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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft einen Filter für Zigaretten oder andere Tabakerzeugnisse,
bei denen Tabak und ein Filtermaterial in eine Hülle eingeschlagen sind und zwischen
dem Tabak und dem Filtermaterial ein Prallabscheider angeordnet ist.
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Derartige Filter für Tabakwaren nach dem Prinzip der Prallabscheidung
sind bereits verschiedentlich vorgeschlagen worden. In einer solchen Anordnung ist
wenigstens eine den Innenraum der Hülle teilende Trennwand vorgesehen, die eine
oder mehrere Düsenöffnungen aufweist. An der Rauchaustrittsseite der Düsenöffnung
auf der Mundstückseite der Zigarette ist dieser Trennwand eine Prallwand nachgeordnet,
wobei zwischen der Trennwand und der Prallwand ein schmaler Luftraum bleibt. Durch
die Düsenöffnung bzw. Düsenöffnungen eingezogener Tabakrauch wird zu einem Rauchstrahl
gebündelt und auf die Prallwand zu beschleunigt. Der Rauchstrahl pralt bei jedem
Zug auf die Prallwand bzw. Prallscheibe auf und lagert dabei auf dieser Schadstoffe
ab. Das derart von Aerosolbestandteilen befreite Rauchgas streicht im weiteren an
der Prallscheibe vorbei und tritt durch eine entsprechend angeordnete Öffnung in
das nachgeschaltete Filtermundstück ein, das eine kleine zusätzliche Ausfilterung
von Schadstoffen bewirkt.
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Zigarettenfilter nach dem Prinzip der Prallabscheidung können in ihrer
schadstoffmindernden Wirkung allen herkömmlichen Zigarettenfiltern überlegen sein
und einen wesentlichen
Fortschritt auf dem Weg zu einer weniger
schädlichen Zigarette darstellen. Sie haben aber bisher überhaupt keinen Eingang
in die Praxis gefunden. Das liegt einerseits daran, dass die bekannten Prallabscheider
nicht die gewünschte Wirkung ergeben, d.h. nur bedingt wirksam oder gar wirkungslos
sind und andererseits, dass bislang kein technisch und wirtschaftlich praktikabler
Weg zum Einbau eines solchen Filters in eine Zigarette gewiesen werden konnte.
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Das DE-Gbm 18 92 093 beschreibt einen Prallfilter, das zwischen Papierfiltern
angeordnet werden soll. Es ist eine Düsenscheibe aus Hartpapier und eine Prall scheibe
aus Hartpapier oder Kunststoff vorgesehen. Bei diesem bekannten Prall filter sind
für die zentrale Düsenbohrung ein Durchmesserwert von 0,8 mm und für den Abstand
zwischen Düsenscheibe und Prallscheibe ein Wert von 1,5 mm angegeben. Versuche an
Modellen haben gezeigt, dass eine solche Anordnung jede Filterwirkung zunichte macht.
Überdies ist nicht ersichtlich, wie diese Filteranordnung auf wirtschaftliche Weise
realisiert werden soll.
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Die GB-PS 900 895 beschreibt eine Kaskadenanordnung von Prall filtern
zwischen dem Tabakteil und dem konventionellen Filter von Tabakwaren. Die Prallfilter
bestehen aus Metall und sind zum Teil als Buckelplatten aus Aluminiumfolie hergestellt.
Die Wahl dieses Materials und die Anordnung einer gestaffelten Reihe von Prallfiltern
lassen einen Einbau in Zigaretten und andere Tabakerzeugnisse bereits an praktischen
Erwägungen scheitern. Überdies ist eine meßbare Schadstoffabscheidung mit einer
solchen Anordnung nicht zu erzielen. Die Hintereinanderreihung mehrerer solcher
annähernd
wirkungsloser Filter stufen erscheint willkürlich und
führt nicht zu dem gewünschten Ergebnis.
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Aus der US-PS 33 18 312 ist ein einstufiger Prallfilter bekannt, der
aus gekrümmten Plättchen besteht und in einem Stopfen aus Filtermaterial angeordnet
ist. Sowohl die Herstellung derartiger Plättchen mit geeigneten Distanzhaltern als
auch die Anordnung in dem Filtermaterial ist für die Praxis zu aufwendig. Als kritische
Parameter für die Wirkung des Prallfilters werden der Querschnitt der Düsenöffnung
für den Durchtritt des Rauchs und der Abstand zwischen Düse und Prallwand genannt.
