DE2711742C2

DE2711742C2 -

Info

Publication number: DE2711742C2
Application number: DE2711742A
Authority: DE
Inventors: John Anthony Romsey Hampshire Gb Luke; Fred Chilworth Southampton Hampshire Gb Haslam
Original assignee: British American Tobacco Co Ltd
Current assignee: British American Tobacco Investments Ltd
Priority date: 1976-03-17
Filing date: 1977-03-17
Publication date: 1988-02-18
Also published as: US4135523A; AU504334B2; BR7701600A; GB1508084A; BE852574A; AU2313477A; MX144582A; NL7702584A; DK152003B; FI770731A; FI61616C; ZA771364B; FI61616B; DK152003C; NL186997C; CA1043649A; DK114877A; DE2711742A1; CH616569A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Filterelement für Rauchwaren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Filterelement ist aus der DE-OS 25 09 608 bekannt. Hier wird die entlang dem Körper verlaufende Strömungsverbindung durch ein zick-zack-förmig gewelltes, über den Umfang des Körpers verlaufendes Teil gebildet, welches in seinem Mittelteil einen größeren Durchmesser einnimmt als an den Endbereichen, wo das gewellte Teil denselben Außendurchmesser hat wie der Körper selbst. Die erfordert eine genaue Ausrichtung der Teile zueinander, da der Körper und dieses gewellte Teil als getrennte Teile zueinander gebracht werden müssen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Filter zu schaffen, mit dem auf einfache und wirkungsvolle Weise eine hohe Reduzierung von Rauchbestandteilen niedrigen Molekulargewichtes, z. B. und insbesondere Kohlenstoffmonoxide, sowie die Reduktion der Feststoffbestandteile, d. h. die Reduktion schwererer Bestandteile, wie Teer, erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Verwendung eines solchen Filterelementes wird nicht nur die Aufgabe von Rauchbestandteilen niedrigeren Molekulargewichtes infolge der Diffusion derselben nach außen von der Nut durch das Filmmaterial, z. B. Papier, erheblich reduziert. Zugleich wird ebenfalls die Abgabe der schwereren Bestandteile im wesentlichen infolge der Wirkung reduziert, daß nach dem Verbrennungsprozeß Luft durch das Filmmaterial in die Nut oder die Nuten eindringt.

Erfindungsgemäß kann die schraubenförmig verlaufende Nut als integraler Bestandteil des Filterkörpers ausgebildet werden, was eine einfachere konstruktive Ausgestaltung ergibt und darüber hinaus die Herstellung ohne wesentliche Änderungen der bestehenden Hochgeschwindigkeitsanlagen.

Vorteilhafterweise besteht der Körper insgesamt oder teilweise aus einem Filmmaterial, welches Feststoffbestandteile aus dem Rauch beseitigen kann, während der Rauch durch das Filterelement strömt. In diesem Fall kann die Beseitigung schwererer Bestandteile dadurch zunehmen, daß der Rauch durch einen Teil des aus Filtermaterial bestehenden Körpers strömt. Die Beseitigung leichterer Bestandteile kann ebenso zunehmen.

Vorzugsweise verläuft die Nut oder die Nuten von der stromaufwärts liegenden Endfläche des Körpers zu einem Punkt kurz vor der stromabwärts liegenden Endfläche des Körpers. Die schraubenförmigen Nuten können am stromabwärts liegenden Ende in einen im Körper befindlichen, kurz vor der stromabwärts liegenden Endfläche angeordneten Raum verlaufen, der beispielsweise als Ringnut im Körper ausgebildet ist.

Vorteilhafterweise kann der Raum vom stromabwärts liegenden Ende des Körpers durch ein ungenutetes Endteil des Körpers aus Rauchfiltermaterial getrennt sein.

Mit dieser Form des Elementes tritt, da der Rauch entlang seiner Länge strömt, eine Filterung in zwei Hauptabschnitten oder Phasen auf: Erstens, wenn der Rauch entlang der schraubenförmigen Nut oder Nuten strömt, diffundieren die leichteren Rauchbestandteile, z. B. Kohlenstoffmonoxid, durch das Hüllmaterial, während Luft nach innen eindringt. Zweitens gelangt dann der Rauch vom vorgenannten Ringraum durch das ungenutete Teil, welches z. B. aus Zelluloseacetat oder anderem thermoplastischen Filtermaterial oder Papier besteht, wodurch Feststoffbestandteile des Rauches beseitigt werden.

