DE3216667C2

DE3216667C2 -

Info

Publication number: DE3216667C2
Application number: DE3216667A
Authority: DE
Inventors: Richard Malcolm Midlothian Va. Us Berger
Original assignee: CIGARETTE COMPONENTS Ltd LONDON GB
Current assignee: CIGARETTE COMPONENTS Ltd LONDON GB
Priority date: 1981-05-07
Filing date: 1982-05-04
Publication date: 1991-02-28
Also published as: GB2098051B; ES264954Y; AU559726B2; US4637409A; HK90789A; ES268252Y; ES268252U; AU8327882A; CH656782A5; DE3216667A1; IT8221150A0; ES264954U; IT1150908B; BR8202695A; GB2098051A; CA1190113A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Filterelemente, insbe sondere Rauchfilter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie die Herstellung solcher Filterelemente. Im speziellen betrifft die Erfindung Rauchfilter für Zigaretten (Zigaretten- Filter) und deren Herstellung, der Erfindungsgegen stand ist jedoch ganz allgemein für Filterzwecke brauchbar, insbesondere für Tabakrauch-Filter, gleichgültig, ob das Filter in einer Zigarette, einer Zigarre, einer Pfeife oder dergleichen verwendet wird.

Da Zigaretten-Filter von besonderer kommerzieller Bedeutung sind, wird die vorliegende Erfindung in erster Linie anhand von Zigaretten-Filtern und der Herstellung von Filter-Zigaretten erläutert.

Bei der Entwicklung eines Filters für Zigaretten und der gleichen muß eine Anzahl verschiedener Eigenschaften des resultierenden Filters in Betracht gezogen werden. Der Filterwirkungsgrad (d. h. die Fähigkeit des Filters, uner wünschte Bestandteile aus dem Tabakrauch zu entfernen) stellt wohl die wichtigste Eigenschaft eines Zigaretten- Filters dar, man muß jedoch häufig hinsichtlich des Fil terwirkungsgrades einen Kompromiß eingehen, um ein Filter zu erhalten, das eine kommerziell annehmbare Kombination anderer Eigenschaften aufweist, unter anderem Druckabfall, Geschmack, Härte, Aussehen und Kosten. Beispielsweise hat das am häufigsten verwendete Zelluloseacetat-Filter einen verhältnismäßig niedrigen Filterwirkungsgrad, da dieser nur dadurch erhöht werden könnte, daß man entweder die Dichte des Filtermaterials oder die Länge des Filterelements ver größert, was beides zu einem übermäßigen, in kommerzieller Hinsicht nicht mehr tragbaren Druckabfall führen würde.

In den letzten Jahren ist die Verdünnung des Rauches mit Luft ein beliebiges Verfahren geworden, um den relativ nie drigen Filterwirkungsgrad von Zigaretten-Filtern mit einem Druckabfall, der genügend niedrig ist um kommerziell an nehmbar zu sein, zu kompensieren. Beim Luftverdünnungsverfahren wird Ventilationsluft verwendbar, um den Rauchstrom von der Zigarette zu verdünnen und dadurch die Menge des Teers und anderer unerwünschter Tabakrauch-Bestandteile zu verringern, die pro Zug in den Mund des Rauchers ge langt. Die Ventilations- oder Verdünnungsluft wird gewöhn lich durch eine Anzahl von Perforationen im Mundstück papier zugeführt, welches dazu dient, das Filter mit der Tabaksäule der Zigarette zu verbinden, und wenn das Filter mit einer Filterstabumhüllung umwickelt ist, wird ein luft durchlässiges Filterumhüllungspapier verwendet.

Das Luftverdünnungsverfahren ist in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft, es stellt nämlich das wirtschaftlichste Ver fahren zur Teerverringerung dar, es ermöglicht einen ge wünschten Betrag der Teerabgabe genau einzustellen und es trägt außerdem zur Entfernung von unerwünschten gas förmigen Anteilen, wie Kohlenmonoxid und Stickstoffoxiden dar. Ein Hauptnachteil des Luftverdünnungsverfahrens ist die Beeinträchtigung des Geschmacks. In der Praxis sind die Zigarettenhersteller seit der Einführung von luftver dünnten Zigaretten zu großen Längen übergegangen, um den Geschmack zu verbessern und/oder die Teerabgabe der Zigaretten zu steuern. Bis zur vorliegenden Erfindung gab es jedoch keine gut schmeckende Zigarette mit niedrigem CO/ Teer-Verhältnis.

Aus der älteren, nachveröffentlichten DE-OS 30 48 905 A1 ist ein Rauchfilter mit einem rauchdurchlässigen Filterstab und einer diesen umgebenden rauchundurchlässigen Umhüllung bekannt, wobei in der Umhüllung und dem von dieser umgebe den Filterstab mehrere Nuten gebildet sind, die sich zwi schen beiden Enden der Umhüllung erstrecken. Die Umhüllung ist mit einem Mundstückmaterial umgeben, das zum Zwecke der Belüftung mehrere Perforationen aufweist, so daß ein Durch tritt von Außenluft in die Nuten gestattet ist.

