DE3540622A1

DE3540622A1 - Tabakrauch-filter

Info

Publication number: DE3540622A1
Application number: DE19853540622
Authority: DE
Inventors: Martin Graham Duke; Henry George Totton Hampshire Horsewell; James William Percy Southampton Hampshire Phelpstead
Original assignee: British American Tobacco Co Ltd
Current assignee: British American Tobacco Investments Ltd
Priority date: 1984-11-17
Filing date: 1985-11-15
Publication date: 1986-05-22
Also published as: US4660579A; GB2166937A; GB8429104D0; GB8527458D0; GB2166937B; CA1235037A

Description

SCHWABE SANDMAIR · MARX

PATENTANWALT·: STUNTZSTRASSE 16 ■ 8000 MÜNCHEN 80 3540622

Anwaltsakte 34 677

British-American Tobacco Coapany Liaited Uestainster House,

7 Ni11bank, London, SHIP 3JE

EHGLAND

Tabakrauch-Filter

Die Erfindung betrifft einen Tabakrauch-Filter für einen rauchbaren Artikel, bspw. eine Cigarette.

Wenn eine herkömmliche, mit einem Filter versehene Cigarette geraucht wird, nimmt die Abgabe an teilchenförmigen! Material und Nikotin im Haupt-Rauchstrom mit jedem Zug zu. Beim letzten Zug können das Zwei- oder das Dreifache dieser Rauchbestandteile als bei den Anfangs-Zügen abgegeben werden. Aus diesem Grunde sind verschiedene Vorschläge für Filter gemacht worden, bei deren Benutzung die Abgabe an Rauchkomponenten während des Abrauchens einer Cigarette weniger krass zunimmt. So werden bspw. in der GB-PS 1 428 018 Filter mit By-Pass-Kanälen beschrieben. Bei der Benutzung eines solchen Filters strömt der Rauch bei den ersten Zügen längs des By-Pass-Kanals und gelangt am stromabwärts liegen-

X/fe - 2 -

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-«freie n Ende des Kanals über eine Öffnung, die in der sonst rauchundurchlässigen Wand des Kanals ausgebildet ist, in einen Filtermaterial-Körper. Im Verlaufe des Rauchens wird die Öffnung durch die Ansammlung des teilchenförmigen Materials des Rauchers blockiert. Schließlich kann der Rauch die Öffnung nicht länger passieren, sondern durchströmt statt dessen die Gesamtlänge des Filtermaterial-Körpers. Bei den letzten Zügen wird also der Rauch einer stärkeren Filterwirkung unterworfen als bei den ersten Zügen.

Die Erzielung eines gewünschten Abgabe-Profils hängt jedoch von der exakten Dimensionierung der Öffnung ab. Bei den extrem hohen Geschwindigkeiten, mit denen Filter heute gefertigt werden müssen, ist die über längere Zeiträume gleichmäßige und exakte Ausbildung einer kleinen Öffnung, wie sie für die Filter nach der GB-PS 1 428 018 notwendig ist, nur mit extrem großem Aufwand zu erreichen.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Tabakrauch-Filter zu schaffen, bei dem die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten; insbesondere soll ein Filter vorgeschlagen werden, der die oben erwähnten Anforderungen bezüglich der allmählichen Zunahme der Filterwirkung für den Rauch erfüllt, einen einfachen Aufbau hat und problemlos mit den hohen Fertigungsgeschwindigkeiten hergestellt werden kann, die heutzutage für die laufende Filterherstellung benötigt werden.

Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.

Zweckmäßige Ausgestaltungen werden durch die Merkmale der Unteransprüche definiert.

Die vorliegende Erfindung schlägt also einen Tabakrauch-Filter mit einem Körper aus Rauchfilter-Material, dessen stromabwärts liegendes Ende offen für den durchfließenden Rauchstrom ist, und mit einer Rauchstrom-Durchgangsanordnung vor, deren Rauchstrom-Impedanz kleiner als die des Körpers ist, wobei das stromabwärts liegende Ende der Durchgangsanordnung für den Rauchstrom wenigstens in der Hauptsache verschlossen ist, und wobei die Durchgangs anordnung in Rauchstrom-Verbindung mit dem Körper steht, und zwar wenigstens in einem Bereich der Durchgangsanordnung, der sich von ihrem stromabwärts liegaxten Ende aus erstreckt.

