßt man
die Röhre erst in dem Abschnitt vergrößerten Strömungswiderstands enden. Je näher
dieses Ende der Röhre beim Ende der Zigarette liegt, umso höher ist der Anteil an
von dem Raucher ansaugbarem Kondensat.
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Die Erfindung weist somit den enorm großen Vorteil auf, daß sie erstmals
die quantitative Steuerung des Kondensats von Tabakwaren ermöglicht.
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Da im Verbrennungsgas bzw. Verbrennungsrauch von Zigaretten Teer und
Nikotin nur sehr schwer voneinander zu trennen sind, weist die Erfindung auch den
weiteren Vorteil auf, daß sie auch die Verringerung des Nikotingehalts ermöglicht.
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Un einen weiteren überraschenden und besonders wichtigen Vorteil der
Erfindung beschreiben zu können, muß zunachst kurz auf die Zusammensetzung des Tabakrauches
normaler Zigaretten in Abhängigkeit von der Tabakstranglange eingegangen werden.
Bei normalen Zigaretten steigt n?'4tnlich oei jedem Zug, und damit mit abnehnender
Tabakstranglänge, der prozentuale Anteil an Schadstoffen lffl Verbrennungsgas sehr
stark an. Es ist allgemein bekannt, daß die letzten Züge an Zigaretten besonders
giftig sind.
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Mit der Erfindung wird jedoch auch der weitere Vorteil erzielt, daß
dieser Gradient der Zunahme des Schadstoffgehalts von Zug zu Lug kompensiert und
sogar ilberko:npensiert werden kann. Selbstverständlich ist diese kompensation des
Gradienten nur dann interessant, wenn man durch Verkürzung des abschnitts des vergrößerten
Stro-1lungswiderstands oder aber durch Verlängerung des Röhrenendes bis in diesen
Abschnitt hinein so viel Schadstoffe ausströmen läßt, daß sich der Gradient überhaupt
auswirken kann.
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Der Nachweis der kompensation des Gradienten wurde durch messung des
Gehalts von Kohlenmonoxid Il Verbrennungsgas normaler Zigaretten und auch im Verbrennungsgas
von erfindungsgemäß ausgebildeten Tabakwaren festgestellt. Dabei stellte sich ein
weiterer, überraschender Vorteil der Erfindung heraus, nämlich die Tatsache, daß
sie auch die Verringerung von Kohlenmonoxid ern-iglicht.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, da3 sie die Herstellung
giftgasarmer Tabakwaren auf besonders einfache Weise und ohne nennenswert erhöhte
Herstellungskosten er:aöglicht.
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Schließlich eist die Erfindung aber auch den Vorteil
auf,
daß sie der Zigarettenindustrie enorme Kosten ersparen kann, weil sie den bei der
Herstellung von Tabakwaren anfallenden Ausschuß an Tabak wesentlich verringert.
Bisher konnten nämlich Tabakstengel und billige Tabaksorten nicht oder nur in ganz
geringen Anteilen mit verarbeitet werden, da sie beim Verbrennen besonders viele
Schadstoffe erzeugen. Da die Erfindung, wie es oben beschrieben wurde, den Gehalt
von Schadstoffen im Verbrennungsgas bzw. Verbrennungsrauch in bisher nicht geahnter
Weise verringert, ermöglicht sie es gleichzeitig,auch die billigen Tabaksorten und
Tabakstengel und -mppen zu Tabakwarm zu verarbeiten, welche immer noch wesentlich
weniger Schadstoffe erzeugen als die bisher verkauftv Tabakwaren.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht der Abschnitt
vergrößerten Strömungswiderstands aus verdichtetem Tabak. Diese Weiterbildung der
Erfindung hat den großen Vorteil, daß keine besonderen Filter aus Filtermaterial
separat hergestellt und im Fertigungsprozeß an die Zigaretten angesetzt werden müssen.
Es wird jetzt vielmehr möglich, Zigaretten im Strangverfahren lediglich mit Tabak
zu füllen, wobei dieser jeweils in dem Bereich, welcher später das mundstückseitige
Ende der Zigarette bildet, stärker verdichtet werden muß.
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Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann
der Abschnitt vergrößerten Strömungswiderstands aus einem beliebigen Material bestehen,
dessen Strömungswiderstand in der Größenordnung des Strömungswiderstands eines üblichen
Zigarettenfilters liegt. Dieser Abschnitt kann somit auch aus einem Material bestehen,
das billiger als sowohl Tabak als auch das übliche Filtermaterial ist.
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Es wird noch darauf hingewiesen, daß diese Kondensierung in einem
solch starken Ausmaß eintritt, daß dieser Verfärbungsbereich, insbesondere dessen
besonders dunkel gefärbter Kern, bei Filterzigaretten wesentlich härter als der
übrige Teil des Filters ist.
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Die Querschnittsform der erfindungsgemäßen Röhre kann eckig sein,
sie kann jedoch auch rund sein.
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Diese Röhre kann vorteilhafterweise aus brennbarem Material bestehen.
Diese Weiterbildung der Erfindung hat den Vorteil, daß die Röhre mit dem Tabak der
Tabakware abbrennt. Sie kann deshalb mit der Tabakasche gemeinsam abgestreift werden.
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Zweckmäßigerweise sollte die Röhre aus einem Material bestehen, welches
nicht schneller oder zumindest nicht wesentlich schneller als der sie umgebende
Tabak brennt bzw. verglimmt. Würde die Röhre nämlich wesentlich schneller abbrennen
als der sie umgebende Tabak, so würde ihre Glimmzone derjenigen des Tabaks vorauseilen
und die Röhre würde zerstört werden. Man hätte dann nicht mehr die gemäß der Erfindung
erforderliche luftundurchlässige Röhrenwand.
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Vorteilhafterweise besteht die Röhre aus einem Material, welches bei
der Verbrennung eine der Tabakasche ähnliche
amorphe Konsistenz
annimmt. Diese Weiterbildung der Erfindung hat den Vorteil, daß sie die Herstellung
von Zigaretten ermöglicht, deren äußere Erscheinungsform sich auch beim Rauchen
der Zigarette nicht von derjenigen einer normalen Zigarette unt«.cheidet.
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Die Röhre selber kann zylindrisch ausgebildet und in Längsrichtung
der Zigarette ausgebildet sein. Sie kann aber auch konisch ausgebildet sein. Möglich
ist auch eine Ausbildung der Röhre mit einem nicht linearen veränderlichen Durchmesser.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sollte der Durchmesser der
Röhre bei normalen Zigaretten mit 8 mm Durchmesser nicht größer als 7,5 mm sein.
Allgemein sollte die Querschnittsfläche der Röhre weniger als 88 % der gesamten
Querschnittsfläche der Tabakware einnehmen.
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Die erfindungsgemäße Wirkung tritt sowohl bei Tabakwaren auf, deren
im Ringraum um die Röhre angeordneter Tabak die übliche Dichte hat, also bei solchen
Tabakwaren, deren Tabak im Ringraum um die Röhre dichter als bei normalen Zigaretten
ist.