Für beide Maße sind jedoch jeweils sehr weite Bereiche abgesteckt, die eine klare
Anweisung nicht vermitteln.
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Die CH-PS 424 587 beschreibt ein Prallfilter, das zwischen dem Tabakteil
und dem Mundstück von Tabakwaren eingesetzt werden soll und je eine ebene Düsenscheibe
und Prall scheibe aufweist. Eine nacharbeitbare technische Lehre ist diesem Stand
der Technik nicht zu entnehmen, da diese lediglich das bekannte Prinzip der Prallabscheidung
vorschlägt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein wirkungsvolles Filter für Zigaretten
oder andere Tabakerzeugnisse zu schaffen, mit dem nach dem Prinzip der Prallabscheidung
eine nachweisbar hohe, bislang unerreichte Filterwirkung erzielt wird, ohne dass
sich der Zugwiderstand und das Brennverhalten der Zigarette bzw. des Tabakerzeugnisses
wesentlich ändert. In Hinblick auf eine breite Anwendung in der Praxis muß das Filter
groß technisch schnell und unaufwendig herzustellen sein, und sein Einbau soll sich
problemlos in den üblichen Herstellungsprozeß von Filterzigaretten eingliedern.
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Diese Aufgabe wird in einem Filter der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, dass der Prallabscheider aus einer einzelnen, unmittelbar an den Tabak angrenzenden
Düsenscheibe mit einer oder mehreren Düsenöffnung(en) und einer dieser Düsenscheibe
auf der Rauchaustrittsseite der Düsenöffnung(en) nachgeordneten, aus einem saugfähigen
Material bestehenden Prallscheibe aufgebaut ist, wobei die Düsenöffnung(en) im zentralen
Bereich der Düsenscheibe angeordnet ist (sind) und der periphere Bereich der Prallscheibe
rauchdurchlässig ist und ferner der Gesamtquerschnitt der Düsenöffnung(en) zwischen
0,25 mm2 und 3,2 mm2 und der Abstand zwischen Düsenscheibe und Prallscheibe zwischen
0,08 mm und 0,25 mm beträgt.
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Die Düsenscheibe und die Prallscheibe sind zweckmässig im wesentlichen
eben und liegen dicht an der Hülle der Zigarette an. Auf der Fläche der Düsenscheibe
oder der Prall scheibe sind Distanzhöcker ausgeprägt. Die Düsenscheibe besteht aus
einem im wesentlichen rauchdichten Material und ist vorzugsweise im Zentrum mit
einer einzelnen, runden Düsenöffnung versehen, deren Durchmesser zwischen 0.6 mm
und 1 mm liegt. Die Prallscheibe weist dagegen vorzugsweise in ihrem peripheren
Bereich eine oder mehrere Durchtrittsöffnungen für den Rauch auf. Düsenscheibe und
Prall scheibe sind lotrecht zur Längsachse der Zigarette angeordnet, wobei die Düsenscheibe
unmittelbar an einem Tabakteil und die Prallscheibe unmittelbar an einem Filterteil
anliegt. Der aus Düsenscheibe und Prallscheibe bestehende Prallabscheider bildet
ein Zwischenstück zwischen dem Tabakteil und dem Filter stück und ist zusammen mit
diesen Teilen von einem Mundstück umhüllt, das dichtend aufgeklebt ist.
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Die Vorteile eines solchen erfindungsgemäBen Prallabscheiders für
Filter stücke von Tabakerzeugnissen sind nicht nur in der äußerst einfachen Herstellungsweise
sondern auch durch einen problemlosen Einbau in eine Zigatette gegeben.
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Die angegebene Dimensionierung stellt überdies erstmals eine quantitative
Filterwirkung her, die durch umfangreiche Versuche nachgewiesen wurde. Zugwiderstand
und Brennverhalten der Zigarette werden andererseits nicht nachteilig beeinflußt.