Aus der DE-OS 30 11 959 ist ein Rauchfilter bekannt, das ebenfalls in einer den Filterstab umgebenden Umhüllung eine Anzahl von Nuten aufweist, die sich von jeweils einem Ende des Filters aus in Längsrichtung über eine bestimmte Länge des Filters erstrecken, ohne das andere Ende zu erreichen. Auch hier ist der Filterstab und seine Umhüllung von einem Mundstückmaterial umgeben, das eine Anzahl von Ventilations perforationen aufweist.

Aus der DE-OS 21 07 850 ist ein Rauchfilter bekannt, der einen mit einer Anzahl von Längsrillen versehenen Filter stab aufweist, der von einer luftdurchlässigen Umhüllung umgeben ist. Die luftdurchlässige Umhüllung ist von einem mit Ventilationsöffnungen versehenen Mundstückmaterial um geben, welches den Durchtritt von Außenluft direkt in den Filterstab zuläßt.

Aus der US-PS 33 24 862 schließlich ist ein Rauchfilter be kannt, dessen Filterstab eine Anzahl von Nuten aufweist und von einer Umhüllung und einem darüberliegenden Mundstück material umgeben ist. Am Übergang vom Tabakstab der Zigarette zum Rauchfilter ist eine Anzahl von den einzelnen Nuten zugeordneten Belüftungslöchern vorgesehen, durch wel che Außenluft in die einzelnen Nuten eintreten kann.

Unter Berücksichtigung eines Standes der Technik, wie er aus der DE-OS 30 11 959 bekannt ist, ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Rauchfilter zu schaffen, mit dem es möglich ist, die Abgabe von Teer und unerwünschten gasförmigen Anteilen auf möglichst niedrige Werte einzustel len, ohne daß der gute Geschmack beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Rauchfilter mit den im An spruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Rauch filters sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein konventionelles Zigaretten-Filter mit kontinuier lichen Nuten versehen, die sich vom einen zum anderen Ende des Filters erstrecken. Die Nuten sind in einer rauchun durchlässigen Stopfen- oder Filterumhüllung gebildet und durch ein rauchundurchlässiges Spitzen- oder Mundstück papier verschlossen. Im Mundstückpapier sind Löcher vorge sehen, die mit den Nuten kommunizieren, so daß Verdünnungs luft in die Nuten eintreten kann. Die Form oder der Querschnitt der Nuten oder auch beide verändern sich im Verlauf der Nut. Dies führt zu einer Behinderung der Strömung in den Nuten und bestimmt das Strömungsmuster oder den Strömungsverlauf in den Nuten. Wenn die Behinderung der Strömung in den Nuten größer ist als die Behinderung durch den Filterstopfen, strömt die durch die Ventilationslöcher eintretende Luft sowohl durch den verengten Teil als auch zurück zum tabakseitigen Ende des Filterstopfens, wo sie zusammen mit dem gefilterten Rauch dann durch das Filter gezogen wird. Wenn die Behinde rung der Strömung durch die Nut kleiner ist als die Behinde rung der Strömung durch den Filterstab selbst, strömt Rauch aus dem Tabak durch die Nuten und wird mit Luft, die durch die Belüftungslöcher eintritt und sich mit dem Rauch mischt, verdünnt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Rauches durch die Querschnittsänderung der Nut verlangsamt wird. Bei den bevorzugten Ausführungsformen wird die Strömungs behinderung durch die Nut von einem stromabwärts gelegenen Abschnitt der Nut gebildet, der einen engeren Querschnitt hat als der stromaufwärts gelegene Abschnitt der Nut. Die Belüftungslöcher im Mundstückpapier decken sich vorzugs weise mit dem größeren, stromaufwärts gelegenen Abschnitt an einer Stelle, die sich gleich stromaufwärts von der Verbindung zwischen den beiden Nutenabschnitten befindet. Die Behinderung der Strömung kann durch eine Änderung der Form und/oder des Querschnitts der Nuten längs der Nut verursacht werden.

Dadurch, daß die Geschwindigkeit des Rauches verringert wird, wenn er unter den Löchern für die Verdünnungsluft vorbeiströmt, kann das CO/Teer-Verhältnis verringert werden. Der verengte Strömungsweg in den Nuten bewirkt außerdem bei bestimmten Bedingungen, daß das Kohlenstoffmonoxidgas durch die Belüftungslöcher in die Atmosphäre ausgestoßen wird.

Es gibt die verschiedensten Möglichkeiten, die Quer schnittsfläche der Nuten beim Fortschreiten längs der Nuten zu ändern.

Im folgenden werden spezielle Ausführungsbeispiele von Filtern gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Außerdem werden ein Verfahren und eine Einrichtung zum Herstellen der vorliegenden Filter beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Filterzigarette, die gemäß der Erfindung hergestellt wurde; das Mundstückpapier ist dabei zum Teil zurückge schlagen dargestellt, um das Filter deutlicher sichtbar zu machen;

Fig. 1A eine Fig. 1 entsprechende Ansicht einer Aus führungsform, bei der das Filter im Vergleich zu Fig. 1 umgedreht ist;

Fig. 2 eine Stirnansicht eines Filters gemäß der Erfindung mit drei Längsnuten;

Fig. 3 eine Stirnansicht eines anderen Filters gemäß der Erfindung, in dessen Umfang vier Nuten vorgesehen sind;

