DE3400004C2 - - Google Patents

Description

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

Solche Mundstücke werden insbesondere für das Rauchen von Cigaretten eingesetzt und können, ähnlich einem üblichen Filtermundstück, direkt am Tabakstrang der Cigarette angebracht oder als getrenntes Mundstück ausgebildet werden, in das die Cigarette eingesteckt wird.

Solche Mundstücke sind in vielen Ausführungsformen als Filtermundstücke bekannt, d. h. sie enthalten ein Filtermaterial, das auf physika­ lischem Wege im Tabakrauch enthaltene Feststoffteilchen ad/absorbiert. Die Filterwirkung solcher Filtermaterialien kann mit einem Ventilationseffekt kombiniert werden, bei dem eine Verdünnung des Rauches durch von außen angesaugte reine Luft erfolgt.

Aus der US-PS 34 90 461 geht ein Mundstück für eine Cigarette hervor, bei dem Strömungskanäle in der Außenfläche eines Kern ausgebildet sind, wodurch sich eine Ventilationswirkung ergibt. Die Ventilationsluft einerseits und der Tabakrauch andererseits durchströmen also das Mundstück auf getrennten Bahnen, so daß sie sich erst im Mund des Rauchers mischen.

Ein Mundstück für einen rauchbaren Artikel der angegebenen Gattung geht aus der US-PS 31 79 112 hervor und weist ein rohrförmig angeordnetes Belagmaterial, eine luftdurchlässige Ventilationszone in dem Belagmaterial sowie einen luftundurchlässigen, hohlen Kern auf, der aus einem dem Raucher zugewandten, rohrförmigen Auslaßbereich und einem dem Tabakstrom zugewandten, sich konisch verjüngenden Einlaßbereich mit einer Einlaßöffnung besteht. Nachteilig ist bei diesem bekannten Mundstück die relativ aufwendige Herstellung aus verschiedenen Einzelteilen, da das eigentliche Ventilationselement in Verbindung mit einem Filter benutzt werden muß, um eine Abscheidung zu erreichen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Mundstück für einen rauchbaren Artikel der angegebenen Gattung zu schaffen, das als reines Ventilationselement, also ohne Filtermaterial, etwa die gleiche Rauchausbeute wie ein Standart-Azetatfilter erreicht.

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 zunächst auf der einfachen Herstellung eines solchen "Ventilationselementes", das aus einem extrudierten Kunststoffrohr gefertigt werden kann. Die Strömungskanäle lassen sich abschnittweise durch Exzenter herstellen, die die Außenfläche dieses Kunststoffrohres entsprechend weit eindrücken, bis der verbleibende Rohrinnendurchmesser der gewünschten Größe der Einlaßöffnung entspricht. Sollten aufgrund von Schwankungen in Fertigungstoleranzen die Einlaßöffnungen bei diesem Herstellungsvorgang verschlossen werden, so kann die Einlaßöffnung mittels eines feststehenden Einziedorns offengehalten werden.

Durch die beschriebene Ausgestaltung des Kunststoff-Kerns ergeben sich zwangsläufig, also ohne zusätzliche verfahrenstechnische Maßnahmen, mehrere getrennte Strömungswege, nämlich einmal der zentrale Strömungsweg des Rauchers über die Einlaßöffnung durch das Innere des hohlen Kerns zur Auslaßöffnung und zum anderen weitere, jeweils untereinander und von dem Strömungsweg für den Rauch getrennte Strömungskanäle für die Ventilationsluft zwischen der Außenfläche des Kerns und dem Belagmaterial; auf diesen äußeren Strömungskanälen mischt sich der vom Tabakstrang angesaugte Rauch mit der reinen, über die Ventilationszone angesaugten Luft, wodurch sich eine starke Verdünnung des Tabakrauches ergibt. Dieser verdünnte Tabakrauch mischt sich wiederum im Mund des Rauchers mit dem Rauch vom zentralen Strömungsweg, wobei der jeweilige, gewünschte Zugwiderstand über die entsprechenden konstruktiven Parameters dieses Mundstückes eingestellt werden kann.