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Der erfindungsgemäße Prallabscheider besteht lediglich aus zwei Papierscheibchen,
ober einem Papier- und einem Kunststoffscheibchen, die nicht fest miteinander verbunden
aber leicht in einem bestimmten Abstand voneinander anzuordnen sind. Diese Scheibchen
werden in entsprechender Orientierung zueinander zwischen Filtermundstück und Tabakteil
der Zigarette eingefügt, wozu im Vergleich mit dem üblichen Arbeitsgang einer Filteransetzmaschine
nur ein zusätzlicher Arbeitsschritt erforderlich ist. Durch die Anordnung des Prallabscheiders
unmittelbar zwischen Tabakteil und Filtermundstück und das gemeinsame Verkleben
mit dem Papier eines Mundstücks sind die nötigen Modifikationen in dem verfahren
zur Herstellung von Filterzigaretten auf ein Minimum reduziert. Durch die erfindungsgemäße
technische Lehre wird damit erstmals ein auch ökonomisch praktikabler Weg zur Serienanwendung
eines Prallabscheiders in Zigarettenfiltern gewiesen.
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Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine mit einem
erfindungsgemäßen Filter versehene Zigarette.
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Die Zigarette 1 ist in bekannter Weise mit einer Hülle 2 aus Zigarettenpapier
versehen, die ein Tabakteil 3 und getrennt davon ein aus einem Faserfilter 10 bestehendes
Filterstück 11 umhüllt. Zwischen dem Tabakteil 3 und dem Filterstück 11 ist der
Prallabscheider 6A eingesetzt. Dieser Prallabscheider 6A und das Filterstück 11
bilden zusammen das Gesamtfilter 4, an den der Tabakteil 3 der Zigarette angesetzt
und daran durch ein um den Außenumfang des Gesamtfilters 4 und eines daran angrenzenden
Bereiches des Tabakteils 3 dichtend aufgeklebtes Mundstück 5 gehalten wird.
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Der aus Düsenscheibe 6 und Prallscheibe 8 bestehende Prallabscheider
6A bildet ein Zwischenstück zwischen dem Tabakteil 3 und dem Faserfilter 10, die
beide getrennt mit der Hülle 2, beispielsweise aus Zigarettenpapier, umschlossen
sind. Der Durchmesser des Prallabscheiders 6A entspricht dabei dem Durchmesser des
umhüllten Tabakteils 3 und dem Durchmesser des umhüllten Filterstücks 11, derart,
dass ein glatter, nahtloser Übergang zwischen den einzelnen Teilen gegeben ist.
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Auf diese Weise kann der bündig durchgehende Außenumfang des Gesamtfilters
4 aus Filterstück 11 und Prallabscheider 6A und des daran angrenzenden Bereiches
desTabakteils 3 glatt und dichtend vom Mundstück 5 umschlossen und mit diesem in
an sich bekannter Weise beklebt werden.
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Erfindungsgemäss schließt sich also der Prallabscheider 6A ohne jede
Filterzwischenschicht oder zwischengeschaltete Rauchkammer an den Tabakteil 3 der
Zigarette 1 an. Die Düsenscheibe 6 und die Prallscheibe 8 bestehen im wesentlichen
aus zwei getrennt ausgeformten, flächig aneinander liegenden, rauchundurchlässigen
Kreisscheiben, die lotrecht zur Mittelachse der Zigarette anbeordnet und an ihrem
Umfang mit dem Mundstück 5 rauchdicht verbunden und vorzugsweise verklebt sind.
Die tabakseitige Kreisscheibe ist die-Trennwand bzw.
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Düsenscheibe 6, von der Distanzhöcker 6a abstehen. Diese Distanzhöcker
6a bestehen aus einer Reihe von auf der Fläche der Düsenscheibe 6 verteilten, der
Ansaugseite zugewandten Ausbuchtungen oder Buckel, die in einer wohldefinierten
Höhe über die Oberfläche der Düsenscheibe 6 vorstehen. Die Distanzhöcker 6a können
auf einfache Weise aus dem Material der Düsenscheibe 6 ausgeprägt sein, wobei mindestens
zwei, vorzugsweise jedoch mehr, etwa fünf, solcher Distanzhöcker vorgesehen sind.