Fig. 4 eine Stirnansicht wieder einer anderen Aus führungsform eines Filters gemäß der Erfindung, bei dem im Filter 5 Längsnuten gebildet sind;

Fig. 5, 6, 7 und 8 Fig. 1 entsprechende, perspekti vische Ansichten weiterer Ausführungsformen von Zigaretten-Filtern gemäß der Erfindung;

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Herstellen von Filterelementen gemäß der Erfindung;

Fig. 10 eine Teilansicht einer Kräusel- oder Prägevor richtung zum Bilden der Nuten in einem Filter stopfen gemäß der Erfindung;

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht eines Teiles eines der Prägeglieder der Vorrichtung gemäß Fig. 10, und

Fig. 12 bis 14 schematische Querschnittsansichten von Vorrichtungen des in Fig. 10 dargestellten Typs mit drei, vier bzw. fünf Prägerädern.

In Fig. 1 ist eine Filterzigarette 10 gemäß einer Aus führungsform der Erfindung dargestellt, welche einen Tabak stab 12 und ein Filterelement 14 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält. Der Tabakstab 12 und das Filterele ment 14 sind in bekannter Weise Ende an Ende durch eine Spitzenumhüllung oder ein Mundstückdeckblatt 16 verbunden. Das Mundstück-Umhüllungspapier oder Deckblatt 16 weist eine Mehrzahl von Verdünnungsluft-Perforationen 18 auf, die in Umfangsrichtung um das Filterelement 14 angeordnet sind, so daß mit jedem Zug an der Zigarette Ventilations- oder Verdünnungsluft durch das Mundstückpapier zum Filter angesaugt wird.

Das Filter 14 enthält einen im wesentlichen zylindrischen Stopfen 20 aus einem konventionellen Tabakrauch-Filter material, der typischerweise aus einem kontinuierlichen Kabel aus Zelluloseacetat-Fasermaterial hergestellt wird, wenn auch andere Filtermaterialien mit kleineren Abände rungen verwendet werden können. Z. B. können Faserkabel aus anderen Materialien, wie Polyethylen, Polypropylen und dergleichen oder sogar auch nicht gewebte Stapelfasern verwendet werden. Es sei jedoch betont, daß Zelluloseacetat- Faserkabel (tow) das in kommerzieller Hinsicht bevorzugte Material darstellt. Der Stopfen 20 wird also aus einem konventionellen Material hergestellt, so daß er als rauch durchlässiger Filterstopfen arbeitet, der teilchenförmige Feststoffe zurückhält, die in dem durch ihn strömenden Rauch enthalten sind.

Der Stopfen 20 ist über seine ganze Länge mit einer nicht porösen oder rauchundurchlässigen Stopfen- oder Filterum hüllung 22 umgeben. Die rauchundurchlässige Filterumhüllung, die auch als Mantel oder Manschette bezeichnet werden könnte, kann in bekannter Weise rauchundurchlässige Außen flächen oder -schichten aus Schaumstoffmaterial, das mit dem Filterstopfen zusammenhängt, sowie auch ein rauchun durchlässiges Umwicklungs- oder Umhüllungsmaterial, das keinen Teil des Stopfens bildet, enthalten. Im Filtermaterial 22 und im Stopfen 20 sind mehrere Nuten 24 gebildet, die die Form von Vertiefungen haben, die sich in Tiefenrichtung radial in den Stopfen 20 hinein und in Längenrichtung kontinuierlich vom einen zum ande ren Ende des Stopfens erstrecken. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform haben die speziellen Nuten 24 im Umfang des Stopfens jeweils zwei Längsabschnitte, nämlich einen ersten, großvolumigen Abschnitt, der sich von der an den Tabak angrenzenden Stirnfläche des Stopfens 20 in Längsrichtung nach innen erstreckt, und einen Ab schnitt kleineren Volumens, der sich vom Mundende des Filter stopfens in Längsrichtung nach innen erstreckt. Die beiden Abschnitte unterschiedlichen Volumens sind mit ihren Enden an einem gemeinsamen Übergang 26 stumpf aneinander stoßend verbunden. Bei der in Fig. 1 dargestellten Aus führungsform befindet sich der gemeinsame Übergang 26 etwas näher beim Mundende des Stopfens 20 als die Be lüftungslöcher der Perforation 18 im Papier des Mundstück deckblatts 16. Es befinden sich also nur über den groß volumigen Abschnitten der kanalartigen Nuten 24 Löcher der Verdünnungsluft-Perforation 18. Außer den Ventilations löchern der Perforation 18 im Mundstück-Deckblatt 16 ver schließt das Deckblatt die Nuten 24, so daß in Längsrich tung verlaufende Strömungskanäle im Umfang des Stopfens 20 gebildet werden. Diese Strömungskanäle erstrecken sich vom einen Ende zum anderen und bilden daher Strömungswege zwischen dem Tabakstab 12 und dem Mund des Rauchers.