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Zweckmäßigerweise sollte das dem mundstückseitigen Ende der Tabakware
nächste Röhrenende sich an einer Stelle zwischen einer vorderen extremen Position
von maximal 15 mm von der Vorderseite des genannten Abschnitts vergrößerten Strömungswiderstandes
und einer hinteren extremen Position von 1 mm vor dem hinteren,mundstückseitigen
Ende dieses Abschnitts befinden.
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Besonders günstige Ergebnisse erhält man, wenn das dem hinteren Ende
der Tabakware nächste Röhrenende sich im
Bereich der Grenzschicht
zwischen dem normalen Tabak und dem Abschnitt vergrößerten Strömungswiderstand befindet.
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Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind
in deEn Abschnitt erhöhten Strömungswiderstands eine oder mehrere in Längsrichtung
verlaufende Trennwände vorgesehen, welche den Gas- bzw. Rauchstrom quer zur Längsachse
der Tabakware verringern.
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Diese Weiterbildung der Erfindung weist den Vorteil auf, daß sie beim
Ziehen an der Zigarette eine etwa gleichmäßige Verteilung des Unterdrucks an der
Grenzfläche zwischen dem Tabakraum und dem Abschnitt vergrößerten Strömungswiderstands
bewirken. Diese Weiterbildung ist auch besonders dann vorteilhaft, wenn der Abschnitt
vergrößerten Strömungswiderstands aus einem beliebigen Material hergestellt wird,
welches, im Gegensatz zu normalen Filtern, in allen Richtungen den gleichen Strömungswiderstand
hat.
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Diese Trennwand bzw. Trennwände können ringförmig ausgebildet und
koaxial mit der Tabakware ausgerichtet sein.
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Das hintere, mundstückseitige Ende der Röhre kann in einem Abstand
vor dem vorderen Ende der Trennwand enden. Das hintere, mundstückseitige Ende der
Röhre und das vordere Ende der Trennwand können aber auch etwa in einer Ebene liegen.
Möglich ist auch eine Weiterbildung, bei welcher das hintere, mundstückseitige Ende
der Röhre hinter dem vorsteht en Ende der Trennwand endet, so daß Röhre und Trennwand
einander überdecken.
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Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erstreckt
sich die Röhre bis zum mundstückseitigen
Ende der Tabakware und
weist in ihrem mundstückseitigen Ende einen Stopfen auf.
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Der Zugwiderstand dieses Stopfens liegt zweckmäßigerweise etwa in
der gleichen Größenordnung wie derjenige eines Zigarettenfilters normaler Länge
und mit dem Durchmesser der Röhre. Diese Weiterbildung der Erfindung hat besondere
fertigungstechnische Vorteile.
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Nach einer anderen, besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung
besteht die Röhre aus gut wärmeleitendem Material. Sie kann z.B. aus irgendeinem
Metall, auch aus einem Leichtmetall wie Aluminium, bestehen.
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Diese Weiterbildung der Erfindung zeigt einen ganz besonders überraschenden
Effekt. Derartige erfindungsgemäß ausgebildete Filterzigaretten zeigen nämlich einen
geradezu unglaublich niedrigen Gehalt von Kohlenmonoxid im Verwrennungsgas. Das
Röhrenmaterial selber bestand aus einer üblichen, im Handel erhältlichen Haushaltsfolie,
die zu einer Röhre aufgerollt war, welche längs einem 3 mm breiten, in Längsrichtung
verlaufenden Falz verklebt war und einen Durchmesser von 3 mm aufwies. Mit derartigen
Röhren wurden - man lese und staune - Reduzierungen des CO-Gehalts im Verbrennungsgas
von70bis über 80% erzielt.
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Diese Zigaretten enthielten somit nur noch weniger als 20 bis maximal
30% der üblichen Menge von CO im Verbrennungsgas.
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Der Grund für diese geradezu unglaublich starke Reduzierung des CO-Gehalts
kann mit darin liegen, daß das verwendete Aluminium Wärme sehr gut leitet.
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Aufgrund dieser Eigenschaft leitet es die Wärme von der Glutzone fort
und erniedrigt somit deren Temperatur.
Diese Temperaturverringerung
bewirkt möglicherweise eine Verschiebung des Bouduard-Gleichgewichts in Richtung
zur Erzeugung von mehr C02 und weniger CO.
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Es wird noch darauf hingewiesen, daß dieser weitere Vorteil der Erfindung
von überaus großer Bedeutung ist, da bisher keine Möglichkeit zur Reduzierung des
CO-Gehalts im Verbrennungsgas bzw. Verbrennungsrauchs von Zigaretten bekannt ist
und ausgerechnet einige im Handel befindliche Zigaretten, welche besonders nikotin-
und kondensatarm sind, einen besonders hohen Gehalt an Kohlenmonoxid enthalten.
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Bei Verwendung einer Röhre aus Metall,z.B. Aluminium,kann es geschehen,
daß die Zigarette nicht ganz so schnell anbrennt wie eine normale Zigarette. Diese
verlängerte Zünddauer hängt von der Größe der Wärmeableitung ab.
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Wenn die Röhre länger und dickwandiger ist, wird mehr Wärme abgeleitet,
und dadurch kann sich die Zünddauer verlängern.
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Um diesen möglicherweise auftretenden Effekt zu kompensieren, sind
nach einer Weiterbildung der Erfindung im vorderen Teil des Tabakstrangs Oxidatoren
vorgesehen. Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist der vordere Teil
des Tabakstrangs mit Oxidatoren imprägniert.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
in Verbindung mit der Zeichnung und der Beschreibung hervor.
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Die Erfindung wird im folgenden arhand eines Ausführungsbeispiels
und in Verb;ndung mit der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine für
Messungen des CO-Gehalts verwendete Meßapparatur in schematischer Darstellung, Fig.
2a einen Schnitt durch eine normale Filterzigarette, Fig. 2b ein CO-Diagramm der
Zigarette der Fig. 2a, Fig. 2c eine schematische Darstellung eines Schnitts durch
den Filter der Zigarette der Fig. 2a nach dem Abrauchen, Fig. 3a einen Schnitt durch
eine erfindungsgemäße Filterzigarette mit einer aus Papier bestehenden zentralen
Röhre, die vor dem Filter endet, Fig. 3b ein CO-Diagramm der Zigarette der Fig.
3a, Fig. 3c eine schematische Darstellung eines Schnitts durch den Filter der Zigarette
der Fig. 3a nach dem Abrauchen, Fig. 4a einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße
Filterzigarette, deren zentrale, aus Papier bestehende Röhre vom vorderen Ende der
Zigarette bis zur vorderen Stirnfläche des Filters reicht, Fig. 4b ein CO-Diagramm
der Zigarette der Fig. 4a, Fig. 4c eine chematische Darstellung eines Schnitts durch
einen Filter der Zigarette der Fig. 4a nach dem Abrauchen,
Fig.