Der Körper aus dem Rauchfilter-Material kann als zylindrisches Filterelement ausgebildet sein. Ein solches zylindrisches Filterelement wird an einer bevorzugten Ausführungsform von einer durchlässigen Filterumhüllung ("plugwrap") umgeben.

Wenn der Körper aus dem Rauchfilter-Material als zylindrisches Filterelement ausgebildet ist, kann die Durchgangsanordnung für den Rauchstrom als Leitung mit kreisförmigen Querschnitt oder als mindestens eine Nut ausgestaltet sein; die Leitung oder die Nut(en) wird durch die Umfangsoberf 1 äche des Elementes sowie durch die Wand begrenzt, die sich im Abstand radial nach außen zu dem Element befindet.

Die Wand kann so ausgebildet werden, daß sie durch die Ventilationsluft passiert werden kann.

Statt am Umfang eines zylindrischen Filterelemente, welches als Körper aus dem Rauchfilter-Material dient, angeordnet zu werden, kann sich die Rauchstrom-Durchgangsanordnung auch innerhalb und längs zu einem solchen Element erstrecken. In diesem Fall ist die Umfangsoberf1äche des Elementes zweckmäßigerweise im wesent-

lichen undurchlässig für den Rauch; wenn also der Rauch radial nach außen von der Rauch-Durchgangsanordnung in das Filtermaterial des Elementes gelangt, wird er dadurch so begrenzt und geleitet, daß er dort entlang zum stromabwärts liegenden Ende des Elementes strömt. Auch hier kann jedoch vorgesehen werden, daß die Ventilationsluft die Umfangsoberflache des Elementes passiert.

Die Rauchstrom-Durchgangsanordnung kann ein Filtermaterial mit geringem Druckabfall enthalten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

einen axialen Schnitt durch einen Cigarettenfilter, eine Stirnansicht des Filters nach Fig. 1, in Richtung des Pfeils gesehen,

axiale Schnitte durch weitere Ausführungsformen eines Cigarettenfilters,

Endansichten, in Richtung der Pfeile gesehen, der Filter nach den Figuren 3 bzw. 5,

einen axialen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Cigarettenfilters, und einen axialen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Cigarettenfilters.

Der Cigarettenfilter nach den Figuren 1 und 2 weist ein rohrförmiges Gehäuse 1 auf, das mit radial nach innen verlaufenden, vorstehenden Rippen 2 versehen ist, die sich über die gesamte Länge des Gehäuses 1 erstrecken. Das Gehäuse 1 kann bspw. aus einem

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starren Kunststoff-Material hergestellt werden. Das Material des Gehäuses 1 muß undurchlässig für den Rauch sein.

In dem Gehäuse 1 ist ein zylindrisches Element 3 aus Tabakrauch-Filtermaterial, bpsw. Faser bzw. fadenförmiges Celluloseacetat oder Polypropylen, umgeben von einer porösen Filterumhüllung 4, insbesondere aus Papier, angeordnet; das zylindrische Element 3 erstreckt sich in der gleichen Richtung und parallel zum Gehäuse 1 .

Wie man aus den Figuren 1 und 2 erkennt, hat das Element 3 einen kleineren Durchmesser als das Gehäuse 1. Das Element 3 wird in seiner Lage koaxial zum Gehäuse 1 durch die Rippen 2 des Gehäuses 1 gehalten.

Dadurch wird eine bestimmte Zahl, bei der Ausführungsform nach Figur 2 acht, Leitungen 5 gebildet, von denen jede durch die Umfangsoberf1äche des Elementes 3, das Gehäuse 1 und die beiden benachbarten Rippen 2 begrenzt wird. Die Leitungen 5 dienen als Rauchstrom-Durchgangsanordnung.

Wie man in Figur 1 erkennt, ist am mundseitigen Ende des Filters, gemäß der Darstellung in der Figur, also am rechten Ende, die Wand des Gehäuses 1 nach innen gebogen; dieser nach innen gebogene Bereich, der durch das Bezugszeichen 6 in Figur 1 angedeutet ist, erstreckt sich in Kontakt mit dem Element 3. Auf diese Weise wird das mundseiti ge Ende jeder Leitung 5 verschlossen.