Dieses einstückige, rohrförmige Kunststoffteil kann bei Bedarf mit dem üblichen, porösen/perforierten Umhüllungspapier sowie schließlich von dem Belagpapier umgeben werden, das die übliche, durch Perforationen oder eine inhärente Porisität erreichte Ventilationszone aufweist. Dieses Belagpapier kann gleichzeitig auch zum Ansetzen dieses Mundstückes an den Tabakstrang eines rauchbaren Artikels, insbesondere einer Cigarette, dienen.

Dabei stehen als Veränderliche der Filterventilationsgrad, die Größe der Einlaßöffnung, der Zugwiderstand der Strömungskanäle zwischen der Ventilationszone und dem mundseitigen Ende des Mundstückes, die bei gegebenem Querschnitt der Strömungskanäle ihrer Länge entsprechen, sowie die konstruktive Lösung der Ventilationszone zur Verfügung; eine solche streifenförmige Ventilationszone kann entweder durch die inhärente Porosität des Belagpapiers, das mikroskopische Löcher enthält, oder durch Perforationen gebildet werden, also durch mikro- oder makroskopische Löcher, die durch elektrostatische Entladungen, durch Laserstrahlen oder auf mechanischem Wege erzeugt werden. Während die mikroskopischen Löcher einen Durchmesser von etwa 0,05 mm haben, liegen die makroskopischen Perforationen im allgemeinen in der Größenordnung von 0,2 mm.

Diese Parameter lassen sich nach Wunsch variieren, so daß ein breiter Bereich von Zugwiderstandswerten der Gesamtcigarette, bzw. der Änderung des Zugwiderstandes mit dem Zugvolumen, abgedeckt werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Grundaufbau eines solchen Mundstückes,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A von Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie B von Fig. 1 und

Fig. 4 eine Darstellung der Rauchausbeute eines Stan­ dardfilters bzw. einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mundstückes in Abhängigkeit vom Zugvolumen.

Fig. 1 zeigt ein allgemein durch das Bezugszeichen 10 an­ gedeutetes Mundstück, das fest mit dem Tabakstrang 11 einer Cigarette verbunden ist. Dieses Mundstück 10 weist einen noch zu erläuternden Kern 16 aus Polypropylen oder Polyethylen auf, der durch ein übliches, rohrförmig ange­ ordnetes Belagmaterial, insbesondere Belagpapier 12 mit dem Tabakstrang 11 verbunden ist.

Dieses rohrförmig angeordnete Belagpapier 12 enthält eine streifenförmige, in Umfangsrichtung verlaufende Ventila­ tionszone 14, die entweder durch makroskopische Perfo­ ration oder mikroskopische Öffnungen im Belagpapier 12 in diesem Bereich gebildet werden kann.

Im Innenraum des rohrförmig angeordneten Belagpapiers 12 ist der Kunststoffkern 16 vorgesehen, der einen rohrför­ migen, dem Raucher zugewandten Auslaßbereich 16 a und einen sich konisch verjüngenden, dem Tabakstrang 11 zugewandten Einlaßbereich 16 b aufweist.

Wie man aus den Fig. 2 und 3 erkennt, kann ein solcher Kern 16 aus einem rohrförmigen, extrudierten Kunststoff- Rohling hergestellt werden, in dessen Außenfläche ab­ schnittsweise durch Exzenter Strömungskanäle 18 unter­ schiedlicher Tiefe eingedrückt werden. Im Auslaß­ bereich 16 a haben diese Strömungskanäle 18 nur eine relativ geringe Tiefe, also etwa die Form einer flachen Nut, während im Einlaßbereich 16 b die Eindrücktiefe kontinuierlich zunimmt und am gemäß der Darstellung der Fig. 1 linken Ende des Kerns 16 der rohrförmige Rohling soweit zusammengedrückt wird, bis der verbleibende Rohr­ innendurchmesser die gewünschte Größe der Einlaßöffnung 20 (siehe Fig. 2) erreicht.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind insgesamt vier Strömungskanäle 18 in dem Kern 16 ausgebildet, so daß sich im Einlaßbereich 16 b vier flügelförmige Vorsprünge zwischen den entsprechenden Vertiefungen ergeben (siehe Fig. 2).