Bei der in Fig. 1 dargestellten speziellen Ausführungs form sind vier longitudinal verlaufende Nuten 24 vorge sehen und eine Stirnansicht dieser Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt. Eine Stirnansicht einer anderen Ausführungsform mit drei Nuten ist in Fig. 24 dargestellt und die Stirnansicht wieder einer anderen Ausführungsform, die fünf Nuten 24 aufweist, ist in Fig. 4 dargestellt. Es dürfte einleuchten, daß man die verschiedensten An zahlen von solchen Nuten 24 vorsehen kann, wobei sich dann verschiedene neuartige Stirnansichten der betreffenden Zigaretten ergeben.

Die in Fig. 1 dargestellten Nuten 24 haben eine über ihre Länge konstante Tiefe. Die Volumenänderung zwischen den beiden Längsabschnitten jeder Nut wird dadurch be wirkt, daß der Abschnitt der Nut, der am Mundende des Stopfens 20 ansetzt, schmäler gemacht wird. Mit anderen Worten gesagt, hat die Nut 24 zwischen dem Übergang 26 und dem Mundende der Zigarette eine schmälere Querab messung. Diese Verengung hat zur Folge, daß die Strömung durch die Nut in Richtung zum Mundende des Stopfens hin behindert wird. Der Grad dieser Einschränkung oder Behinde rung bestimmt die Betriebseigenschaften des Filters. Bei einer bevorzugten Arbeitsweise soll insbesondere beim Ziehen am Mundende der Zigarette Rauch vom Tabakstab an dem gewundenen Weg im Stopfen 20 vorbei in den Nuten 24 zum Übergang 26 strömen. Infolge des Ziehens an der Zigarette besteht außerdem die Neigung, daß Luft in die groß volumigeren Abschnitte der Nuten 24 stromaufwärts vom Übergang 26 gezogen wird, so daß der Rauch dort verdünnt wird. Die Verengung stromabwärts vom Übergang 26 hat zur Folge, daß der Rauch verlangsamt wird und mit der durch die Ventilationslöcher der Perforation 18 eintretende Luft gemischt und verdünnt wird. Der Rauch, der durch die kleinvolumigen Nutenabschnitte zum Mund des Rauchers strömt, ist daher sehr stark verdünnt. Es wurde außerdem festgestellt, daß das CO/Teer-Verhältnis durch die Ver wendung einer solchen Zweivolumen-Nut 24 verringert wird, bei der der Abschnitt großen Volumens der Nut die Ge schwindigkeit des Rauches verlangsamt und der Abschnitt kleineren Volumens der Nut nach den Löchern der Perforation 18 eine Verengung oder Behinderung darbietet, die zur Folge hat, daß ein Teil des Kohlenstoffmonoxidgases durch die Perforationslöcher nach außen gedrängt wird, nachdem die Saugkraft des Zuges nach Überschreiten ihres Spitzenwertes abzufallen beginnt.

Eine andere mögliche Arbeitsweise des Filters gemäß Fig. 1 erhält man, wenn der durch den kleinvolumigen Nuten abschnitt verursachte Strömungswiderstand (Behinderung) groß im Vergleich zum gesamten Strömungswiderstand im Strömungsweg durch den Stopfen 20 ist. Unter diesen Um ständen bewirkt eine Saugkraft am Mundende des Filters insbesondere, daß Luft durch die Löcher der Perforation 18 in die Nuten gezogen wird, wie es oben beschrieben wurde. Wenn jedoch der kleinvolumige Abschnitt der Nuten einen sehr hohen Strömungswiderstand oder eine sehr hohe Be hinderung darstellt, wird die Luft dazu neigen, in der Nut 24 in beiden Richtungen zu strömen, d. h. daß die durch die Löcher der Perforation 18 in die Nut eintre tende Luft durch den kleinvolumigen Nutabschnitt zum Mund des Rauchers und durch den großvolumigen Abschnitt zum tabakseitigen Ende strömt, wo sie sofort zurück durch den Filterstopfen zusammen mit dem Tabakrauch in den Mund des Rauchers gezogen wird. Bei dieser Arbeitsweise wird der Rauch sowohl innerhalb des Stopfens 20 als auch im Mund des Rauchers verdünnt.

Die beiden oben erwähnten Arbeitsweisen unterscheiden sich nur durch das Verhältnis der Strömungswiderstände des Filterstopfens selbst und des engeren oder kleinvolu migeren Abschnittes der Nut 24. In beiden Fällen bewirkt die Ventilationsluft eine Verdünnung des Rauches und damit eine Verringerung der Menge an Teer und anderen unerwünsch ten Rauchbestandteilen, außerdem werden unerwünschte gasförmige Bestandteile des Rauches, wie CO und NO entfernt. Wichtig ist im vorliegenden Falle, daß dies durch die Erfindung ohne Beeinträchtigung des Geschmackes erreicht werden kann.

Es wurde sogar festgestellt, daß man noch bessere CO/Teer- Verhältnisse als bei kommerziell erhältlichen bekannten Filtern erreichen kann, wenn das Filter 14 der Ausführungs form gemäß Fig. 1 umgedreht wird, wie es in Fig. 1A dargestellt ist, so daß die kleinvolumigen Abschnitte der Nuten 24 dem tabakseitigen Ende benachbart sind, wobei jedoch vorzugsweise mindestens die Majorität der Ver dünnungs-Luft-Perforationen sich über den großvolumigen Abschnitten der Nuten befinden.

Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform ähnelt der gemäß Fig. 1 und in den beiden Figuren wurden daher die gleichen Bezugszeichen verwendet. Die Ausführungsform gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 1 nur darin, daß bei Fig. 5 ein Teil der Verdünnungsluft- Perforation 18 den kleinvolumigen Abschnitt der Nuten 24 überlappt. Diese Ausführungsform ist besser für die oben als zweites erwähnte Arbeitsweise geeignet, bei der die Luft in den Nuten 24 in beiden Richtungen strömt. Die Anordnung einiger Löcher der Perforation 18 über dem kleinvolumigen Abschnitt der Nuten 24 erleichtert die Luftströmung durch diesen Abschnitt, der bei dieser Arbeitsweise definitionsgemäß ja einen sehr engen oder behinderten Strömungsweg darstellt.

Wenn eine Verengung in den Nuten 24 vorgesehen wird, braucht diese nicht die Form einer diskreten oder stufenartigen Änderung der Querschnittsfläche der Nut zu haben, wie es in Fig. 1 und 5 dargestellt ist. Die Breite und/oder Tiefe der Nuten können sich vielmehr über die Länge des Filter stopfens 20 allmählich oder kontinuierlich ändern, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, so daß die Verengung eine mehr graduelle Wirkung hat. Die graduelle Verengung strebt dazu, das Abwärtsströmen des Rauches durch die Nuten zu verlangsamen, so daß die durch die Löcher der Perforation 18 eintretende Luft den Rauch wirkungsvoll verdünnen kann, bevor er den Mund des Rauchers erreicht. Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform nimmt die Breite der Nuten vom tabakseitigen Ende des Filterstabes zum mundseitigen Ende allmählich ab. Die Tiefe kann in entsprechender Weise zusätzlich oder anstatt der Breite geändert werden. Die verschiedenen Element der Ausführungsform gemäß Fig. 6 sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie die entsprechenden Elemente in Fig. 1.

Auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 sind entsprechen de Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in Fig. 1. Der Unterschied zwischen den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und Fig. 7 besteht darin, daß der Quer schnitt- oder Volumenunterschied der beiden Abschnitte der Nuten 24 durch eine Änderung der Tiefe der Nuten und nicht durch eine Änderung der Breite der Nuten bewirkt wird. Im übrigen stimmt das in Fig. 7 dargestellte Filter mit dem Filter gemäß Fig. 1 überein und es kann für jede der beiden oben beschriebenen Arbeitsweisen ausgelegt werden.

Fig. 8 zeigt einen Filter 14 gemäß wieder einer anderen Ausführungsform der Erfindung, auch hier wurden die gleichen Bezugszeichen verwendet wie bei Fig. 1. Die Ausführungsform gemäß Fig. 8 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 1 darin, daß an die Stelle der in Längsrichtung verlaufenden Nuten 24 des Filters gemäß Fig. 1 eine wendelförmige Nut 28, eine ringförmige Nut 30 und in Längsrichtung verlaufende Nuten 32 treten. Genauer gesagt erstreckt sich bei dem Fil ter gemäß Fig. 8 die wendelförmige Nut 28 vom Tabakende des Filters 14 längs eines schraubenlinienförmigen Weges um die Peripherie des Filters bis zu einer bestimmten Stelle, an der die wendelförmige Nut 28 in Verbindung mit der ring förmigen Nut 30 steht. Die longitudinalen Nuten 32 reichen vom Mundende des Filters 14 zur ringförmigen Nut 30. Bei einer bevorzugten Version des in Fig. 8 darge stellten Filters hat die wendelförmige Nut 28 quer zur Strömungsrichtung einen größeren Querschnitt als die ringförmige Nut 30 und die einzelnen longitudinalen Nuten 32. Außerdem befinden sich, wie dargestellt, die Löcher der Verdünnungsluft-Perforation 18 bei Fig. 8 alle auf der im Tabakende zugewandten Seite der ringförmigen Nut, so daß sie sich mit der wendelförmigen Nut 28 decken und nicht mit den longitudinalen Nuten 32 oder der ringför migen Nut 30. Der vom Tabakende des Filters zum Mundende des Filters strömende Rauch erfährt dadurch eine Behinde rung an der ringförmigen Nut 30, so daß die durch die Löcher der Perforation 18 in die wendelförmige Nut 28 gezogene Luft sich mit dem verlangsamten Rauch in dem wendelförmigen Kanal der Nut 28 gründlich mischen und den Rauch verdünnen kann.

Selbstverständlich können bei dem Filter gemäß der Er findung auch noch andere Nutkonfigurationen verwendet werden.

In den folgenden Tabellen sind Versuchsergebnisse und Vergleiche bestimmter Eigenschaften von Produkten gemäß der vorliegenden Erfindung mit bekannten Produkten aufge führt.