5a einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Zigarette mit einer aus Papier bestehenden
zentralen Röhre, deren mundstückseitiges Ende sich in den Filter hineinerstreckt,
Fig. 5c eine schematische Darstellung eines Schnitts durch den Filter der Zigarette
der Fig. 5a nach dem brauchen, Fig. 6a einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß
modifizierte Filterzigarette mit einer zentralen Röhre, die aus Alwilinium besteht
und deren nundstückseitiges Ende an der vorderen Stirnfläche des Filters anliegt,
Fig. 6b ein CO-Diagramm der Filterzigarette der Fig. 6a, Fig. 6c ein CO-Diagramm
der normalen Filterzigarette der Fig. 2a und der erfindungsgemäßen Filterzigarette
der Fi7. 6a in demselben Koordinatensystewn, Fig. 6d einen Schnitt durch den Filter
der Fig. Ca und Fig. 7 bis 9 weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Die Verfärbung des Filters und die Kondensatbildung bei den erfindungsgemäß
ausgebildeten Zigaretten sind mit dem blossen Auge erkennbar. Zum Nachweis der Reduzierung
und auch der quantitativen Steuerbarkeit der Reduzierung des Kondensats bedurfte
es deshalb keiner Meßapparatur. Nicht ohne Meßvorrichtung feststellbar dagegen ist
der Gehalt von CO im Verbrennungsgas bzw. -rauch, da dieses Gas völlig geruchlos,
geschmacklos und auch farblos ist. Der Nachweis, daß gemäß der vorliegenden Erfindung
auch der Gehalt an CO erheblich reduzierbar ist, wurde mit der in Fig. 1 schematisch
dargestellten eßapparatur durchgeführt, mit welcher Verbrennungsgase von Zigaretten
nach der CORESTA-Norm vermessen wurden.
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Die Meßapparatur der Fig. 1 weist einen Cambridget- V V Filter 2 auf,
an dessen Einlaßseite eine Zigarette 1 eingesetzt werden kann. Der Cambridge-Filter
2 ist über eine Kühlfalle 3 mit einer Gaseinlaßschleife 4 verbunden, welche ein
Umschaltventil (nicht dargestellt) ent; t. Einem Ausgang dieser Gaseinlaßschleife
4 ist ein Gaschromatograph 5 nachgeschaltet. Der andere Ausgang der Gaseinlaßschleife
4 führt über ein Vorvakuumgefäß 9 zu einer Vakuumpumpe 10. In der Leitung zwischen
Gaseinlaßschleife 4 und dem Vorvakuumgefäß 9 liegen ein Magnetventil 7, welches
von einem Zeitgeber 6 gesteuert wird, und ein Einstellhahn 8.
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Im Betrieb wird die Zigarette 1 in zeitlichen Intervallen durch den
Unterdruck abgebrannt, welcher von der Vakuumpumpe 10 erzeugt wird. Bei diesen Zügen
werden der Rauch und das Verbrennungsgas der Zigaretten in dem Cambridge-Filter
2 filtriert. Dieser Filter 2 hält die festen Bestandteile und die flüssigen Rauch-Bestandteile
zurück, und läßt im wesentlichen lediglich das Verbrennungs-Gas hindurch. Dieses
Gas wird durch eine Kühlfalle 3 geleiLeL, in welciler El20 und CO2 ausgefroren werden.
Das aus der Kühlfalle 3 der Gaseinlaßschleife 4 zugeführte Gas enthält den gesamten
CO-Anteil, welcher von der brennenden Zigarette 1 bei jedem Zug in den Cambridge-Filter
2 eingesaugt wurde.
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Die Vakuumpumpe 10 arbeitet während der gesamten Messung. Sie erzeugt
jedoch nur dann einen Unterdruck am Mundstück der Zigarette 1, wenn das Magnetventil
7 geöffnet ist. Dieses Magnetventil 7 wird vom Zeitgeber 6 in Intervallen von einer
Minute jeweils zwei Sekunden lang geöffnet. Während dieser zwei Sekunden wird also
an der Zigarette 1 gezogen. Der Einstellhahn 8, welcher
den Querschnitt
der Leitung zwischen dem Magnetventil 7 und der Vakuumpumpe 10 verändern kann, ist
so eingestellt, daß während dieses Zuges von zwei Sekunden Dauer eine Gasmenge von
35 ml durch den Cambridge-Filter 2 hindurch angesaugt wird. Diese Menge von 35 ml
reicht aus, um die gesamte Apparatur vom Cambridge-Filter 2 bis zum Magnetventil
7 hin durchzuspülen.
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Nach dem Intervall von zwei Sekunden wird das twlagnetventil 7 durch
ie Steueru des Zeitgebers 6 geschlosso gedreht, daß der Gaschromatograph 5 sen.
Jetzt wird das Drenumschaltventil#an die Gaseinlaßschleife 4 angeschlossen ist und
das Trägergas des Gaschromoatographen 5 die zu analysierende Gasmenge aus der Gaseinlaßschleife
4 aus- und in den Gaschromatographen 5 einspült.
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In diesem Gaschromatographen 5 wird die eingespülte Gasmenge mit einem
5-i-Molekularsieb in die verschiedenen Bestandteile getrennt. Die unterschiedlichen
Wärmeleitfähigkeitswerte dieser Bestandteile werden über einen Wärmeleitfähigkeitsdetektor
(WLD) gemessen, und diese Meßwerte werden von einem Kompensographen 12 aufgezeichnet.
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Das Vorvakuumgefäß 9 zwischen dem Magnetventil 7 und der Vakuumpumpe
10 dient in üblicher Weise dazu, einen Zusammenbruch des Vakuums in dieser Unterdruckleitung
beim Öffnen des Magnetventils 7 zu verhindern.
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Die verwendete Meßapparatur arbeitet mit sehr hoher Genauigkeit. Schwankungen
der Meßergebnisse aufgrund der Meßgenauigkeit der Apparatur sind wesentlich kleiner
als diejenigen Schwankungen der Meßergebnisse, welche durch die ungleiche Konsistenz
der verschiedenen Zigaretten
hervorgerufen werden. Selbst die Konsistenz
der Z garetten einer einzigen Packung, welche also den gleichen Umwelteinflüssen
wie Lufttemperatur, Feuchtigkeit und dergleichen ausgesetzt sind, sind wesentlich
größer als die Schwankungen der Meßapparatur. Der Fehler der gesamten Messung wird
somit durch die veränderliche Konsistenz der einzelnen Zigaretten innerhalb einer
Packung bestimmt. Dieser Fehler lag maximal zwischen 9 und 10%. Bei einigen Zigarettenpackungen
lag diese Schwankung der Meßergebnisse unter den Zigaretten einer einzigen Packung
nur bei etwa 5%. Diese angegebenen Schwankungswerte wurden bei handelsüblichen,
nicht präparierten Zigaretten gemessen.
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Zu sämtlichen Messungen wurden handelsübliche Zigaretten verwendet,
welche in der Bundesrepublik Deutschland unter dem Handelsnamen "R6" vertrieben
werden.
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Die Fig. 2a zeigt einen Querschnitt durch eine solche handelsübliche
Zigarette 20, welche einen Tabakstrang 22 und einen Filterteil 21 umfaßt.
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In der Fig. 2b ist ein CO-Diagramm der in der Fig. 2a gezeigten normalen
Zigarette dargestellt. Die Abszisse bildet die in Minuten aufgeteilte Zeitachse,
wobei der Pfeil dieser Abszisse in Richtung zunehmender Zeit weist. Diese Zeitskala
läuft also von rechts nach links.