Beim Rauchen einer mit dem Filter nach den Figuren 1 und 2 versehenen Cigarette tritt zunächst ein größerer Teil des Tabakrauchs in den Filter ein und strömt längs der Leitungen 5 zu seinem geschlossenen, mundseitigen Ende. Der Rauch fließt dann auf einem

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sehr kurzen Weg in das Element 3 und wird am mundseitigen Ende des Elementes 3 unmittelbar radial innerhalb des nach innen gebogenen Bereiches 6 des Gehäuses 1 nach außen abgegeben. Weil die Weglänge des Rauches durch das Element 3 kurz ist, wird am Beginn der Rauch nur einer sehr geringen Filterwirkung durch das Filtermaterial des Elementes 3 unterworfen. Beim fortdauernden Abrauchen wird jedoch eine Zone des Umfangsbereiches des Elementes 3 in der unmittelbaren Nähe des nach innen gebogenen Bereiches 6 des Gehäuses 1 durch das dort abgelagerte, teilchenförmige Material des Rauches blockiert. Der Rauch strömt nun von der Leitung 5 am stromaufwärts liegenden Ende der blockierten Zone in das Element 3, so daß sich die Bahn des Rauches durch das Element 3 verlängert und damit die Filterwirkung erhöht, der der Rauch unterworfen wird. Bei jedem Zug nimmt die Breite der blockierten Zone am Umfang des Elementes 3 durch die Ablagerung weiteren teilchenförmigen Materials zu. Damit erhöht sich während des gesamten Rauchens der Cigarette allmählich die Länge der Bahn, die der Rauch in dem Element 3 zurücklegt, und damit die Filterwirkung, der der Rauch unterworfen wird. Auf diesem Wege wird die stark zunehmende Abgabe von Rauch-Komponenten vermieden, wie sie bei Cigaretten mit herkömmlichen Filtern auftritt.

Auch die Filter nach den Figuren 2 bis 8 liefern eine ähnliche, progressive Erhöhung des Filterwirkungsgrades, wie aus der nun folgenden Beschreibung ersichtlich wird.

Der Cigarettenfilter nach den Figuren 3 und 4 weist ein im allgemeinen zylindrisches, selbstragendes Element 7 aus einem Tabakrauch-Filtermaterial auf. Eine Nut 8 erstreckt sich an einer Stelle, die nahe bei seinem mundseitigen Ende liegt, um das Element 7. Die Nut 8 kann bpsw. durch ein Wärmeformverfahren ausgebildet werden, wenn das Filtermaterial des Elementes 7 thermoplastischen

Charakter hat, wie es im allgemeinen der Fall ist. Die Oberfläche der Nut 8 ist undurchlässig, oder im wesentlichen undurchlässig, für den Rauch, d.h., der Rauch kann die Oberfläche der Nut 8 nicht passieren. Die Oberfläche der Nut 8 kann als Ergebnis des erwähnten Wärmeformverfahrens bei der Herstellung oder durch Aufbringung eines geeigneten Dichtungsmaterials, bpsw. eines hot melt-Materials, insbesondere Polyethylen, rauchundurchlässig gemacht werden.

Von dem stromaufwärtsliegenden Ende des Elementes 7 erstrecken sich mehrere, in Figur 4 sind vier dargestellt,

Umfangsnuten 9, die als Rauchstrom-Durchgangsanordnung dienen, in die Nut 8; die Nuten 9 öffnen sich zur Nut 8 hin, wie man aus Figur 3 erkennt. Die Oberflächen der Nuten 9 sind rauchdurchlässig.

Das Filterelement 7 kann auf übliche Weise an einer Cigarette befestigt werden, indem das Element 7 an dem Tabakstrang der Cigarette mittels eines Belagpapiers befestigt ist, welches das Element 7 auf seiner gesamten Länge umgibt.

Wird eine solche Cigarette geraucht, so nimmt die Filterwirkung, der der Rauch unterworfen wird, allmählich entsprechend dem Mechanismus zu, wie er oben in Verbindung mit dem Filter nach den Figuren 1 und 2 beschrieben wurde. Der Rauch strömt bevorzugt längs der Nuten 9; der die ringförmige Nut 8 von den Nuten 9 erreichende Rauch kann jedoch von dort nicht, oder zumindest nicht leicht in das Innere des Elementes 7 gelangen, weil die Oberfläche des Rauches 8 zumindest im wesentlichen rauchundurchlässig ist. Der Rauch kann also durch die rauchdurchlässigen Oberflächen der Nuten 9 in das Element 7 strömen.