Tabelle I

(Vier durchgehende 0,5 mm Nuten)

Tabelle II

(Vier durchgehende 0,75 mm Nuten)

Tabelle III

(Vier Nuten mit je 2 Abschnitten unterschiedlichen Querschnitts; großvolumiger Abschnitt 1,0 mm und kleinvolumiger Abschnitt 0,5 mm)

Ausführungsform gemäß Fig. 1

Tabelle IV

(Vier Nuten mit je 2 Abschnitten unterschiedlichen Querschnitts; großvolumiger Abschnitt 1,0 mm und kleinvolumiger Abschnitt 0,75 mm)

Ausführungsform gemäß Fig. 1A

Tabelle V

(Vergleichsstäbe - handelsübliche Marke)

In Tabelle I sind die Versuchsergebnisse für 3 Untersuchungen dargestellt, bei denen Filter herkömmlicher Art verwendet wurden, die Nuten 24 mit einem über die ganze Länge gleichbleibenden Querschnitt aufwei sen. Für die drei Versuche, die sich hinsichtlich des Fil terkabelmaterials unterscheiden, sind jeweils der Gehalt an Kohlenmonoxid und Teer sowie das CO/Teer-Verhältnis ange geben. Der konstante Durchmesser der Nuten 24 der bei den Untersuchungen gemäß Tabelle I verwendeten Filter betrug 0,5 mm und das CO/Teer-Verhältnis ist, wie aus Tabelle I ersichtlich ist, für alle verschiedenen Filter kabelmaterialien, die untersucht wurden, recht klein.

In Tabelle II sind die Ergebnisse ähnlicher Versuche dar gestellt, bei denen ebenfalls ein Filter mit durchgehenden Nuten verwendet wurde, wobei jedoch der Durchmesser der Nuten 24 auf 0,75 mm vergrößert wurde. Wie aus den aufgeführten Werten ersichtlich ist, liegen die Kohlen monoxid- und Teer-Gehalte niedriger als bei den Versuchen der Tabelle I, während die relativ niedrigen CO/Teer-Ver hältnisse ungefähr gleich bleiben.

Eine eindrucksvolle Darstellung des Wertes der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus Tabelle III, in der die Ergebnisse von Versuchen mit der Ausführungsform gemäß Fig. 1 aufgeführt sind. Bei diesen Versuchen betrug das Volumen- bzw. Querschnittsverhältnis zwischen dem großvolumigen Abschnitt und dem kleinvolumigen Abschnitt der Nuten 24 gleich 2 : 1. Insbesondere betrug der Durch messer des großvolumigen Abschnitts etwa 1,0 mm, während der Durchmesser des kleinvolumigen Abschnitts etwa gleich 0,5 mm war. Wie man sieht, sind die Werte des Kohlenmonoxid- und Teer-Gehaltes selbst gegen über den Werten aus den Tabellen I und II erheblich klei ner und auch das CO/Teer-Verhältnis ist eindrucksvoll verringert.

Eine ähnliche Verbesserung des CO/Teer-Verhältnisses ist aus Tabelle IV ersichtlich, die auf Versuchen beruht, bei denen das Filter umgedreht war, wie es in Fig. 1A darge stellt ist.

In Tabelle V sind die Werte für vier Zigaretten handels üblicher Marken aufgeführt, die als Vergleich für die Versuche in den Tabellen I, II, III und IV verwendet wurden. Die vier handelsüblichen Kontrollzigaretten wurden aus verschiedenen Packungen einer Marke entnommen, bei der ein Filter ähnlich wie es in der US-PS 42 56 122 beschrie ben ist, verwendet wird.

Aus den Werten in den obigen Tabellen läßt sich eine An zahl von Schlüssen ziehen: Erstens verbessert das große Faserdenier, das einen niedrigen Filterwirkungsgrad er gibt, das CO/Teer-Verhältnis, da die normalen mechanischen Filter Kohlenmonoxid nicht entfernen. Die Daten in den Tabellen I, II, III und IV machen dies deutlich. Ferner wird durch die Verringerung der Geschwindigkeit des Rauches, während er unter den Ventilationslöchern vorbeiströmt, das CO/Teer-Verhältnis signifikant herabgesetzt. Dies ist ersichtlich, wenn man die Tabellen I und II miteinander vergleicht, da die großvolumigen Nuten das CO/Teer-Ver hältnis etwas verringern; es wird ferner durch einen Ver gleich der Daten in den Tabellen III und IV mit den Daten in den Tabellen I und II belegt, da die Änderung des Volu mens der Nuten 24 die Strömungsgeschwindigkeit des Rauches ändert und eine effektivere Verdünnung erlaubt. In allen Fällen zeigen die geprüften Filter gemäß der vorliegenden Erfindung eine erhebliche Verbesserung des CO/Teer-Ver hältnisses im Vergleich zu den Vergleichs- oder Kontroll zigaretten, deren Daten in Tabelle V aufgeführt sind. Die kontinuierlichen, sich vom einen zum anderen Ende er streckenden Nuten ermöglichen bereits eine wirkungsvollere Kontrolle des CO/Teer-Verhältnisses, das durch Änderung der Größen der Nuten in Relation zu den Löchern der Perfo ration 18 beeinflußt werden kann. Von besonderer Bedeutung ist, daß die Filter gemäß der Erfindung während der Unter suchungen gemäß den Tabellen III-IV trotz der relativ niedri gen Teer-Abgabe Rauch mit befriedigendem Geschmack liefer ten.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 9 bis 14 soll nun generell ein Verfahren und eine Einrichtung zum Herstellen der vor liegenden Filterelemente erläutert werden. Die Technik ist im Prinzip in vieler Hinsicht der ähnlich, die in den US- PS 36 37 447, 40 46 063 und 40 75 936 genauer beschrieben ist, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Bei den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Er findung wird als Filtermaterial für die Erzeugung der Filterelemente ein kontinuierliches oder endloses Faser kabel 40, z. B. Acetatkabel verwendet, das eine Vielzahl von miteinander verbindbaren oder verschweißbaren faser artigen Elementen enthält, die durch Kontakt mit einem heißen Fluid, wie Dampf aktivierbar sind. Das Material für das Filterkabel 40 wird kontinuierlich in und durch eine langgestreckte Bindezone 50 geführt, die eine konventionelle Stopfdüse 41 und einen Dampfkopf 42 enthält, wie sie aus dem oben angeführten Stand der Technik bekannt sind. Nach der Dampfbehandlung wird der resultierende Stab in einem Kühlkopf 43 gekühlt, bevor er in einer Umhüllungsgarnitur 51 mit einem konventionellen Filterumhüllungsmaterial 45 ummantelt wird. Das Umhüllungsmaterial 45, das für Rauch undurchlässig ist, wird bei 44 mit einem Leim oder Kleber behandelt, um ein einwandfreies Binden der Umhüllung zu gewährleisten. Die Garnitur 51 enthält einen kontinuierli chen Zugfördermechanismus, der den Stab durch diese ersten Verarbeitungsstufen zieht.

