DE3207683C2

DE3207683C2 - Filter für einen rauchbaren Artikel

Info

Publication number: DE3207683C2
Application number: DE3207683A
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl.-Phys. Dr. 2000 Hamburg Paulsen; Adolf Dipl.-Ing. Dr. Schlüter; Werner Dipl.-Phys. Dr. Schneider; Wolfgang Dipl.-Phys. Dr. Wiethaup
Original assignee: BAT Cigarettenfabriken GmbH
Current assignee: British American Tobacco Germany GmbH
Priority date: 1982-03-03
Filing date: 1982-03-03
Publication date: 1986-06-05
Also published as: DE3207683A1

Abstract

Ein Filter für einen rauchbaren Artikel weist eine Innenröhre aus einem luftundurchlässigen Material, eine zur Innenröhre konzentrische Außenröhre aus einem luftundurchlässigen Material und eine Ventilationszone in der Außenröhre auf; das Filtermaterial kann sich in der Innenröhre und/oder der Außenröhre befinden; an der tabakseitigen Stirnfläche der Innenröhre ist eine rauchundurchlässige Sperrschicht mit einer kleinen, vom Rauch nicht verstopfbaren Öffnung vorgesehen, wodurch sich das angesaugte Volumen des Tabakrauches auf Innenröhre und Außenröhre aufteilt; diese Aufteilung hängt vom Strömungsvolumen ab, d.h. ändert sich mit einer Variation des Strömungsvolumens.

Description

e) die Innenröhre einen Durchmesser von 2,0 bis 32 mm hat, und daß

f) an der tabakseitigen Stirnfläche der Innenröhre (R) eine rauchundurchlässige Sperrschicht (12) mit einer Öffnung (S) vorgesehen ist, deren Durchmesser zwischen 0,5 und 1 mm liegt

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß die Öffnung (S) in der Mitte einer Kreisscheibe (12) angeordnet ist

3. Filter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Öffnung (S) eine Aussperrung (A) im Filtermaterial (M) der Innenröhre (R) ausgebildet ist.

4. Filter nzeb Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung f/4J Trichter-Zylinder- oder Halbkugelfovm mit einer Tiefe (d_A) hat, die zumindest so groß wie der Radius (rs) der Öffnung (S) ist.

5. Filter nach mindestens eine..i der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der rauchundurchlässigen Sperrschicht (12) kleiner als 1 mm ist.

6. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Innenröhre (R) ein Filtermaterial (M) vorgesehen ist, dessen Druckabfall (P) bei einem Strömungsvolumen von 17.5 ml/s, bezogen auf einen Filtertip der Länge 10 mm und des Durchmessers 8 mm. im folgenden Bereich liegt:

0</"/<60mmWS

50

7. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Außenröhre (Rj) ein Filtermaterial (M₁) vorgesehen ist, dessen Druckabtall (P_n) bei einem Strömungsvolumen von 173 ml/s, bezogen auf einen Filtertip der Länge 10 mm und des Durchmessers 8 mm. im folgenden Bereich liegt:

50 mm WS> P_a> 10 mm WS

60

8. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Vcniilationszone (V) der Äußern öhre (R.) so ausgelegt ist. dal.¹, bei einem am munclscitigen Cigiirettenende gezoge- hi nein Zugvolumen von 17,5 ml/s durch die gesamte Ventilationszone (V) pro Sekunde ein Luftvolumeti (V\) mit

strömt.

9. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch Auslegung der Struktur der Ventilationszone (V) der Zusammenhang zwischen angelegter Druckdifferenz (APv) und Vefitilationsstrom (Vv) der folgenden, nicht-linearen Beziehung genügt:

4Pv=a_QVv + a, Vv²

mit

mm Ws
ml/s

<ao

mm WS

<ai<0,2

mm WS

wobei dPvin mm WS und Vy'm ml/s angegeben werden.

10. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Innenröhre (R) ein Filtermaterial (M) vorgesehen ist, dessen Filterwirksamkeit (E) bei einem Strömungsvolumen von 17,5 ml/s, bezogen auf einen Filtertip der Länge 10 mm und des Durchmessers 8 mm, im folgenden Bereich liegt:

0<£)<25%.

11. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10. dadurch gekennzeichnet, daß in der Außenröhre (R₁) ein Filtermaterial (M₁) vorgesehen ist, dessen Filterwirksamkeit (£,) bei einem Strömungsvolumen von 173 ml/s, bezogen auf einen Filtertip der Länge 10 mm und des Durchmessers 8 mm, größer als 40% ist.

Die Erfindung betrifft einen Filter für einen rauchbaren Artikel der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Filtercigaretten sind an ihrem mundseitigen Ende mit einem Filter versehen, der zumindest einen Teil der Verbrennungsprodukte des Tabaks der Cigarette auffängt und dadurch verhindert, daß diese Verbrennungsprodukte beim Rauchen eingeatmet werden. Andererseits soUte jedoch ein solcher Filter den Geschmack des Tabakrauches möglichst wenig negativ beeinflussen.

Als eigentliches Filtermaterial wird im allgemeinen Celluloseacetat verwendet, das sich in einer mit dem mundseitigen Ende der Cigarette verbundenen Röhre befindet. Diese, im allgemeinen luftundurchlässige Röhre kann mit Ventilationszone versehen sein, so daß zusätzlich zu der durch den Tabakstrang angesaugten Luft auch Außenluft angesaugt und mit dem gefilterten Tabakrauch vermischt wird.

Eine spezielle Ausführungsform eines Filters geht aus der DE-OS 30 11 959 hervor, wobei neben dem eigentlichen Slrömungsweg durch das Filtermaterial zusätzliche Sirömungskaniilc. nämlich an der Außenseite der Filterröhrc vorgesehen sind. Die Besonderheit gegenüber den üblichen ventilierten Filtern liegt darin, daß im

Filter keine Durchmischung der Ventilationsluft mit dem Rauch erfolgt.

Es ist weiterhin auch bekannt. Filter aus zwei zueinander konzentrischen Röhren aufzubauen. Und schließlich sind zum sogenannten »programmierten Abrauchen« auch Filter entwickelt worden, die an einem Ende mit einer Scheibe aus einem luftdichten Material verschlossen sind; diese Scheibe weist verschiedene kleine Öffnungen auf, die sich im Laufe der Zeil verstopfen. Diese gewollte Verrtopfung, durch die sich der Stromungswiderstand ändert, tritt jedoch erst nach einigen Zügen auf und hängt nicht vom Zugvolumen, sondern von der »Verstopfungsgeschwindigkeit« der Öffnungen ab, die wiederum im wesentlichen durch ihre Größe und die Inhaltsstoffe des Rauches bestimmt wird.

Ein Filter für einen rauchbaren Artikel der angegebenen Gattung geht aus der DE-OS 24 40 821 hervor und weist eine Innenröhre aus einem luftundurchlässigen Material, eine zur Innenröhre konzentrische Außenröhre aus einem luftundurchlässigen Material, eine Ventilationszone in der Außenröhre sowie ein gasdurchlässiges Filtermaterial in der Innenröhre und/Oder der Außenröhre auf. Dieser Filter wurde mit der Zielsetzung entwickelt, in seiner Mitte einen Rauchstrom mit hoher Geschwindigkeit zu erzeugen, der direkt auf die Zunge trifft und damit das Geschmacksempfinden wesentlich beeinflußt. Zu diesem Zweck ist im Innern des Filters eine zentrale Röhre mit relativ geringem Durchmesser im Bereich von 0,9 bis 1,2 mm angeordnet, die über ihre gesamte Länge diesen Durchmesser beibehält. Bei Bedarf kann der Durchmesser im angegebenen Rahmen variiert werden, d. h„ es können Filter mit unterschiedlichem Durchmesser dieser Innenröhre hergestellt werden; eine Beeinflussung des Rauchvolumens durch den einmal festgelegten Innendurchmesser der Röhre ist nicht möglich.