Da der Kern 16 nach außen durch das Belagpapier 12 abge­ deckt ist, werden die Strömungskanäle einerseits durch die Innenfläche des Belagpapiers 12 und andererseits durch die Vertiefungen 18 in der Außenfläche des Kerns 16 definiert.

Bei einem Mundstück 10 für eine Cigarette liegt die Länge des Mundstückes 10 üblicherweise im Bereich zwischen 20 und 30 mm; in Anpassung an den üblichen Durchmesser einer Cigarette hat das Mundstück 10 einen Durchmesser von 7,95 mm.

Bei der Länge des Kerns 16 müssen zwei Bereiche unter­ schieden werden, nämlich einmal der Bereich zwischen der Ventilationszone 14 und dem tabakstrangseitigen Ende des Kerns, an dem sich die Einlaßöffnung 20 befindet, und zum anderen der Bereich zwischen der Ventilations­ zone 14 und dem mundseitigen Ende des Kerns, in dem sich die Auslaßöffnung 17 des Mundstücks 10 befindet.

In Fig. 1 sind die entsprechenden Längen durch die zugehörigen Zugwiderstände der Abschnitte der Strömungs­ kanäle 18 angedeutet, nämlich den Zugwiderstand R 4 zwi­ schen dem tabakstrangseitigen Ende des Kerns 16 und der Ventilationszone 14 bzw. dem Zugwiderstand R 2 zwischen der Ventilationszone 14 und dem mundseitigen Ende des Kerns 16. Die tatsächlichen Werte der Zugwiderstände R 2, R 4 hängen noch von den räumlichen Abmessungen der Strömungskanäle ab.

Die Länge des Bereiches R 4 sollte mindestens 5 mm betragen, während die Länge des Bereiches R 2 im Bereich von 8 mm liegen sollte. (Nach DIN-Abrauchnorm festgelegte Einstecktiefe).

Abweichend von der dargestellten Ausführungsform kann das Mundstück 10 mit 3 bis 8 Kanälen versehen werden, wobei der Gesamtquerschnitt aller Strömungskanäle im Bereich von 1 bis 4 mm² liegen sollte und die Einzelquerschnitte der Strömungskanäle im Bereich von 0,2 mm² bis 0,8 mm² liegen sollten.

Die Dimensionierung der Strömungskanäle sollte so ausge­ legt werden, daß der Zugwiderstand, gemessen über alle Strömungskanäle, zwischen 30 und 200 mm WS liegt.

Die Einlaßöffnung 20 am verjüngten Ende des Kerns 16 sollte eine Fläche von 0,2 bis 0,5 mm², insbesondere von 0,3 bis 0,4 mm² haben.

Bei diesem Mundstück ergeben sich mehrere, getrennte Strö­ mungswege, nämlich einmal der zentrale Strömungsweg durch die Einlaßöffnung 20 und das Innere des Kerns 16 zur Aus­ laßöffnung und zum anderen der durch die äußeren Strö­ mungskanäle zwischen der Außenfläche des Kerns 16 und der Innenfläche des Belagpapiers 12. Auf diesen äußeren Strö­ mungswegen wird außerdem über die Ventilationszone 14 des Belag­ papiers 12 von außen Luft angesaugt, die den vom Tabakstrang kom­ menden Rauch verdünnt. Dieser verdünnte Rauch gelangt zu­ sammen mit dem reinen Rauch in den Mund des Rauchers, wobei die verschiedenen Anteile durch entsprechende Ausgestaltung der die Strömungen bestimmenden Parameter, nämlich die Querschnitte der äußeren Strömungskanäle, den Durchmesser der Einlaßöffnung, die Länge des Mundstückes und die Lage und Art der Ventilationszone 14 an die jeweils gewünschten Bedingungen angepaßt werden kann.