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Die Meßergebnisse der späteren Züge an der Zigarette sind somit jeweils
links von den Mx.,ergebnissen der vorhergehenden Züge aufgetragen.
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Die Ordinate weist eine linear geteilte Skala auf.
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In dieser Fig. 2b sind vier Kurven dargestellt, nämlich
die
Kurven 2-2, 2-4, 2-6, 2-8. Die erste Ziffer dieser Kurvenkennzahlen entspricht sowohl
in dieser Fig.
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2b als auch in den anderen Figuren jeweils der gemessenen Zigarette.
Bei den Kurven der Fig. 2b ist die erste Ziffer jeweils eine 2, was also bedeutet,
daß diese Kurven Ergebnisse von Messungen an der Zigarette der Fig. 2a darstellen.
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Die zweite Ziffer gibt jeweils die Zugzahl an, deren Meßergebnisse
durch die Kurve dargestellt werden. In der Fig. 2b sind somit von rechts nach links
die Meßergebnisse des zweiten, vierten, sechsten und achten Zugs an der Zigarette
der Fig. 2a dargestellt. Um zu verdeutlichen, daß diese Kurven zu der im Handel
gekauften, normalen und nicht modifizierten Zigarette gehören, ist in dieser Fig.
2b jeweils noch die Beschriftung "NORMZ' aufgeführt.
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Die Kurven der Fig. 2b, 3b, 4b, 5b und 6b stellen jeweils die bei
den verschiedenen Zügen gemessenen Mengen des CO-Gehalts dar. Dabei sind die Flächen
der einzelnen Meßkurven zu der gemessenen CO-Gasmenge proportional.
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In der Fig. 2b sieht man, daß die Menge an CO im Verbrennungsgas einer
normalen Zigarette vom zweiten zum achten Zug hin ansteigt.
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Die Fig. 2c zeigt in schematischer Weise einen Schnitt durch einen
Filter einer normalen Filterzigarette nach deren Abrauchen. Die in Längsrichtung
verlaufenden Linien in diesem Filter 21 sollen die Gelbfärbung des Filters darstellen.
Dieser Filter ist von seinem vorderen, tabakseitigen Ende bis zu seinem hinteren,
mundstückseitigen Ende gleichmäßig gelb oder gelblich-braun gefärbt. Diese gleichmäßige
Verfärbung
soll durch die etwa gleichen Abstände zwischen den in Längsrichtung verlaufenden
Linien veranschaulicht werden. Aus dem verbleibenden Rest 22 ist der noch nicht
verbrannte Teil des Tabaks entfernt worden und deshalb in der Fig. 2c auch nicht
eingezeichnet worden, wie auch bei den anderen in der Zeichnung dargestellten abgerauchten
Zigaretten.
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In Fig. 3a ist eine erfindungsgemäß modifizierte Zigarette 30 dargestellt.
Diese Zigarette weist einen Filterteil 31 auf. Innerhalb des üblicherweise mit Tabak
gefüllten Volumens weist diese Zigarette eine Röhre 35 auf, welche innen hohl und
vorne und hinten offen ist. Die Zigarette dieser Fig. 3a weist somit keinen gleichmäßigen
Tabakstrang auf, sondern vielmehr einen um die Röhre 35 angeordneten Tabakringraum
32.
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Diese Zigarette der Fig. 3a wurde, wie auch alle anderen untersuchten
Zigaretten, aus einer handelsüblichen Zigarette der Handelssorte "R6" hergestellt.
Diese Zigarette wurde auf folgende Weise hergestellt.
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In die 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 wurde der Tabak aus dem zentralen Bereich der Zigarette in den
Ringraum verdrängt. Nach Herausziehen des Glas stabes wurde dieser mit einem Papier,
welches die spätere Röhre 35 bilden sollte, umwickelt. Das verwendete Papierstück
war derart bemessen, daß beim Umwickeln des Glasstabes lt diesem Papierstück dessen
Längsränder sich parallel zur Mittelachse des Glasstabes auf dessen Mantelfläche
auf einer Breite von 2 mm überdeckten. Um Röhren zu erhalten, welche möglichst auch
unter
der Hitzeeinwirkung beim Abrauchen oder Abbrennen der Zigarette formstabil bleiben,
wurde das Papierstück längs einem Längskantenbereich von 2 mm Breite mit einer Klebepaste,
welche unter dem Handelsnamen "UhuStick" vertrieben wird, gleichmäßig aufgetragen.
Dieser beschichtete Längskantenbereich definiert die Innenseite des bei fertiger
Trennwand oberen Papierstreifens des Klebefalzes. Die andere Längskante wurde zunächst
nach innen, zur Klebeschicht hin, umgebogen oder umgeknickt, damit sie sich beim
Umwickeln des Glasstabes nicht an ihn anlegte. Beim Aufwickeln des Papiers auf den
Glas staub von dieser unbeschichteten Längskante ausgehend zur beschichteten Längskante
hin wurde der Falz automatisch verklebt. Danach wurde der Glasstab mit der ihn umgebenden
Papierhülle, welche die Röhre bilden sollte, in die Zigarette eingeführt. Dabei
mußte darauf geachtet werden, daß diese Einführung möglichst gleichmäßig geschah.
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Auf diese Weise wurden sämtliche erfindungsgemäß modifizierten Zigaretten
hergestellt.
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Zur Herstellung der Zigaretten der Fig. 3a wurde eine Röhre mit einem
Durchmesser von 3 mm verwendet - auch die Röhren der Fig. 4a, 5a und 6a weisen einen
Durchmesser von 3 mm auf. Zur Herstellung dieser Röhre 35 wurde Papier mit einem
Flächengewicht von 60 g/m2 verwendet.
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In den Fig. 3b, 4b, Sb, 6b und 7b ist wiederum jeweils das gleiche
Koordinatensystem verwendet worden, wie in der Fig. 2b. Der Einfachheit halber sind
jedoch die Beschriftungen an der Abszisse und sowohl die Ordinate als auch die Skalenteilung
der Ordinate fortgelassen worden. Ferner ist in diesen Figuren, mit Ausnahme der
Fig.6b
und 7b, jeweils nur die Kurve des vierten, sechsten und
achten Zuges an der entsprechenden Zigarette dargestellt.
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In der Fig. 3b sind die Kurven der gemessenen CO-Mengen des vierten,
sechsten und achten Zuges an der Zigarette der Fig. 3a dargestellt.
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Das Auffälligste an dieser Fig. 3b ist die Tatsache, daß beim sechsten
Zug etwa die gleiche CO-Menge wie beim vierten Zug gemessen wurde, und daß beim
achten Zug sogar eine geringere CO-Menge als beim vierten und beim sechsten Zug
gemessen wurde. Während bei jeder normalen Zigarette allgemein der prozentuale Anteil
an Schadstoffen von Zug zu Zug steigt, was auch für den prozentualen Anteil an Kohlenmonoxid
gilt, wie man an der Fig. 2b sieht, ist dieser Gradient bei der Zigarette der teig.
