DE3216667C2 - - Google Patents
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- DE3216667C2 DE3216667C2 DE3216667A DE3216667A DE3216667C2 DE 3216667 C2 DE3216667 C2 DE 3216667C2 DE 3216667 A DE3216667 A DE 3216667A DE 3216667 A DE3216667 A DE 3216667A DE 3216667 C2 DE3216667 C2 DE 3216667C2
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
- A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
- A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
- A24D3/04—Tobacco smoke filters characterised by their shape or structure
- A24D3/043—Tobacco smoke filters characterised by their shape or structure with ventilation means, e.g. air dilution
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- Cigarettes, Filters, And Manufacturing Of Filters (AREA)
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.
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 (10)
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.
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