Durch die Prägung weist die tabakseitige Fläche der Düsenscheibe 6 eine Reihe von
Vertiefungen bzw. Einbuchtungen 12 auf, die praktisch das Gegenstück der Distanzhöcker
6a sind, die sich auf der gegenüberliegenden Seite der Düsenscheibe 6 erheben. Die
Fläche der Düsenscheibe 6, die in direkter Berührung mit dem Tabakteil 3 steht,
kann aber an sich in jeder beliebigen Weise strukturiert sein.
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In oder nahe der Mitte der Düsenscheibe 6 ist eine Düsenöffnung 7
ausgenommen, über die der Tabakteil 3 mit der Ansaugseite der Zigarette in Verbindung
steht. Diese Düsenöffnung 7 bündelt und beschleunigt den durchtretenden Tabakrauch
zu einem schnellen Rauchstrahl. Bereits durcheine einzelne Düsenöffnung 7 in der
üblicherweise aus dünnem Papier, Pappe oder Kunststoff bestehenden Düsenscheibe
6 wird eine für das Prinzip der Prallabscheidung völlig ausreichende Düsenwirkung
erzielt. Statt nur einer Düsenöffnung 7 können in der Düsenscheibe 6 aber auch mehrere
Düsenöffnungen vorgesehen sein (nicht dargestellt).
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Wie noch im einzelnen ausgeführt wird, ist der Querschnitt der Düsenöffnung
bzw. der Gesamtquerschnitt der Düsenöffnungen für den Abscheidegrad des Prallfilters
von erheblicher Bedeutung.
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Der Düsenscheibe 6 ist mundstückseitig eine zweite Kreisscheibe alsPrallscheibe
8 nachgeordnet, auf die der gebündelte Tabakrauchstrahl zur Abgabe von Schadstoffen
auftrifft.
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In der dargestellten Ausführungsform ist die Grobstruktur der Prallscheib
8 im wesentlichen eben. Sie liegt flächig an den Distanzhöckern 6a der Düsenscheibe
6 an und ist dadurch in einem wohldefinierten Abstand 9 zu der Düsenöffnung 7 angeordnet.
Die Bemessung dieses Abstands, der im wesentlichen durch die Höhe der Distanzhöcker
6a gegeben ist, ist für den Wirkungsgrad der Schadstoffabscheidung von außerordentlicher
Wichtigkeit. Dieser Abstand kann einfach durch die Distanzhöcker 6a genormt werden,
so dass der Einbau des aus getrennten Düsen- und Prall scheiben bestehenden Prallabscheiders
6A äußerst unproblematisch ist.
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An dem Randbereich der Prallscheibe 8 sind eine oder mehrere Durchtrittsöffnungen
13 für den gefilterten Rauch vorgesehen.
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Anzahl und Durchmesser dieser Durchtrittsöffnungen 13 werden so gewählt,
daß der differentielle Zugwiderstand der Zigarette in Richtung zum Murdstück 5a
hin abnimmt. Die Durchtrittsöffnungen 13 dürfen nicht durch die Distanzhöcker 6a
der Düsenscheibe 6 verschlossen werden. Ihre Anordnung nahe dem Außenrand der Prallscheibe
8 bewirkt einen möglichst langen Rauchweg zwischen den Distanzhöckern 6a der Düsen
scheibe 6 hindurch, so daß der Tabakrauch auch während des Entlangstreichens an
der Prallcheibe 8 einen möglichst großen Anteil an Schwebeteilchen abgibt. Eine
Anordnung von vier bis sechs Durchtrittsöffnungen 13 in der Prallscheibe 8 hat sich
als praktisch erwiesen. Andererseits kann der Umfangsbereich der Prallscheibe 8
auch in irgendeiner anderen Weise durchlässig gestaltet sein, um den Tabakrauch
an dieser Stelle durchtreten zu lassen. Nicht die Größe einzelner Löcher oder Öffnungen
ist maßgebend, sondern deren Gesamtquerschnitt.