Bei solchen Filtern wird angestrebt, bei den üblichen, durchschnittlichen Abrauchparametern, die wiederum auf dem Verhalten von »Durchschnittsrauchern« beruhen, möglicht geringe Rauchausbeuten zu erzielen, was insbesondere für die sogenannten »leichten Cigaretten« wesentlich ist. Gerade im Hinblick auf solche leichten Cigaretten besteht jedoch die Möglichkeit, daß der Raucher die an sich mögliche, niedrige Rauchausbeute dadurch umgeht, daß er stärker an der Cigarette zieht, also pro Zug ein höheres Volumen an Cigarettenrauch angesaugt wird, wodurch sich eine entsprechend höhere Rauchausbeute ergibt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Filter der angegebenen Gattung zu schaffen, der einem Versuch des Rauchers, durch verstärktes Ziehen die Rauchausbeute zu erhöhen, entgegenwirkt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die Merkmale der Unteransprüche definiert.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen darauf, daß sich bei einem Filter mit den angegebenen Abmessungen eine strömungsvolumenabhängige Aufteilung des Zugvolumens auf Innenröhre und Außenröhre ergibt; denn während sich bei herkömmlichen Filtern die Rauchausbeute mit dem Zugvolumen erhöht, weist die entsprechende Kennlinie eines erfindungsgemäßen Filters einen ausgeprägten Knick auf, d. h., die Rauchausbeute erhöht sich nicht mit dem Zugvolumen, son dem ist bei höheren Zugvolumina im Vergleich mit dem üblichen Anstieg geringer, wie noch erläutert werden

Wesentlich ist hierbei, daß die Öffnung in der rauchundurchlässigen, im allgemeinen scheibenförmigen Sperrschicht nicht verstopfen kann, was einmal durch eine ausreichende Größe dieser Öffnung und zum anderen dadurch gewährleistet wird, daß sich unmittelbar hinter der Öffnung kein Filtermaterial befindet, also an dieser Stelle des Filtermaterials eine Aussparung vorgesehen ist, so daß sich dort keine Rauchinhaltsstoffe des Tabaks ablagern und im Verlaufe des Abrauchens der Cigarette die Öffnung verstopfen können.

Eine weitere wesentliche Eigenschaft dieses Filters liegt in der Art der Veränderung des aus dem Tabakstrang in dem Filter strömenden Rauches in geschmacklicher Hinsicht. Es ist derzeit nicht möglich, aus den chemischen Eigenschaften des Rauches quantitative Vorhersagen über spezielle Geschmackseindrücke zu machen. Es ist deshalb überraschend, daß sich durch den erfindungsgemäßen Filter der Rauchgeschmack in bestimmter, gewünschter Richtung modifizieren läßt, beispielsweise in Richtung des Abba.iv der Irritation. Die Ursache hierfür liegt in den speziellen f.trömungseigenschaften dieses Filters, wie noch erläutert werden soll.

Dies bietet außerdem die Möglichkeit, durch stärkeres oder schwächeres Ziehen zwischen zwei verschiedenen Flavournoten zu wählen oder den Ffavour-Eindruck, wie er sich aus variierbaren Anteilen der beiden Flavourkomponenten ergibt, zu bestimmen. Zu diesem Zweck können die beiden Filtermaterialien in der Innenhülle bzw. der Außenhülle mit unterschiedlichen Flavourstoffen versehen sein, deren Menge in Abstimmung mit der Filtergeometrie und den Filtermaterialien von den beiden möglichen Zielsetzungen abhängt, nämlich davon, ob ein bestimmter Flavour-Eindruck erst bei relativ starkem Ziehen des Rauchers durchkommen soll, oder ob dem Raucher d;e Möglichkeit gegeben werden soll, relativ leicht zwischen den beiden. Flavour-Eindrükken auszuwählen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch den Grundaufbau eines Filters,

F i g. 2 die Kennlinie Kondensaiausbeute/Zugvolumen für einen erfindungsgemäßen Filter, und

F i g. 3 die Kennlinie Kondensatausbeute/Zugvolumen für einen herkömmlichen Filter.