3a vom vierten zum sechsten Zug hin kompensiert. Vom sechsten zum achten Zug hin
ist dieser Gradient sogar überkompensiert, der achte Zug enthält nämlich nicht die
gleiche Menge an CO wie der sechste Zug, sondern sogar noch weniger. Eine derartige
Kompensation und sogar Uberkompensation des üblicherweise zunehmenden Gradienten
des prozentualen Schadstoffanteils im Verbrennungsgas bzw. Verbrennungsrauch von
Zigaretten war bisher nicht bekannt.
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Legt man die Kurven der Fig. 3 und 2b so übereinander, daß die Abszissenoder
Grundlinien sich decken und auch die Meßkurven gleicher Züge übereinanderliegen,
so erhält man folgendes Ergebnis: das Verbrennungsgas des vierten Zuges der erfindungsgemäß
modifizierten Zigarette enthält etwa gleich viel oder etwas mehr CO als das Verbrennungsgas
des vierten Zuges an der normalen Zigarette. Das Verbrennungsgas des sechsten Zugs
an der Zigarette der Fig. 3a enthält weniger Kohlenmonoxid als
das
Verbrennungsgas des sechsten Zugs der normalen Zigarette und das Verbrennungsgas
des achten Zugs der Zigarette der Fig. 3a enthält wesentlich weniger, etwa nur halb
so viel Kohlenmonoxid wie das Verbrennungsgas des achten Zugs an einer normalen
Zigarette.
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Es wird nochmals darauf hingewiesen, daß die Röhre 35 der Zigarette
der Fig. 3a eine Länge von 61 mm hatte, daß sie sich also 61 mm weit von dem vorderen
Ende der Zigarette in diese hineinerstreckte. Da Zigaretten der Handels sorte "R6"
eine Gesamtlänge von 84 mm, einen Filter mit einer Länge von 20 mm und somit einen
Tabakstrang mit einer Länge von 64 mm haben, endete das mundstückseitige Ende der
Röhre 35 3 mm vor der vorderen Stirnfläche des Filterteils 31.
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In der Fig. 3c ist ein Schnitt durch einen Filter der Zigarette der
Fig. 3a nach deren Abrauchen schematisch dargestellt. Wie man aus der in Längsrichtung
verlaufenden Schraffur sieht, ist dieser Filter keineswegs gleichmäßig verfärbt.
Verfärbt ist er lediglich in seinem vorderen Bereich, beginnend an seiner vorderen
Stirnfläche.
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Dort, wo die Verfärbung am stärksten ausgeprägt ist, ist der Filter
erheblich dunkler als der Filter der normalen Zigarette der Fig. 2a. Der Verfärbungsbereich
verjüngt sich angenähert kegelförmig zum hinteren Ende des Filters hin, wie es durch
die Linie 302 grob angenähert dargestellt ist. Auch in dieser Figur wurde versucht,
so gut es zeichnerisch geht, den Verfärbungsgrad durch entsprechende Dichte der
Schraffur anzudeuten. Wie durch die Konturlinie 302 angedeutet ist, reicht die Verfärbung
des Filters von dessen Vorderseite nur etwa 8 bis 9 mm tief in diesen hinein. Der
hintere Teil des Filters war
vollständig unverfärbt. Er war so
weiß, daß mit dem bloßen Auge kein Helligkeitsunterschied zwischen ihm und einem
Filter einer nicht gerauchten Zigarette feststellbar war.
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In der Fig. 4a ist eine Zigarette 40 dargestellt, welche wiederum
erfindungsgemäß durch Anbringung einer axial angeordneten Röhre 45 modifiziert wurde.
Auch diese Röhre bestand aus Papier mit einem Flächengewicht von 60 g/m2, welches
längs einem Falz von 2 mm Breite verklebt war. Diese Röhre hatte wiederum einen
Durchmesser von 3 mm. Sie war jedoch 64 mm lang, so daß ihr mundstückseitiges Ende
an der vorderen Stirnseite des Filterteils 41 anstieß. Der gesamte Tabak der gekauften
Zigarette war in den Ringraum 42 verdrängt worden. In den gesamten axialen Bereich
des ursprünglichen Tabakstrangraumes 46, welcher von der Röhre 45 umschlossen wurde,
befand sich somit kein Tabak.
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In der Fig. 4b sind Kurven 4-4, 4-6 und 4-8 dargestellt, welche die
Länge des Kohlenmonoxid im Verbrennungsgas des vierten, sechsten, bzw. achten Zuges
darst;ellten.
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In dieser Fig. 4b fällt zunächst auf, daß der Gehalt an Kohlenmonoxid
vom vierten zum sechsten Zug hin geringfügig ansteigt, und vom sechsten zum achten
Zug hin wieder abfällt. Auch bei dieser Zigarette der Fig. 4a ist somit der bei
normalen Zigaretten stets vorhandene Gradient vom vierten zum sechsten Zug hin weitgehend
kompensiert und vom sechsten zum achten Zug hin sogar überkompensiert. Ferner sieht
man auf einen Blick, daß die Zigarette der Fig. 4a wesentlich weniger Kohlenmonoxid
im Verbrennungsgas enthält als die normale Zigarette der Fig. 2a. Das Verbrennungsgas
des vierten Zugs an der erfindungsgemäß
modifizierten Zigarette
der Fig. 4a enthält noch etwa so viel Kohlenmonoxid wie das Verbrennungsgas des
vierten Zugs der normalen Zigarette. Das Verbrennungsgas des sechsten Zugs der Zigarette
der Fig. 4a enthält bereits weniger Kohlenmonoxid als das Verbrennungsgas des des
sechsten Zugs der normalen Zigarette der Fig. 2a, und das Verbrennungsgas des achten
Zugs an der Zigarette der Fig. 4a enthält viel weniger, etwa nur halb so viel Kohlenmonoxid
wie das Verbrennungsgas des achten Zugs der normalen Zigarette der Fig. 2a.
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In ähnlicher Weise, wie bei den erfindungsgemäß ausgebildeten Zigaretten
der Gradient des CO-Gehalts kompensiert bzw. überkompensiert wird, wird auch ganz
allgemein der Gradient des Schadstoffgehalts kompensiert.
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In der Fig. 4c ist ein Schnitt durch einen Filter der Zigarette der
Fig. 4a schematisch dargestellt. Auch dieser Filter 41 weist einen Verfärbungsbereich
auf, der an seiner Vorderseite beginnt und durch die Konturlinie 402 in etwa begrenzt
ist. Dieser Filter 41 ist jedoch an seinen dunkelsten Stellen dunkler als der Filter
31 der Fig. 3c. Außerdem erstreckt sich der Verfärbungsbereich des Filters 41 über
eine größere Länge durch den Filter 41, nämlich etwa 7 bis 10 mm. Eine genaue Längenangabe
des Verfärbungsbereichs ist übrigens bei keinem Filter möglich, da es selbstverständlich
Farbtonübergänge von den dunkelsten Stellen des Filters zu dem weißen Rest des Filters
gibt.