Der vorgenannte Körper kann, bevor er genutet wird, muß aber nicht, auf bekannte Weise eingehüllt sein. Jedoch ist das äußere Hüllmaterial nicht genutet. Das äußere Hüllmaterial oder die Kombination aus dem äußeren Hüllmaterial und dem Rollmaterial, sofern ein Rollmaterial vorgesehen ist, muß von einer solchen Porosität sein, daß eine Diffusion nach außen von der Nut oder den Nuten zur Atmosphäre erfolgen kann. In einigen Fällen kann auch eine Diffusion in den Körper erfolgen. Die geeigneten Porositätsgrade für das äußere Hüllmaterial oder die Kombination aus diesem Material und dem Rollmaterial zum Verbinden des Filters mit der Tabakstange, sofern dieses verwendet wird, kann zwischen 500 und 15 000 cm³/Min./10 cm²/10 cm Wassersäule (zwischen 500 und 15 000 cm³ pro Minute und 10 cm² Fläche bei einem Druck von 10 cm Wassersäule) liegen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der beigefügten Zeichnung rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung ist teilweise perspektivisch, teilweise im Schnitt ein Teil einer Zigarette dargestellt.

Die Zigarette besteht aus einer Tabakstange 1 und einem Filter 2. Der Filter 2 besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Element 3 oder Steckkörper aus Zelluloseacetat. Dieses Element 3 ist dicht in einer porösen Papierhülle eingelegt. Die Tabakstange 1 ist in ein Zigarettenpapier 5 eingehüllt, wobei die Tabakstange 1 und der Filter 2 miteinander durch ein poröses Rollband 6 verbunden sind. Dieses Band 6 muß sich nicht über die gesamte Länge des Elementes 3 erstrecken, wie dies dargestellt ist, oder es kann weggelassen werden, in welchem Fall ein kurzes Band lediglich dazu dient, die eingehüllte Stange 1 mit dem eingehüllten Filterelement 3 zu verbinden.

Über die Umfangsfläche des Elementes 3 erstreckt sich von der tabakseitigen Endfläche 8 des Elementes eine schraubenförmige Nut 7 mit quadratischem Querschnitt über einen Hauptteil der Länge des Elementes zu einer Ringnut 9, welche in einer Ebene senkrecht zur Achse des Elementes liegt. Der verbleibende Bereich 10 des Elementes 3 ist ungenutet zylindrisch ausgebildet.

Wenn die Zigarette geraucht wird, gelangt der Tabakrauch von der Tabakstange 1, wie durch Pfeile in der Zeichnung dargestellt, entlang der schraubenförmigen Nut 7 in die Ringnut 9, welche als Rauchverteilungsnut wirkt. Danach strömt der Rauch durch das Teil 10 des Filterelementes 3. Während des Rauchens diffundieren Rauchbestandteile niedrigeren Molekulargewichts, z. B. Kohlenstoffmonoxide, nach außen durch die Hülle 4 und das Rollband 6, da der Rauch durch die Nut 7 strömt, während Luft nach innen gelangt. Da der Rauch anschließend durch das Teil 10 des Elementes 3 gelangt, werden Bestandteile des Rauches in Partikelphase, d. h. schwerere Bestandteile wie Teer, beseitigt.

Im allgemeinen werden bei dieser Ausführungsform die Endfläche 8 des Elementes 3 und die Flächen der Nut 7 nicht abgedichtet, was sich auf ein reduziertes Voreilen des Rauches auswirkt. Ein geringer Anteil des Rauchstromes gelangt stromaufwärts des Teils 10 in das Element 3, was in einer Beseitigung der festen Bestandteile und eines geringen Anteils der Bestandteile niedrigeren Molekulargewichts resultiert. Wenn diese Flächen überhaupt abgedichtet werden sollen, so sollte die Abdichtung nur teilweise erfolgen.