Der in F i g. 1 dargestellte und allgemein durch das Bezugszeichen 10 angedeutete Filter weist eine zylindrische Innenröhre /?,· mit einer Ummantelung aus luftundurchlässigem Material auf; tabakseitig ist die Stirnfläche der Innenröhre /?, durch eine Scheibe 12 aus einem luftundurchlässigen Material verschlossen; in der Mitte die.'ir Scheibe, also auf der Achse der Innenröhre Rf, ist eine zentrische Öffnung Sausgebildet.

Die Innenröhre Λ, wird konzentrisch von einer ebenfalls zylindrischen Außenröhre /?_a umgeben, deren Ummantelung ebenfalls aus einem luftundurchlässigen Material besteht; in der Nähe des mundseitigen Endes weist die Außenröhre rl_ä eine Ventilationszone Vauf, die sich beispielsweise als Anordnung von kleinen Löchern an einer bestimmten Stelle senkrecht zur Längsrichtung des Filters 10 über den Umfang der Außenröhre R₃ erstreckt und mindestens 1 cm vom Mundende entfernt ist.

In der Innenröhre /?, und/oder in der Außenröhre R., is! ein übliches, gasdurchlässiges Filtermaterial Λ/, bzw. /V/., angeordnet; dabei kann entweder ein faserförmiges

Material, insbesondere Zelluloseacetat oder gekrepptes Papier, oder Schaum verwendet werden.

Wenn sich Filtermaterial M₁ in der Innenröhre R₁ befindet, muß sichergestellt sein, daß die Öffnung 5 in der Scheibe 12 nicht durch die von dem Filtermaterial M₁ aufgefangenen Rauchinhaltsstoffe des Tabaks verstopft werden kann; zu diesem Zweck ist im Anschluß an die Öffnung S in dem Filtermaterial M, eine Aussparung A ausgebildet, die Trichter-. Zylinder- oder Halbkugelform haben kann.

Die wesentlichen Abmessungen der einzelnen Teile dieses Filters 10 sind der Radius r,, der Außenröhre /?,,. der Radius r, der Innenröhre /?,, der Radius rs der Öffnung S. die Tiefe Ua der Aussparung A, in Längsrichtung der Innenröhre R₁ gesehen, und die Gesamtlänge /des Filters 10.

Um die noch zu erläuternden Strömungseigenschaften zu gewährleisten, müssen die Abmessungen sowie die Materialien bestimmte Bedingungen erfüllen. Im einzelnen handelt es sich dabei um die folgenden Spezifikationen:

Der Radius r, der Innenröhre Λ, sollte, bezogen auf den Radius T₁ der Außenröhre R₁. im folgenden Bereich liegen:

Ji- < r <—

Der Radius λ, der Außenröhre R_a liegt im Rahmen der Dimensionen konventioneller Filter, beträgt also im allgemeinen ca. 4 mm.

Der Radius rs der Öffnung S sollte im Bereich zwischen 0.5 mm und 1 mm liegen, so daß gilt

0.5 mm < rs < 1 mm
Die Dicke der luftundurchlässigen Scheibe 12 sollte

kleiner als ΐ ΓΓιΠΊ Sein.

Die Tiefe d+ der Aussparung A sollte im allgemeinen größer als der Radius rsder Öffnung 5sein. d. h.. es gilt:

Und schließlich sollte die Größe der tabakseitigen Grundfläche der Aussparung, die wiederum von ihrer Form abhängt, mindestens gleich der Größe der Fläche der Öffnung S sein und ist im allgemeinen größer als die Fläche der Öffnung 5.