Fig. 4 zeigt die Kurvendarstellung der Rauchausbeute in mg, also der Ausbeute an nicotinfreiem-Trockenkondensat, aufge­ tragen über dem Zugvolumen in ml/s für ein Mundstück mit Standard-Acetatfilter einerseits und ein erfindungsgemäßes Mundstück andererseits, bei dem der Strömungswiderstand bzw. der Druckabfall R 4 für die Bereiche der Strömungska­ näle zwischen der Ventilationszone 14 und dem tabakstrang­ seitigen Ende 100 mm WS betrugt. Die Ventilationszone wurde durch mikroporöse Bereiche in dem Belagpapier 12 gebildet, wobei die einzelnen Poren einen Durchmesser von etwa 0,05 mm hatten. Mit jeweils gleichem Tabakstrang und bei einem Zugvolumen von 17,5 ml/s hatte die Cigarette mit Standard-Acetatfilter einen Filterventilationsgrad von 25%, einen Gesamtzugwiderstand von 90 mm WS und einen Quotien­ ten von CO/nicotinfreiem Trockenkondensat von 1. Mit dem erfindungsgemäßen Ventilationselement sind die entsprechen­ den Werte 60%, 120 mm WS und Verhältnis/nicotinfrei­ es Trockenkondensat 0,6.

Es läßt sich erkennen, daß mit dem erfindungsgemäßen Mund­ stück auch ohne Verwendung von Filtermaterial die nahezu gleiche Rauchausbeute wie bei einem Standard-Acetat­ filter realisiert werden kann. Dabei liegt für kleine Zug­ volumina die Rauchausbeute für das erfindungsgemäße Mund­ stück über der Rauchausbeute für den Standard-Acetat­ filter, während bei höheren Zugvolumina die Rauchausbeute beim erfindungsgemäßen Mundstück unter die des Standard- Acetatfilters absank. Allerdings verschiebt sich bei Ver­ wendung der erfindungsgemäßen Ventilationselemente das Verhältnis CO/Kondensat von 1 bei üblichen Standardfiltern zu 0,6.

Ein Zugwiderstand R 4 = 0 bedeutet, daß sich die Ventila­ tionszone 14 genau am Übergang der Strömungskanäle 18 vom konischen Einlaßbereich 16 b zum rohrförmigen Auslaß­ bereich 16 a befindet. Je größer der Zahlenwert für R 4 ist, beispielsweise ausgedrückt in 20 mm bzw. 100 mm WS, umsomehr wird die Ventilationszone 14 von dieser Über­ gangsstelle in Richtung auf das mundseitige Ende des Mundstückes 10 verschoben. In der Praxis wird der Zugwi­ derstand R 4 also durch die Lage der Ventilationszone 14 definiert.

Durch Änderung der verschiedenen Parameter, insbesondere des Zugwiderstandes R 4, des Ventilationsgrades, wie er durch die Art und Größe der Ventilation festgelegt wird, des Querschnittes der Strömungskanäle und des Querschnit­ tes der Einlaßöffnung 20, lassen sich sehr verschiedene Zugwiderstände realisieren, wie es in dieser Vielfalt bei herkömmlichen Filtern nicht möglich war. Dies wird bei praktisch gleicher Rauchausbeute erreicht, wie man aus Fig. 4 erkennt.

In der folgenden Tabelle sind Zugwiderstandsbereiche von Cigaretten bei einem Zugvolumen von 17,5 ml/s zusammenge­ stellt, die bei verschiedenen Ventilationsgraden V _F des Mundstückes erreicht werden können, indem die konstruktiven Parameter dieses Mundstückes, nämlich insbesondere die Form des Kerns 16, entsprechend angepaßt werden.