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Die Anordnung der Öffnungen in den Kreisscheiben des Prallabscheiders
kann auch an anderen als den genannten Stellen erfolgen. Ebenso ist es möglich,
anstelle der Düsenscheibe die Prallscheibe oder auch beide Scheiben als Buckelscheiben
mit einseintigen oder beidseitigen Distanzhöckern auszugestalten.
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An die Prallscheibe 8 schließt sich mundstückseitig unmittelbar ein
Faserfilter 10 üblicher Art, beispielsweise aus Acetatfasern, an. Der Prallabscheider
6A ergibt zusammen mit dem Filterstück 11 das Gesamtfilter, wobei die Trennwand
bzw.
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Düsenscheibe 6 am Tabakteil 3 der Zigarette anliegt und die Prallscheibe
8 dem Filterstück 11 zugeordnet ist.
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Die Düsenscheibe 6 kann aus Papier, Hartkarton oder Kunststoff hergestellt
sein. Wesentlich ist, daß das Material eine dem Verwendungszweck entsprechende thermische
und mechanische Stabilität aufweist. Anzahl und Steifigkeit der Distanzhöcker 6a
sind so zu wählen, daß die Düsenscheibe 6 dem Anpreßdruck beim Aufsetzen des Mundstücks
5 einen hinreichenden Widerstand entgegensetzt. Die Prallscheibe 8 muß aus einem
saugfähigen Material, wie Papierfasern oder Kartonpapier bestehen. Ihre Dicke ist
so gewählt, daß das abgeschiedene Kondensat im Faserverband der Prallscheibe 8 aufgenommen
wird und die Hülle 2 am angrenzenden Tabakteil 3 nicht durchfeuchtet.
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Bei einer möglichen Herstellungsart der Düsenscheibe 6 und der Prall
scheibe 8 kann von Papier- und/oder Kunststoffstreifen in Rollen- oder Spulenfor
ausgegangen werden. Die Breite der Streifen beträgt etwa 10 mm. Diese Streifen durchlaufen
eine Schnellpräge- und Stanzvorrichtung, in der Kreisgestalt und Oberflächenstruktur
der Scheiben ausgeformt werden.
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Die Düsen bzw. Durchtrittsöffnungen können in das Material der Scheiben
gestanzt, beispielsweise aber auch vermittels Laserstrahlung gebohrt werden. Die
auf dem Automaten gleich-
zeitig hergestellten beiden Scheiben
werden über jeweils einen Zuführungskanal, der genau auf die Scheibenabmessungen
abgestimmt ist, senkrecht hintereinander zur Filteransetzmaschine transportiert
und vor dem Aufkleben des Munstückpapiers zwischen Tabakteil 3 und das anzusetzende
Filterstück 11 eingeführt. Die Beleimung des Mundstückspapiers muß so dick sein,
daß die gasdichte Verklebung der beiden Scheiben des Prallabscheiders an ihrem äußeren
Umfang auf jeden Fall gewährleistet ist.
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Wie bereits erwähnt, ist die Dimensionierung des Prallfilters für
die Abscheidewirkung von ausschlaggebender Bedeutung.
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Die optimalen Werte wurden in umfangreichen Versuchsserien ermittelt,
deren Ergebnis zum Teil in einer Tabelle zusammengefaßt sind. Dabei sind Versuchsergebnisse
an zwei verschiedenen Zigarettensorten angeführt. Die beiden oberen Blöcke in der
Tabelle beziehen sich auf die bevorzugte Geometrie mit einer einzelnen, mittigen
Düsenöffnung, und zwar jeweils für die erste und die zweite Zigarettensorte. Der
untere Block in der Tabelle betrifft einen Vergleichsversuch mit zwei Düsenöffnungen,
der an der zweiten Zigarettensorte durchgeführt wurde. Die Filterwirkung wurde in
Abhängigkeit von dem Durchmesser der Düsenöffnung bzw. Düsenöffnungen und dem Abstand
zwischen Düsenscheibe und Prallscheibe gemessen. Die O-Serien beziehen sich auf
Zigaretten ohne Prallfilter. In der äuBerst7rechten Spalte der Tabelle ist die Reduzierung
im Rohkondensat bezogen auf diese O-Serien angeführt. Alle aufgelisteten Zahlenwerte
sind statistisch hochsignifikant.