Anstelle der flachen Endfläche 8 kann das Filterelement 3 ein konisches Ende aufweisen, dessen Spitze stromaufwärts gerichtet ist. In diesem Fall kann das Ende zumindest teilweise abgedichtet sein. Solch eine konische Ausbildung und/ oder die Abdichtung können der Führung des Rauches in die schraubenförmige Nut dienen.

Es können mehr als eine schraubenförmige Nut in Form eines zweigängigen Schraubengewindes vorgesehen sein.

Das Filtermaterial muß nicht unbedingt aus Zelluloseacetat sondern kann auch aus anderem thermoplastischen Filtermaterial oder Papier bestehen, aus dem das Element 3 hergestellt wird. Feststoffkohlenstoff oder anderes adsorbierendes Material kann sich im Material für das Filterelement befinden.

Ein genutetes Filterelement entsprechend dem Element 3 kann z. B. durch ein Verfahren hergestellt werden, welches in der Beschreibung der am Tag dieser Anmeldung eingereichten Anmeldung desselben Anmelders ausgeführt ist. Nach diesem Verfahren wird eine zylindrische Stange aus Filtermaterial in eine Richtung quer zu seiner Länge an einem erhitzten vorstehenden Teil oder Teilen vorbeigeführt, wodurch in der Stange unter der Wirkung von Hitze und Druck während des Drehens der Stange um ihre Achse die Nuten gebildet werden. Für eine schraubenförmige Nut 7 ist das Formteil in einem Winkel zur Stange angeordnet, während keine axiale Relativbewegung zwischen der Stange und dem Formteil auftritt. Die ringförmige Nut 9 wird durch ein zweites Formteil gebildet. Wenn eine teilweise oder vollständige Oberflächendichtwirkung erforderlich ist, so kann die Erwärmung des Bereiches oder der Bereiche des Formteils, welche die abzudichtenden Flächen herstellen, so erfolgen, daß das Filtermaterial lokal auf eine Temperatur gebracht ist, die ausreicht, um auf diesem Material eine oberflächliche Verschmelzung herzustellen, die teilweise oder vollständig die Endfläche oder Endflächen abdichtet.

Es wurden Versuche durchgeführt, welche die Reduzierung des auftretenden CO und der insgesamt auftretenden Feststoffpartikel (T. P. M.) darstellen. Für diese Versuche wurde ein zylindrisches Filterelement von 20 mm Länge, welches über seine Gesamtlänge auf der Umfangsfläche eine schraubenförmige Nut quadratischen Querschnitts aufweist, wie dies im wesentlichen in der Zeichnung dargestellt ist, jedoch ohne das Endteil 10 und mit dem Rollband 6, verwendet. Dadurch soll die Wirkung der schraubenförmigen Nut und der porösen Hülle 4 allein dargelegt werden. Die Nut hat eine Breite von 3 mm und eine Ganghöhe bzw. Steigung von 6 mm. Der Steigungswinkel betrug ungefähr 10°.
Die Versuche werden in drei Gruppen aufgeteilt:

Gruppe I

Die aus Zelluloseacetat bestehenden zylindrischen Teile wurden in verschiedene Papiere verschiedener Porosität eingewickelt. Es wurde solches Papier verwendet, welches natürlich porös ist und solches, welches elektrostatisch perforiert wurde.

Durch jedes eingewickelte Teil wurde von einer Tabakstange unter Standard-Rauchbedingungen Rauch gezogen, d. h. ein Zug mit einem Volumen von 35 cm³ pro Minute bei zwei Sekunden Dauer. Eine vergleichbare Zigarette ohne Filter wurde unter den gleichen Bedingungen als Versuchskontrolle geraucht. Das Ergebnis der Versuche der Gruppe I ist in der Tabelle I dargestellt. Bei allen Gruppen ist die Porosität in Einheiten von cm³/10 cm² eines Luftstromes/100 mm Wassersäule/ Minute (Einheiten von einem Luftstrom von cm³ pro 10 cm² Fläche bei 10 cm Wassersäule und pro Minute) angegeben:

Tabelle I

Gruppe II

Die Versuche der Gruppe II waren identisch mit den ersten beiden Tests der Gruppe I mit der Ausnahme, daß die Tabakendflächen 8 des Zelluloseacetat-Teils teilweise durch Anbringung einer Lösung von Zelluloseacetat in Aceton abgedichtet wurde. Die Ergebnisse dieser Versuche ergeben sich aus der Tabelle II.