• V _F = 40% : 60 mm WS Σ Zugwiderstand Σ 140 mm WS
  V _F = 60% : 45 mm WS Σ Zugwiderstand Σ 120 mm WS
  V _F = 80% : 35 mm WS Σ Zugwiderstand Σ 110 mm WS

Dies muß im Vergleich mit einem Zugwiderstand von 25 bis 35 mm WS gesehen werden, wie er bei auf dem Markt erhält­ lichen 80% filterventilierten Cigaretten mit Strömungs­ kanälen auftritt.

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Ventilationselementes liefert eine nach DIN abgerauchte Cigarette eine Kondensat­ menge, die bei konstanten Tabakstrang-Daten nur durch den Ventilationsgrad bestimmt wird. Der Zugwiderstand ist (siehe obige Tabelle) für eine bestimmte Kondensatmenge in einem großen Bereich frei wählbar mit Hilfe der oben erwähnten Konstruktionsparameter.

Im Gegensatz dazu erzielt man bei Standardfilter-Lösungen eine gewünschte Kondensatmenge durch Ventilation und Fil­ tration. Bei einem bestimmten Ventilationsgrad ist dann der Zugwiderstand nicht mehr frei wählbar, da über die für die Veränderung des Zugwiderstandes notwendige Veränderung des Filtermaterials auch die Filtration verändert würde.

Claims (10)

1. Mundstück für einen rauchbaren Artikel

• a) mit einem rohrförmig angeordneten Belagmaterial,
• b) mit einer luftdurchlässigen Ventilationszone in dem Belagmaterial, und
• c) mit einem luftundurchlässigen, hohlen Kern, der aus
  • c 1) einem dem Raucher zugewandten, rohrförmigen Auslaß­ bereich und
  • c 2) einem dem Tabakstrang zugewandten, sich konisch verjüngenden Einlaßbereich mit einer Einlaßöffnung besteht,

gekennzeichnet durch durch die Kombina­ tion der folgenden Merkmale:

• d) Die Außenfläche des Kerns (16) ist mit drei bis acht kontinuierlichen, von der kleinen Einlaßöffnung (20) bis zu der Auslaßöffnung (17) verlaufenden, hohlen Strömungskanälen (18) versehen, die durch Eindrücken der entsprechenden Flächenbereiche eines rohrförmigen Rohlings ausgebildet sind;
• e) die Strömungskanäle (18) sind in dem sich konisch verjüngenden Einlaßbereich (16 b) des Kerns soweit eingedrückt, daß der verbleibende Rohrinnendurchmes­ ser dem gewünschten Durchmesser der Einlaßöffnung (20) entspricht; und
• f) die Strömungskanäle (18) haben im Auslaßbereich (16 a) die Form von flachen Vertiefungen.

2.Mundstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ven­ tilationszone (14) in Strömungsverbindung mit den Strömungskanälen (18) im Auslaßbereich (16 a) steht.

3. Mundstück nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Belagmaterial (12) eine streifenförmig in Umfangsrichtung verlaufende Ventilationszone (14) aufweist, und daß der Übergang zwi­ schen Einlaßbereich (16 b) und Auslaßbereich (16 a) etwa an der Stelle der Ventilationszone (14) liegt.

4. Mundstück nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Auslaßbereich (16 a) eine Länge von mindestens 8 mm hat.

5. Mundstück nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der sich konisch verjüngende Einlaßbereich (16 b) eine Länge von etwa 5 mm hat.

6. Mundstück nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (18) einen Gesamtquerschnitt von etwa 1 bis 4 mm² haben.

7. Mundstück nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (18) so dimensioniert sind, daß der Zugwider­ stand, über alle Strömungskanäle (18) gemessen, zwischen 30 und 200 mm WS erreicht.

8. Mundstück nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (20) eine Fläche von 0,2 bis0,5 mm², insbeson­ dere 0,3 bis 0,4 mm², hat.

9. Mundstück nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (16) aus Polypropylen oder Polyethylen besteht.