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Man entnimmt der Tabelle, daß eine starke Reduzierung im Rohkondensat
nur bei einem Abstand zwischen Düsenscheibe und Prallfilter von weniger als 0,3
mm, vorzugsweise sogar weniger
als 0,2 mm eintritt. Die besten
Abscheidungswerte werden bei 0,1 mm erreicht. Ein noch geringerer Abstand ist praktisch
nur schwer herzustellen und überdies mit einem erheblichen Anstieg des Zugwiderstands
verbunden. Erfindungsgemäß sollte daher der Abstand zwischen Düsenscheibe und Prallscheibe
zwischen 0,08 mm und 0,25 mm liegen.
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Die Tabelle zeigt überdies, daß der Durchmesser einer einzelnen Düsenöffnung
nicht größer als 1 mm gewählt werden sollte. Bei größeren Durchmessern fällt die
Abscheidungsrate des Prallfilters stark ab. Düsendurchmesser von weniger als 0,6
mm bringen andererseits einen erheblichen Zugwiderstand mit sich. Der Gesamtquerschnitt
der Düsenöffnungen sollte daher erfindungsgemäß zwischen 0, 25 mm2 und 3,2 mm2 liegen,
was bei einer einzelnen Düsenöffnung einem Durchmesser zwischen 0,6 mm und 1 mm
entspricht. Ein besonders günstiger Wert liegt bei einem Querschnitt von 1,25 mm2,
entsprechend einem Durchmesser von 0,8 mm bei einer einzelnen Düsenöffnung.
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Wesentlich für die Funktion des erfindungsgemäßen Filters sind nach
alledem folgende Merkmale: 1. Das Prallfilter weist nur eine einzelne Düsenscheibe
und eine einzelne Prallscheibe auf. Für eine mehrstufige Anordnung, die herstellungstechnisch
ungleich komplizierter ist, besteht kein Bedürfnis.
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2. Das Prallfilter wird unmittelbar zwischen dem Tabakteil und dem
konventionellen Filterteil einer Zigarette eingebaut. Diese einfache Anordnung ohne
Rauchsammelkammern und komplizierte Distanzstücke ist überraschenderweise ohne weiteres
möglich. Ein Verstopfen der Düsenöffnung
mit Tabak wurde in keinem
Fall festgestellt, obwohl die Düsenöffnung unmittelbar an das Tabakteil der Zigarette
anstösst.
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3. Die Düsenscheibe und die Prallscheibe sind zwei einfach herzustellende,
ebene Plättchen.
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4. Die Prallscheibe besteht aus einem sehr saugfähigen Material. Nur
so kann ein Verstopfen des Prallfilters mit Rohkondensat im Bereich der Düsenöffnung
verhindert und eine wirkungsvolle Dimensionierung des Prallfilters über den gesamten
Abrauchvorgang der Zigarette hinweg gewährleistet werden.
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5. Die Dimensionen des Prallfilters liegen innerhalb der erfindungsgemäß
bestimmten Grenzen.
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Tabelle
| Düsenabmessungen CO-Gehalt Rohkondensat Zugzahl Zugwiderstand
Reduzierung zu |
| Durchmesser Abstand zwr O-Serie im |
| Prallscheibe Rohkondensat |
| mm mm Vol.-% mg/Zigrette % |
| O-Serie 3,87 14,6 7,98 11,87 - |
| Zigaret- |
| 0,8 0,3 3,96 11,18 7,74 24,1 -23,4 |
| tensorte |
| I 1,0 0,5 3,87 14,07 7,86 17,4 -3,63 |
| 1 Düse 1,0 0,3 3,87 12,33 7,65 19,0 -15,54 |
| 1,9 0,3 3,82 14,69 7,96 13,3 0 |
| O-Serie 4,10 13,66 7,24 12,2 - |
| Zigaret- |
| tensorte 0,8 0,3 3,92 9,46 7,14 -30,75 |
| II 0,8 0,2 3,28 6,46 7,38 27,4 -52,71 |
| 1 Düse 0,8 0,1 2,73 5,76 7,70 31,6 -57,83 |
| 0,8 0,1 4,28 10,04 7,18 20,8 -26,5 |
| 2 Düsen |