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Der Filter 41 der Zigarette der Fig. 4a, bei welcher die zentrale,
aus Papier bestehende Röhre mit einem Durchmesser von 3 mm bis an die vordere Stirnseite
des Filters
heranreichte, zeigt noch ein anderes interessantes
Phänomen. Bei diesem Filter war nämlich ein schmaler Ringzonenbereich am äußeren
Rand leicht dunkel gefärbt. Es kann sein, daß der Anteil an organischen Stoffen,
der durch diesen Mantelstrombereich indenMund des Rauchers gelangt, zur Erzielung
der gewünschten Geschmacksintensität zumindest eines Teils der Raucher, welche leichte
Zigaretten bevorzugen, durchaus ausreicht.
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In der Fig. 5a ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Bei dieser Ausführungsform weist die Zigarette 50 eine axial angeordnete Röhre auf,
welche wiederum einen Durchmesser von 3 mm hat, längs einem Falz von 2 mm Breite
verklebt ist und aus einem Papier mit einem Flächengewicht von 60 g/m2 besteht.
Diese Röhre ist je doch 68 min lang. Sie erstreckt sich vom vorderen Ende der Zigarette
durch den gesamten üblicherweise mit Tabak gefüllten Raum hindurch und darüberhinaus
noch 4 rnin tief in den Filterteil 51 hinein.
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Die Fig. 5c zeigt einen Schnitt durch den Filter der Zigarette der
Fig. 5a. Auch dieser Filter 51 zeigt einen Verfärbungsbereich, der durch die Umrißlinie
502 in seinen Abmessungen dargestellt ist. Wie die im axialen Bereich vorne dichteren
Schraffurlinien 501 zeigen, weist der Verfärbungsbereich an dieser Stelle seine
dunkelste Färbung auf. Besonders auffällig an diesem Filter 51 ist die Tatsache,
daß der VerfärbungbDereich nicht an der vorderen Filterseite beginnt, sondern etwa
2 bis 4 mm von der Vorderseite nach hinten versetzt. Man kann somit den geometrischen
Ort des Verfärbungsbereichs und damit den der Kondensatbildung innerhalb des Filters
dadurch verschieben, daß man das Ende der Röhre mehr oder weniger weit in den Filter
einschiebt. Auf diese Weise läßt sich der Teergehalt des aus dem Filter austretenden
Verbrennungsgases
und Verbrennungsrauches leicht steuern.
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Soll nämlich mehr Teer austreten, so wird das hintere Ende der Röhre
55 so tief in den Filter hineinversenkt, daß das hintere Ende des angenähert kegelförmigen
Verfärbungsbereichs nicht vor dem hinteren Ende des Filters endet, sondern ein mehr
oder weniger großer Teil des Verfärbungsbereichs von dem hinteren Filterende abgeschnitten
wird.
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Je größer dieser abgeschnittene Teil ist, umso mehr organische Bestandteile
können durch den Filter hindurchströmen.
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In der Fig. 6a ist wiederum eine erfindungsgemäß modifizierte Zigarette
60 dargestellt. Diese enthält wiederum eine axiale Röhre 65, welche einen Durchmesser
von 3 mm hat. Diese Röhre 65 ist 64 mm lang, sie erstreckt sich vom vorderen Ende
der Zigarette bis zur vorderen Stirnseite des Filterteils 61. Wie auch bei den anderen
erfindungsgemäß präparierten Zigaretten ist der gesamte, ursprünglich in der Zigarette
enthaltene Tabak in dem verbleibenden Ringraum 62 angeordnet. Im gesamten axialen
Bereich 66 dieser Zigarette, welcher von der vorn und hinten offenen Röhre 65 umschlossen
ist, befindet sich kein Tabak.
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Auch diese Röhre war längs einem 2 mm breiten Falz verklebt. Im Gegensatz
zu den Röhren 35, 45 und 55 besteht jedoch die Röhre 65 nicht aus Papier, sondern
aus Aluminium.
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Sie wurde aus einer Aluminiumfolie hergestellt, welche etwa 0,014
mm dick ist und ein Flächengewicht von 40 g/m2 hat.
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In der Fig. 6b stellen die Kurven 6-2, 6-4, 6-6 und 6-8 die beim zweiten,
vierten, sechsten bzw. achten Zug an der Zigarette der Fig. 6a gemessenen CO-Mengen
dar. Wie
man auf einen Blick sieht, erzeugt diese Zigarette beim
Abrauchen nur ganz geringe Mengen von Kohlenmonoxid. Beim vierten und beim sechsten
Zug wurden so geringe Mengen von Kohlenmonoxid erzeugt, daß die Ausschläge des Kompensographen,
welche vom Kohlenmonoxidgehalt verursacht wurden, geringer als die Ausschläge beim
Ein- und Umschalten des Kompensographen waren. Die CO-Mengen beim vierten und beim
sechsten Zug waren so gering, daß sie mit der verwendeten Vorrichtung nicht mehr
gemessen werden konnten.
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Beim zweiten und beim achten Zug wurden noch meßbare Mengen von Kohlenrponpxid
festgestellt, jedoch viel viel kleinere Mengen als/den entsprechenden Zügen einer
normalen Zigarette. Interessant ist ferner an dieser Fig. 6b, daß auch die Zigarette
gemäß der Fig. 6a, welche eine Röhre 65 aus Aluminium enthält, beim achten Zug nicht
mehr Kohlenmonoxid erzeugt als beim zweiten Zug.
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Zur besseren Veranschaulichung der enorm hohen Reduktion des Kohlenmonoxidgehalts
bei Zigaretten gemäß der Fig. 6a sind in der Fig. 6c die den CO-Mengen entsprechenden
Kurven 6-2, 6-4, 6-6 und 6-8 der Zigarette gemäß der Fig. 6a in demselben Koordinatensystem
dargestellt, wie die entsprechenden Kurven 2-2, 2-4, 2-6 und 2-8 der normalen Zigarette,
wie sie in Fig. 2a dargestellt ist.
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In der Fig. 6d ist ein Schnitt durch einen Filter der abgerauchten
Zigarette der Fig. 6a schematisch dargestellt. Auch dieser Filter 61 weist einen
intensiv verfärbten Bereich auf, der durch die Konturlinie 602 begrenzt ist. Der
Bereich 601 hinter der Linie 602 ist gar nicht oder nur schwach verfärbt.
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In den Fig. 7-9 sind weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
welche in den Schutsumfang der Erfindung fallen.
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In Fig. 7 sieht man eine Zigarette 100 mit einer Röhre 105 und einem
Tabakringraum 102. In dem Filterteil 101 können Trennwände 109 vorgesehen sein,
welche ebenfalls einen
ringförmigen Querschnitt aufweisen und sich
in Längsrichtung des Filterteils 101 erstrecken und die Strömung quer zur Längsrichtung
des Filters verringern oder vollständig verhindern. Der Durchmesser dieser Trennwandröhre
109 kann größer, kleiner oder auch gleich groß wie der Durchmesser der Röhre 105
sein. Das vordere Ende der Trennwand 109 kann sich in einem Abstand vom hinteren,
mundstückseitigen Ende der Röhre 105 befinden. Es kann aber auch das hintere Ende
der Röhre 105 in einer Ebene wie das vordere Ende der Trennwandröhre 109 liegen.
Die Zigarette kann aber auch so ausgebildet werden, daß das hintere Ende der Röhre
105 und das vordere Ende der Zwischentrennwand 109 einander überdecken.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in der Fig. 8 dargestellt.