Zu Beginn gelangt der Rauch in Strömungsrichtung gesehen unmittel-

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bar vor der Nut 8 von den Nuten 9 in das Element 7. Werden jedoch die Oberflächen der Nuten 9 durch die teilchenförmigen Materialien des Rauches blockiert, und erstrecken sich diese Blockierzonen allmählich von den stromabwärts liegenden Enden der Nuten 9, so erhalten die Stellen, an denen der Rauch in das Element 7 eindringt, einen zunehmend größer werdenden Abstand von den stromabwärts liegenden Enden der Nuten 9, d.h., der Weg der Rauchströmung zum mundseitigen Ende des Elementes 7 wird länger.

Der Cigarettenfilter nach den Figuren 5 und 6 hat einen ähnlichen Aufbau wie der gerade beschriebene Filter; der wesentliche Unterschied liegt darin, daß die Rauchstrom-Durchgangsanordnung nicht durch mehrere Umfangsnuten, sondern als einzelne Leitungen mit ringförmigem Querschnitt gebildet wird, wie nun beschrieben werden soll. Der Filter nach den Figuren 5 und 6 weist ein im allgemeinen zylindrisches, selbsttragendes Element 10 auf, dessen erster Bereich 11 den vollen Durchmesser hat und sich von dem mundseitigen Ende des Elementes 10 über einen kleinen Teil der Gesamtlänge des Elementes 10 erstreckt. Ein zweiter Bereich 12 des Elementes 10 hat einen verringerten Durchmesser und erstreckt sich über die verbleibende Länge des Elementes 10. Eine abgerundete Schulter 13 am Übergang zwischen den Bereichen 11 und 12 ist wenigstens im wesentlichen rauchundurchlässig; dies kann bspw. durch Aufbringung eines Dichtungsmaterials an dieser Stelle erreicht werden.

Das Filterelement 10 kann in eine Cigarette eingesetzt werden, indem das Element 10 an dem Tabakstrang der Cigarette befestigt wird; dieser Strang hat im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie der Bereich 11 des Elementes 10; die Befestigung kann mittels eines Belagmaterials aus steifem Papier oder einem papierähnlichen Material erfolgen. Das Belagmaterial bzw. die Belagumhüllung um-

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gibt das Element 10 über seine gesamte Länge. Die oben erwähnte Leitung mit kreisförmigem Querschnitt wird also durch die Umfangsoberf lache des Bereiches 12 des Elementes 10 sowie durch das Belagmaterial gebildet.

Beim Abrauchen der Cigarette wird der Tabakrauch, der bevorzugt durch die Leitung strömt, daran gehindert, in großen Umfang durch die Schulter 13 zu fließen, und zwar dadurch, daß die Schulter wenigstens im wesentlichen rauchundurchlässig gemacht worden ist, wie oben erwähnt wurde. Das heißt also, daß zu Beginn der Rauch von der Leitung einer Stelle, die in Strömungsrichtung gesehen unmittelbar vor der Schulter 13 liegt, in das Element 10 eintritt. Wird die Umfangsoberflache des Bereiches 12 des Elementes 10 fortschreitend immer stärker blockiert, so vergrößert sich die Weglänge der Rauchströmung in dem Element 10 von der Leitung zum mundseitigen Ende des Elementes 10.

Als Alternative zum Einbau des Elementes 10 in eine Cigarette mittels eines steifen Belagmaterials, das zusammen mit dem Bereich 12 die ringförmige Leitung definiert, kann das Element 10 zunächst in ein starres Gehäuse eingesetzt werden, daß dem Gehäuse 1 von den Figuren 1 und 2 ähnelt. Die ringförmige Leitung wird dann durch die Wand des Gehäuses begrenzt.

Der Cigarettenfilter nach Figur 7 ähnelt dem Filter nach den Figuren 1 und 2 und weist ein starres, rohrförmiges Gehäuse 14 auf, in dem ein zylindrisches Filterelement 14 angeordnet ist. Das Element 15 hat einen kleineren Durchmesser als das Gehäuse 14 und weist einen ersten, stromaufwärts liegenden Bereich 16, einen Zwischenbereich 17 einen stromabwärts liegenden Bereich 18 auf. Das Gehäuse 1 kann mit Rippen die den Rippen 2 nach Figur 2 ähneln, versehen werden, um das Element 2 in seiner Lage koaxial zum Gehäuse 14

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zu halten. Am mundseitigen Ende des Gehäuses 14 ist seine Wand nach innen gebogen; der durch das Bezugszeichen 19 angedeutete, nach innen gebogene Bereich erstreckt sich in Kontakt mit dem Bereich 18 des Elementes 15.