Nach dem Verlassen der Garnitur 51 wird der umhüllte Stab in einem Wasserkopf mit Wasser und Dampf behandelt, bevor die Nuten 24 im Stab gebildet werden. Die Nuten werden durch erhitzte Prägeräder in einer Prägevorrichtung 47 gebildet, von der Teile im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 10 bis 14 erläutert werden. Nachdem die Nuten in der Peripherie des Stabes gebildet worden sind, wird er durch eine zweite Garnitur 52 kontinuierlich durch einen Kühlkopf 48 gezogen und zu einem Schneidkopf 49 trans portiert. Der genutete oder geprägte Stab wird im Schneid kopf an vorgegebenen Stellen in Querrichtung zertrennt, um die einzelnen Filterstopfen zu bilden.

Die oben unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschriebenen Ele mente sind alle bekannt mit Ausnahme der erhitzten Präge räder in der Prägevorrichtung 47. Diese Prägeräder sind in den Fig. 10, 11 und 12 genauer dargestellt, auf die nun Bezug genommen werden soll. Wenn im Filterstab drei longitudinal verlaufende, kontinierliche Nuten zu bilden sind, werden drei Räder 61, 62 und 63 in der in Fig. 12 dargestellten gegenseitigen Lage vorgesehen. Die Präge flächen der Räder sind gebogen, so daß der Filterstab zwischen den Stirnflächen der Prägeräder hindurchlaufen kann, während er geprägt wird. Von der Peripherie jeden Rades springen Prägevorsprünge 71, 72 in den vom Filter stab durchlaufenen Kanal oder Zwischenraum vor. Die in den Fig. 10 bis 12 dargestellten Prägevorsprünge sind so entworfen, daß sie Filter gemäß der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung bilden. Die Vorsprünge 71 und 72 enden also im gleichen radialen Ab stand von der Peripherie der jeweiligen Räder 61, 62 und 63 (wie am deutlichsten in den Fig. 10 und 11 darge stellt ist), die Vorsprünge 71 und 72 bilden jedoch Ab schnitte unterschiedlicher Breite. Diese unterschiedlichen Breiten entsprechen den unterschiedlichen Breiten der Nut 24 in Fig. 1. Die Vorsprünge 71 und 72 erstrecken sich kontinuierlich um den Umfang der Räder 61, 62 und 63, so daß durch jedes Prägerad in dem durch die Präge vorrichtung 47 laufenden Filterstab ein kontinuierlicher, longitudinal verlaufender Kanal gebildet wird.

Fig. 13 zeigt, wie vier longitudinal verlaufende, konti nuierliche Kanäle im Filterstab gebildet werden können, während Fig. 14 zeigt, wie man fünf solcher Kanäle er zeugen kann. Es dürfte einleuchten, daß man durch Wahl einer entsprechenden Anzahl von zusammenwirkenden Präge rädern praktisch jede gewünschte Anzahl solcher Kanäle bil den kann. Die Vorsprünge 71 und 72 erhalten eine solche Kontur, wie es der für den kontinuierlichen Kanal gewünsch ten Konfiguration entspricht. Um die Abschnitte unterschied licher Tiefe für die in Fig. 7 dargestellte Ausführungs form zu bilden, wird man also Prägevorsprünge 71 und 72 mit unterschiedlichen Höhen, jedoch gleicher Breite vor sehen. In entsprechender Weise wird man bei der Herstellung der Ausführungsform gemäß Fig. 6 mit den verlaufenden Nuten Vorsprünge mit verlaufender Breite und/oder verlaufen der Höhe am Umfang der verschiedenen Prägeräder vorsehen.