Diese Zigarette 110 enthält-eine axial angeordnete Röhre 105, einen Tabakringraum
112 und einen Filterteil 111. Die Röhre 105 erstreckt sich vom vorderen Ende der
Zigarette bis zum hinteren, mundstückseitigen Ende der Zigarette, also auch durch
den gesamten Filterteil 111 hindurch. In ihn hinteren Abschnitt enthält die Röhre
115 einen Stopfen 119, dessen Strömungswiderstand größenordnungsmäßig etwa gleich
demjenigen eines üblichen Filters mit der üblichen Filterlänge und dem Querschnitt
der Röhre 115 ist.
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Eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung ist in der Fig. 9
dargestellt. Die dort gezeigte Zigarette 120 weist wiederum einen Tabakringraum
122 und eine axial angeordnete Röhre 125 auf. Der Tabakringraum erstreckt sich vom
vorderen bis zum hinteren Ende der Zigarette. Es handelt sich also nicht um eine
übliche Filterzigarette. Die Röhre 125 erstreckt sich ebenfalls
vom
vorderen Ende der Zigarette 125 bis zum hinteren, mundstückseitigen Ende derselben.
Im hinteren Abschnitt der Röhre 125 ist wiederum ein Stopfen 129 vorgesehen, dessen
Strömungswiderstand etwa gleich groß wie der Strömungswiderstand eines normal langen
Filters mit dem Querschnitt der Röhre 125 ist.
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Anhand der Meßkurven der Fign. 2b, 3b, ... 6b wurden jeweils die bei
entsprechenden Zügen an verschiedenartig modifizierten Zigaretten erzeugten CO-Mengen
mit denjenigen einer normalen Zigarette bei den jeweils gleichen Zügen verglichen.
Anhand der Tabelle I soll ein Vergleich der gesamten erzeugten CO-Mengen der verschiedenen
Zigaretten ermöglicht werden.
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TABELLE I Zigarettenart CO-Gehalt in Reduzierung des Skaleneinheiten
CO-Gehalts in % A: Normzigarette 86 B: Röhre aus Papier, 61 mm versenkt Durchmesser
2 mm 85 0 3 3 mm 66 -23 II 4 mm 56 -35 C: Röhre aus-Papier, 64 mm versenkt Durchmesser
2 mm 94 + 9 mm mm mm 63 -27 44 mm 58 -33 D: Röhre aus Papier, 68 mm versenkt Durchmesser
2 mm 83 0 Il 3 mm 66 -23
In der linken Spalte dieser Tabelle I
ist jewesv die gemessene Zigarettenart aufgeführt. In der mittleren Spalte ist der
gemessene CO-Gehalt in dimensionslosen Skaleneinheiten aufgeführt. Dabei wurden
jeweils die beim vierten, sechs en und achten Zug gemessenen CO-Mengen addiert und
dann durch 3 dividiert. Diese mittlere Spalte enthält somit die über den vierten,
sechsten und achten Zug gemittelten CO-Werte. Diese Skaleneinheiten sind in linearem
Maßstab angegeben.
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In der rechten Spalte ist die Reduzierung des CO-Gehalts in Prozenten
gegenüber einer normalen Zigarette aufgeführt.
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Der erste Block A dieser Tabelle I entspricht einer normalen Zigarette,
welche Normzigarette genannt ist.
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Diese Normzigarette hat einen CO-Gehalt von 86 Skaleneinheiten.
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In dem Block B sind erfindungsgemäß modifizierte Zigaretten und ihre
Meßwerte aufgeführt. Diese Zigaretten enthielten durchweg eine Röhre aus Papier
mit einem Flächengewicht von 60 g/m2. Die Röhren waren längs einer Falzbreite von
2 mm verklebt. Sämtliche Röhren dieses Blocks B erstreckten sich vom vorderen Ende
der Zigarette 61 mm tief in diese hinein, ihr hinteres Ende befand sich also in
einem Abstand von 3 mm von der vorderen Stirnfläche des Filters.
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Die Zigarette mit einer Röhre mit einem Durchmesser von 2 mm erzeugte
einen CO-Gehalt von 85 Skaleneinheiten. Sie unterschied sich somit im CO-Gehalt
nicht
von der Normzigarette. Die Zigarette mit einer Röhre mit
einem Durchmesser von 3 mm erzeugte einen CO-Gehalt von 66 Skaleneinheiten, also
23% weniger CO als die Normzigarette. Die Zigarette mit einer Röhre mit einem Durchmesser
von 4 mm erzeugte nur 46 Skaleneinheiten CO, also 35g weniger als die Normzigarette.
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In dem Block C der Tabelle I sind Meßwerte von Zigaretten mit einer
axialen Röhre aus Papier mit einem Flächengewicht von ebenfalls 60 g/m2 dargestellt,
welche ebenfalls längs einem Falz von 2 mm Breite verklebt war. Diese Röhren waren
jedoch 64 mm lang, sie erstreckten sich also vom vorderen Ende der Zigarette bis
zur vorderen Stirnfläche des Filterteils. Die Zigarette mit einem Durchmesser von
2 mm erzeugte 94 Skaleneinheiten CO, also 9% mehr als die Normzigarette.
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Die Zigarette mit einer Röhre von einem Durchmesser von 3 mm erzeugte
lediglich 63 Skaleneinheiten CO, also 27% weniger als die Normzigarette, und die
Zigarette mit einem Röhrendurchmesser von 4 mm erzeugte lediglich 58 Skaleneinheiten
CO, also 33% weniger als die Normzigarette.
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Die unter D aufgeführten Zigaretten wiesen eineaxial angeordnete Röhre
von 68 mm Länge auf, welche sich also vom vorderen Ende der Zigarette durch den
gesamten Tabakstrang hindurch und 4 mm weit in den Filter hineinerstreckten. Auch
bei diesen Zigaretten wurde bei einem Durchmesser der Röhre von 2 mm keine CO-Reduzierung
festgestellt. Die Zigarette mit einem Röhrendurchmesser von 3 mm erzeugte jedoch
66 Skaleneinheiten CO, also 23% weniger als die Normzigarette.
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Aus dieser Tabelle sieht man, daß bei axial angeordneten Röhren aus
Papier und verschiedener Länge meßbare Reduzierungen des CO-Gehalts erst dann eintraten,
wenn der Röhrendurchmesser mehr als 2 min betrug.
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Ferner wurden Messungen durchgeführt, um festzustellen, in welcher
Weise die Reduzierung des Kohlenmonoxidgehalts bei erfindungsgemäß modifizierten
Zigaretten von der Porosität der Röhrenwand abhängt. Die Meßergebnisse sind in der
Tabelle II aufgeführt.
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TABELLE II Porosität ie 100 mml Versenttungs- CO-Gehalt in ml/min
x cm x9H20-Säule tiefe in mm Skaleneinheiten A: O - 86 B: 14 61 83 42 61 78 94 61
110 C: 14 64 95 42 64 100 94 64 121 In dieser Tabelle II sind in der linken Spalte
die Porositäten der Röhrenwand jeweils in ml/min x cm2 x 100 mm H20 - Säule angegeben.