Tabelle II

Gruppe III

Um Resultate für Elemente zu erhalten, deren Endflächen 8 und die Flächen der schraubenförmigen Nuten 7 total undurchlässig für Tabakrauch sind, wurden die Versuche entsprechend denen der Gruppe I durchgeführt. Die Versuchsergebnisse ergeben sich aus Tabelle III.

Tabelle III

Aus den in den drei Tabellen dargestellten Resultaten ergibt sich, daß die Kohlenstoffmonoxid-Reduzierung mit dem Anwachsen des Porositätswertes des Papiers steigt. Elektrostatisch perforiertes Papier ergibt höhere Werte der Kohlenstoffmonoxid- Reduzierung als natürlich poröse Papiere. Diese Beobachtungen treffen ebenso auf den Reduzierungsgrad der Feststoffpartikel zu.

Unter der Betrachtung der Tabelle I und II werden gute CO- und T. P. M.-Reduzierungen mit elektrostatisch perforiertem Papier mit einem Porositätswert von 10 000 erreicht. Eine noch bessere Reduzierung des CO- und T. P. M.-Gehalts könnte sich dann ergeben, wenn Papier mit noch höherem Porositätswert verwendet würde. Jedoch würde das Gesetz vom abnehmenden Ertragszuwachs Anwendung finden. Bei sehr hohen Porositätswerten könnte es schwierig oder unmöglich sein, ein Brennen der Zigarette aufrechtzuerhalten.

Beim Vergleich der Ergebnisse der Tabelle II mit denen der Tabelle I ist ersichtlich, daß die Teilabdichtung der tabakseitigen Endflächen des Zelluloseacetat-Elementes eine minimale Wirkung auf die CO- und T. P. M.-Reduzierung hat. Ein Vergleich der Versuchsergebnisse der Tabelle III mit denen der Tabelle I zeigt jedoch, daß insbesondere bei Verwendung von elektrostatisch perforiertem Papier die totale Abdichtung der Endflächen 8 und der Nuten des Elementes zu einer bezeichnend geringeren Reduzierung des CO und der T. P. M. führt.

Claims

1. Filterelement für Rauchwaren, mit einem im wesentlichen zylindrischen Körper, an dessen Umfangsfläche eine im wesentlichen von einem Ende zum anderen Ende des Körpers verlaufende Strömungsverbindung für den Rauch vorhanden ist, welche von einem für gasförmige Rauchbestandteile durchlässigen Material eingehüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsverbindung als eine schraubenförmig verlaufende Nut (7) in einem Körper (3) ausgebildet ist und daß das einhüllende Material (4) den Körper zylinderförmig umgibt.

2. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (3) insgesamt oder teilweise aus einem Filtermaterial besteht, welches Feststoffbestandteile aus dem Rauch beseitigen kann, während der Rauch durch das Filterelement strömt.

3. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Nut (7) oder die Nuten (7) von der stromaufwärts gerichteten Endfläche (8) des Körpers (3) zu einem Punkt kurz vor der stromabwärts gerichteten Endfläche des Körpers (3) verläuft.

4. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenförmige Nut (7) oder Nuten (7) am stromabwärts liegenden Ende in einen im Körper (3) befindlichen, kurz vor der stromabwärts liegenden Endfläche angeordneten Raum (9) verlaufen.

5. Filterelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum als eine im Körper (3) angeordnete periphere Ringnut (9) ausgebildet ist.

6. Filterelement nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (9) vom stromabwärts liegenden Ende des Körpers (3) durch ein ungenutetes Endteil (10) des Körpers (3) aus Rauchfiltermaterial getrennt ist.

7. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere die Nut (7) oder die Nuten (7) des Körpers (3) begrenzende Flächen teilweise oder vollständig gegen das Durch- bzw. Eindringen des Rauches von der Nut (7) oder den Nuten (7) her in den Körper (3) abgedichtet sind.

8. Filterelement nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die stromaufwärts liegende Endfläche (8) des Körpers (3) teilweise oder vollständig gegen das Eindringen von Rauch in den Körper (3) abgedichtet ist.