Wenn der Filterstab, in dem die durchgehenden, vom einen zum anderen Ende durchgehenden Nuten gebildet wurden, in die Schneidvorrichtung 49 der in Fig. 9 dargestellten Maschine eingeführt wird, erfolgen die Querschnitte an solchen Stellen längs des Stabes, daß Übergänge zwischen den breiteren und schmäleren oder flacheren und tieferen Nutenabschnitten verbleiben. Die Schnitte können so gelegt werden, daß beim Schneiden einzelne Filterstopfen oder -elemente entstehen, oder alternativ auch so, daß durch die Schnitte Stücke mit einer Länge entsprechend mehreren Filterstopfen entsprechen, die dann später in Verbindung mit dem Anbringen der Spitze oder des Mundstückes in die einzelnen Filterstopfen zertrennt werden.

Die Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die ein perforiertes, aber sonst undurch lässiges Deckblatt- oder Mundstückmaterial enthalten, die Erfindung ist jedoch auch ganz generell und auch in Verbindung mit den beschriebenen Ausführungsbeispielen mit einem Mundstück oder Deckblattmaterial realisierbar, das von Natur aus luftdurchlässig ist und zusätzlich Per forationen haben oder unperforiert sein kann.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen erstreckt sich der rauchdurchlässige Filterstab, um den die genutete, rauchundurchlässige Muffe, Hülse oder Mantelumhüllung angeordnet ist, über die volle Länge dieser Muffe oder Hülse. Dies ist jedoch nicht wesentlich und die Lehren der Erfindung können auch dann angewendet werden, wenn sich der Filterstab nur über einen Teil der Länge der Umhüllung oder Muffe erstreckt. Bei allen oben im einzelnen darge stellten Ausführungsformen kann der Filterstab also generell mehr oder weniger kurz vor einem oder beiden Enden der genuteten Muffe oder Umhüllung enden, so daß ein Filter vorliegt, das am einen oder beiden Enden eine Vertiefung in der Muffe oder Umhüllung aufweist; der Filterstab kann zusätzlich oder stattdessen auch aus einer Mehrzahl von in Längsrichtung beabstandeten Stopfen bestehen, so daß in der genuteten Muffe oder Umhüllung ein Hohlraum oder mehrere Hohlräume gebildet werden.

In den Rahmen der Erfindung fallen auch Filterelemente (genutete Stäbe und Umhüllungen) für sich, die mit dem Spitzen- oder Deckblattmaterial verwendet werden können, d. h. Filter, wie sie oben definiert und beschrieben wur den, jedoch ohne das Deckblatt- oder Mundstückmaterial. Es wurde oben bereits erwähnt, daß solche Elemente und manchmal auch die durch Umhüllen der Elemente mit einem Mund stück- oder Deckblattmaterial erhaltenen Filter anfänglich in Stücken mehrfacher Filterlänge hergestellt werden können, von denen dann individuelle Stücke einfacher Länge abgeschnitten werden; die individuellen Stücke können asymmetrisch sein (z. B. wie es bei den meisten dargestellten Ausführungs formen der Fall ist), wobei die Nutendimensionen von Ende zu Ende verschieden sind; die anfänglich herge stellten Stücke mit einem geraden Vielfachen der Einzel länge (z. B. gleich einem doppelten oder sechsfachen der Länge eines einzelnen Filterelements), von denen sie abge schnitten werden, werden dagegen symmetrisch sein. Die Erfindung bezieht sich also auch auf solche Mehrfach längen-Filter und -Filterelemente sowie auf Produkte mit der endgültigen einfachen Länge.

Claims

1. Rauchfilter mit einem rauchdurchlässigen Filterstab und einer diesen umgebenden, rauchundurchlässigen Umhüllung, in der mindestens eine Nut gebildet ist, wobei die Umhüllung mit einem Belüftungs-Mundstückmaterial umgeben ist, das bei Benutzung einen Durchtritt von Außenluft in die Nut gestat tet, dadurch gekennzeichnet, daß sich die in der Umhüllung des Filterstabes gebildete Nut vom einen zum anderen Ende der Umhüllung erstreckt, und daß sich die Form und/oder Querschnittsfläche der Nut in Längsrichtung derselben der art ändern, daß sich eine Behinderung der Strömung längs der Nut ergibt.

2. Rauchfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (28, 32) auf mindestens einem Teil ihrer Länge längs eines wendelförmigen Weges verläuft, der in einer ringförmigen Nut (30) mündet (Fig. 8).

3. Rauchfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Mundstückmaterial (16) von Perforationen (18) durchsetzt ist, die direkt in der Nut (24) münden.

4. Rauchfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Breite und/oder Tiefe der Nut in Längsrichtung der Nut ändern.

5. Rauchfilter nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, daß sich die Form und/oder Querschnittsfläche der Nut längs mindestens eines Teiles der Länge der Nut allmäh lich ändern.

6. Rauchfilter nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Form und/oder Quer schnittsfläche der Nut in der Längsrichtung der Nut bei einem Übergangsbereich abrupt ändern.

7. Rauchfilter nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Mundstückmaterial beim Übergangsbereich (26) von Perforationen (18) durchsetzt ist, welche zu mindest in einen Abschnitt größeren Querschnitts der Nut direkt münden.

8. Rauchfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Verwendung in einer Filter zigarette.

9. Rauchfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ohne das Mundstückmaterial

10. Rauchfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem integralen Stück solcher Länge besteht, daß es in mehrere Rauchfilter elemente zerschnitten werden kann.