In der mittleren Spalte ist jeweils die Versenkungstiefe der Röhre in mm angegeben,
beginnend vom vorderen Ende der Zigarette. In der rechten Spalte ist der CO-Gehalt
in Skaleneinheiten aufgetragen.
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Der Block A entspricht einer normalen Zigarette, welche keine Röhre
enthält. Ihr CO-Gehalt beträgt 86 Skaleneinheiten.
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Im Block B sind Meßwerte von Zigaretten aufgeführt, deren axial angeordnete
Röhre jeweils eine Versenkungstiefe von 61 mm hatte. Wie man aus den Werten dieses
Blocks B abliest, erhält man mit beginnender und zunehmender Porosität der Wand
der Röhre keine Reduzierung des CO-Gehalts, sondern eher eine Erhöhung desselben.
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Die gleiche Tendenz kann man auch aus den Werten des Blocks C der
Tabelle II entnehmen, welche bei Zigaretten mit einer Röhre mit einer Versenkungstiefe
von 64 mm gemessen wurde. Bei diesen Zigaretten stieg der CO-Gehalt mit zunehmender
Porosität noch stärker an. Diesen Messungen kann man entnehmen, daß die erfindungsgemäße
Röhre eine luftundurchlässige Wand aufweisen soll.
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Die Filter sämtlicher in Tabelle II aufgeführter Zigaretten, welche
ne Röhre aus porösem Papier enthielten, wiesen einen von vorne bis hinten gleichmäßig
gefärbten Filter auf. Bei ihnen war kein begrenzter Verfärbungsbereich innerhalb
des Filters feststellbar. Auch nicht bei den Zigaretten, welche eine Röhre mit einer
Porosität von 14 ml/min x cm2 x 100 mm H20-Säule aufwiesen, deren Röhre also aus
am wenigsten porösen der im Handel befindlichen Zigarettenpapiersorten bestanden.
Dieses Resultat legt die Vermutung nahe, daß bereits sehr kleine Porositäten der
Röhre die Bildung eines begrenzten Verfärbungsbereichs im Filter verhindern und
somit die quantitative Steuerbarkeit des Kondensatgehalts im Verbrennungsgas bzw.
im Verbrennungsrauch von Zigaretten unmöglich machen. Die Filter der Ziwaren garetten
der Blöcke B und C der Tabelle II/nach dem Abrauchen heller als die Filter einer
normalen Zigarette.
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Der Vollständigkeit halber wird noch darauf hingewiesen, daß sämtliche
Zigaretten der Tabelle II jeweils die gleiche Tabakmenge enthielten, da beim Einbringen
der Röhre mit einem Durchmesser von 3 mm die vorhandene Tabakmenge in den äußeren
Ringraum gedrängt wurde.
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Bei den erfindungsgemäß modifizierten Zigaretten mit einer Röhre lagen
die Zug- oder Strömungswiderstände bei den verschiedenen Zügen durchweg in engeren
Grenzen als bei der Normalzigarette. Bei dieser Normalzigarette stiegen diese Zugwiderstände
vom zweiten zum achten Zug hin von 90 mm H20-Säule auf 125 mm H20-Säule an. Bei
der Zigarette mit einer Röhre von 3 mm Durchmesser, mit einer Porosität der Röhrenwand
von 14 ml/min x cm2 x 100 mm H20-Säule und mit einer Versenkungstiefe der Röhre
von 61 mm dagegen stieg der Zugwiderstand vom zweiten zum achten Zug hin lediglich
von 70 mm H20-Säule auf einen Wert von 80 mm H20-Säule an.
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Bei der Zigarette mit einer Röhre mit einem Durchmesser von 3 mm,
mit einer Porosität der Röhrenwand von 14 ml/min x cm2 x 100 mm H20-Säule und einer
Versenkungstiefe der Röhre von 68 mm stieg der Zugwiders-tand vom zweiten zum achten
Zug hin von 60 auf 65 mm H20-Säule an.
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Gemessen wurden ferner die über verschiedene Züge gemittelten CO-Mengen
von Zigaretten, welche eine axial angeordnete Röhre aus Aluminiumfolie enthielten.
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Bei einer erfindungsgemäß modifizierten Zigarette mit einer Röhre
aus Aluminiumfolie mit dem oben genannten Flächengewicht, mit einem verklebten Falz
von 2 mm Breite, einem Durchmesser von 3 mm und mit einer Versenkungstiefe von 64
mm wurden1 über den vierten, sechsten und achten Zug gemittelt, lediglich drei Skaleneinheiten
CO
gemessen. Das sind lediglich etwa 3,5 % der CO-Menge, welche
von einer Normzigarette erzeugt wurden, da deren CO-Menge über den vierten, sechsten
und achten Zuggemittelt, 86 Skaleneinheiten betrug.
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über den zweiten, vierten, sechsten und achten Zug gemittelt, d.h.
durch Addition der gemessenen CO-Mengen des zweiten, vierten, sechsten und achten
Zugs und durch Division dieser Summe durch 4, erhielt man bei dieser erfindungsgemäß
modifizierten Zigarette lediglich eine CO-Menge von 4 Skaleneinheiten gegenüber
einer CO-Menge von 72,5 Skaleneinheiten bei der Normalzigarette. über den zweiten,
vierten, sechsten und achten Zug gemittelt, erzeugte diese erfindungsgemäß modifizierte
Zigarette somit 95 % weniger CO als eine normale Zigarette.
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Bei erfindungsgemäß modifizierten Zigaretten mit einer Röhre aus gleicher
Aluminiumfolie, mit einem 2 mm breiten Klebefalz, einer Versenkungstiefe von etwas
weniger als 64 mm und mit einem Durchmesser von 2 mm wurden über den zweiten, vierten,
sechsten und achten Zug gemittelt, lediglich 10 bis 25 % der entsprechend gemittelten
Menge der von der Normalzigarette erzeugten CO-Menge gemessen.
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An diesen beschriebenen Messungen mit Röhren aus Aluminium ist besonders
interessant, daß auch Röhren mit einem Durchmesser von 2 mm noch eine Reduktion
des Kohlenmonoxids von mehr als 75 % erzeugen, Werden Röhren aus gut leitendem Metall
verwendet, so liegt der Grenzwert des Röhrendurchmessers, bei welchem eine merkliche
CO-Reduzierung eintritt, also wesentlich niedriger als bei Verwendung von Röhren
aus Papier. Dieser untere Grenzwert des Durchmessers für Röhren aus Aluminium, bei
denen eine merkliche Reduzierung des CO-Gehalts eintritt, liegt bei etwa O2 mm.
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Bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Röhre aus gut wärmeleitendem
Material, wie Aluminium oder einem anderen Metall, kann zur Erzielung einer gleich
starken Reduzierung des CO- Gehalts der Durchmesser der Röhre viel kleiner sein
als bei einer Röhre aus Papier. Je kleiner der Durchmesser der Röhre wird, umso
größer wird aber der fest umgrenzbare Verfärbungsbereich. Mit noch kleiner werdendem
Durchmesser der Röhre, auch wenn sie aus Metall ist, erhält man dann wieder den
über seine gesamte Länge hin gleichmäßig gefärbten Filter.
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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.