Bei den obigen Grenzwerten wurde vorausgesetzt, daß die Öffnung S nahezu Kreisform hat: bei Abweichungen von dieser Form müssen entsprechende Flächengrößen verwendet werden.

Die Angaben über die Abmessungen der Aussparung A gelten selbstverständlich nur für den Fall, daß sich Filtermaterial M, in der Innenröhre R, befindet.

Die Filtermaterialien M₁ bzw. M₂ für die Innenröhre Ri bzw. die Außenröhre R_a sollten in Bezug auf den Druckabfall P bzw. die Filtrationsleistung E bei einem Strömungsvolumen von ! 15 ml/s, jeweils bezogen auf einen Filtertip der Länge 10 mm und des Durchmessers 8 mm. die folgenden Ungleichungen erfüllen:

Für das Filtermaterial M₁:

0</><60mm WS
0<£<25%
Für das Filtermaterial Mj

50 mm WS> Pj> 10 mm WS
40% < £,

Die Luftdurchlässigkeit der Ventilationszone Vsoll so ausgelegt sein, daß bei einem am mundseitigen Cigarettenende gezogenen Zugvolumen von 17,5 ml/s durch die gesamte Ventilationszone ein Luftvolumen Vv pro Sekunde strömen kann, das die folgende Ungleichung erfüllt:

Schließlich sollte die Struktur der Ventilationszone, also insbesondere die Zahl und die Form der Löcher in der Außenröhre /?.„ so beschaffen sein, daß der Zusammenhang zwischen angelegter Druckdifferenz APv und Ventilationsstrom VV nicht-linear ist, und zwar näherungsweise in der folgenden Form:

//Pv

Dabei gilt für die beiden Konstanten ao und a, dieser Gleichung

0.5

mm Ws
ml/s

<3o

mm WS

< a, < 0,2

mm WS

wobei ΔΡ\ in mm WS und VVin ml/s angegeben werden. Die beiden Filtermaterialien M, und M₁ können mit unterschiedlichen, zugehörigen Flavour-Stoffen F, und Fj versehen sein. Die jeweilige Menge dieser Flavourstoffe und die Spezifikation der zugehörigen Filtergeomeifie und Füiermaieriatien hängt von den beiden folgenden Zielsetzungen ab:

Erst bei starken Ziehen des Rauchers soll ein bestimmter Flavour-Eindruck, beispielsweise vom Flavourstoff F., durchkommen; oder

der Raucher soll relativ leicht zwischen den beiden FIavoureindrücken wählen können.

Dadurch bietet sich die Möglichkeit, geschmackliche Alternativen durch den Raucher selbst einstellen zu lassen; außerdem kann dem oben beschriebenen Kompensationsversuch des Rauchers, nämlich durch stärkeres Ziehen die Rauchausbeute zu erhöhen, noch zusätzlich über Geschmackseindrücke entgegengewirkt werden.

In Abhängigkeit davon, welcher dieser beiden Vorteile angestrebt wird, können Art und Menge der Flavourstoffe F₁ und F₃, Filtergeometrie und Eigenschaften der Filtermaterialien M-, und M₂ spezifiziert werden.

Wird der Filter beispielsweise so ausgelegt, daß der Rauch bei normalem Ziehen vorzugsweise durch das Filtermaterial M, und bei stärkerem Ziehen vorzugsweise durch das Filtermaterial M₁ strömt, so würde das Filtermaterial M₃ mit einem Flavour-Stoff F₁ versehen, der sich nur schwach bemerkbar machen soll.

Entsprechend den oben angegebenen Spezifikationen wurde ein Filter 10 hergestellt, bei dem die Innenröhre R, leer ist. sich also nur das Filtermaterial M₃ in der Außenröhre R„ befindet; dementsprechend ist auch kei-

b5 ne Aussparung A vorgesehen.

Dieser Filter 10 hatte eine Gesamtlänge von 25 mm, und der Radius der Außenröhre R_u entsprach dem üblichen Radius einer Cigarette, also ca. 4 mm.

Die Scheibe 12 hatte eine Dicke von etwa 1 mm; der Radius rs der Öffnung .Sin der Sperrschicht 12 betrug clwa 0,8 mm.

Die Druckdifferenz an der Außenröhre /?,, /wischen mundseitigem hltercnde und Mitte der Ventilationszo- ■> nc V betrug bei Anlegen eines Strömungsvolumens von 17,5 ml/s ca. 30 mm WS. Die Druckdifferenz an der Außenröhre /?j zwischen der Mitte der Filterventilations-ζοπί,· Kund dem tabakseitigen Filterende betrug beim gleichen Strömungsvolumen 70 mm WS. Diese beiden Werte beziehen sich auf die Messung beim Ventilationsgrad Vf = O, also geschlossener Ventilatior.szone.

Das pro Sekunde durch die Ventilationszone V strömende Luftvolumen W betrug ca. 13 ml/s.

Versuche mit diesem Filter haben gezeigt, daß ein bestimmter Prozentsatz des aus dem Tabakstrang ankommenden Rauches durch die Innenröhre /?, strömt. Von diesem Teil wird nur die Partikelphase reduziert, und zwar wiederum zu einem bestimmten Prozentsatz. Dieser Reduzierungsgrad ist relativ klein. Der "auch von der Innenröhre /?/ gelangt ohne zusätzliche Vermischung mit Luft zum Mund des Rauchers.

Ein ganz bestimmter Prozentsatz des Rauches wird über die Außenröhre R₁ geführt, wobei die Partikelphase relativ stark reduziert und der Rauch noch zusätzlich mit relativ viel Luft vermischt wird.

Die beiden Prozentsätze bleiben jedoch nicht gleich, sondern ändern sich in Abhängigkeit vom angelegten Strömungsvolumen; so strömt bei einem Strömungsvolumen von 17,5 ml/s etwa 98% des Rauches durch die Innenröhre Ri, während bei einem Strömungsvolumen vor. 35 ml/s nur noch 70% durch die Innenröhre R₁ strömt, d. h., der Prozentsatz des durch die Außenröhre R₁ strömenden Rauches nimmt von 2% auf 30% zu.

In F i g. 2 ist die Kondensatausbeute/Zugvolumen-Kennlinie des erfindungsgemäßen Filters 10 mit den oben angegebenen Spezifikationen aufgetragen. Es läßt sich erkennen, daß hei etwa 17J5 ml/s ein ausgeprägter Knick in der bis dahin linearen Kurve auftritt, d. h., die Aufteilung des Rauchvolumens auf Innenröhre /?, und Außenröhre R₃ hat sich geändert.

In F i g. 3 ist die entsprechende Kennlinie eines Standard-Acetat-Filters aufgetragen, dessen Filterlänge 21 mm, dessen Zugwiderstand 40 mm WS und dessen Filtrationsleistung 35% betrugen, jeweils gemessen bei einem Strömungsvolumen von 17,5 ml/s. Die Dimensionierung dieses herkömmlichen Filters wurde für diesen Vergleich so ausgewählt, daß sich bei Verwendung des gleichen Tabakstrangs bei DIN-Abrauchbedingungen die gleiche Kondensatausbeute wie beim Filter nach F i g. 1 ergibt.

Es läßt sich ein gleichmäßiger Verlauf erkennen, d. h. der Raucher hat hier die Möglichkeit, durch stärkeres Ziehen die Rauchausbeute zu erhöhen, wie es in diesem Maße beim erfindungsgemäßen Filter nicht möglich ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Filter für einen rauchbaren Artikel

a) mit einer Innenröhre aus einem luftundurchlässigen Material,

b) mit einer zur Innenröhre konzentrischen Außenröhre aus einem luftundurchlässigen Material, to

c) mit einer Ventilationszone in der Außenröhre, und

d) mit einem gasdurchlässigen Filtermateria! in der Innenröhre und/oder der Außenröhre,

15

dadurch gekennzeichnet, daß