Die Bereiche 16 und 17 haben jeweils einen vergleichsweise hohen Druckabfall, während der Bereich 18 einen vergleichsweise geringen Druckabfall hat. Die Bereiche 16 und 18 sind von einer rauchdurchlässigen Filterumhüllung umgeben, die durch die Bezugszeichen 21 bzw. 22 angedeutet ist, während sich der Bereich 17 in einer rauchundurchlässigen Filterumhüllung 23 befindet.

Beim Abrauchen einer Cigarette mit dem Filter nach Figur 7 strömt zu Beginn des Rauchens ein größerer Teil des Rauches in den und längs des Raumes zwischen dem Gehäuse 14 und dem Element 15, bevor der Rauch in den Bereich 18 des Elementes 15 eintritt. Wenn die Filterumhlillung 23 durch die teilchenförmigen Rauchbestandteile fortschreitend blockiert wird, strömt ein zunehmender Teil des Rauches durch die Filterumhüllung 21 und dann durch die Bereiche 16 bis 18 des Elementes 15. Damit wird mit fortschreitendem Rauchen der Rauch einer zunehmenden größer werdenden Filterwirkung unterworfen.

Der Cigarettenfilter nach Figur 8 weist ein zylindrisches Element 20 aus Tabakrauch-Filtermaterial und an der Umfangsoberf1äche des Elementes 20 eine rauchundurchlässige Schicht 21 auf. Die Schicht 21 kann eine Umhüllung aus einem bahnförmigem Material oder ein Gehäuse aus einem Kunststoffmaterial sein. Durch das Element 20 erstreckt sich eine Bohrung 22, die als Rauchströmungs-Durchgangsanordnung dient. Das stromaufwärts1iegende Ende der Bohrung 22 ist offen, während die Bohrung 22 am mundseitigen Ende des Elementes 20 durch ein Sperrelement 23 verschlossen ist, das

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wenigstens im wesentlichen undurchlässig für den Rauch ist.

Beim Abrauchen einer Cigarette mit dem Filter nach Figur 8 strömt ein größerer Teil des Rauches in die und längs der Bohrung 22. Am mundseitigen Ende der Bohrung 22 tritt der Rauch in den Körper des Elementes 20 ein und verläßt dann das Element 20 an seiner mundseitigen Stirnfläche. Beim fortschreitenden Rauchen wird die Wand der Bohrung 22 in einer Zone blockiert, die sich progressiv weiter von dem Sperrelement 23 weg erstreckt, so daß die Weglänge der Rauchströmung in dem Element 20 zunimmt. Bei dieser Erhöhung der Weglänge ergibt sich selbsttätig eine Erhöhung der Filterwirkung, der der Rauch unterworfen wird.

Zu dem Filter nach Figur 8 wird noch darauf hingewiesen, daß der Umfang der Bohrung 22 wesentlich kleiner als der des Elementes 3 des Filters nach den Figuren 1 und 2 ist. Damit wird für gleiche Mengen an teilchenförmigen» Material, die pro Zeiteinheit abgelagert werden, und gleiche Blockier- bzw. Sperrflächen die Dimension bzw. Abmessung der blockierten Zone in axialer Richtung des Filters nach Figur 8 größer als die entsprechende Abmessung des Filters nach den Figuren 1 und 2. Dies bedeutet, daß bei dem Filter nach Figur 8 die Filterwirkung stärker zunimmt als dies bei dem Filter nach den Figuren 1 und 2 der Fall ist.

Claims

SCHWABE · SANDMAIR · MARX /' PATENTANWÄLTE r STUNTZSTRASSE16 · 8000 MÜNCHEN 80 3540622 *■ Anwaltsakte 34 677 X British-American Tobacco Company Linited Westminster House, 7 MiΠbank, London SUIP 3JE ENGLAND Tabakrauch-Filter |>_ Patentansprüche

1. Tabakrauch-Filter

a) mit einem Körper aus Rauch-Filtermaterial,

b) mit einem den Körper aus Rauch-Filtermaterial einschließenden, im wesentlichen rauchundurchlässigen Gehäuse,

c) wobei das stromabwärts liegende Ende des Körpers offen für den durchströmenden Rauch ist, und

d) mit einer Rauchstrom-Durchgangsanordnung mit einer Rauchstrom-Impedanz, die kleiner als die des Körpers ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

e) die Durchgangsanordnung (5, 9, 22) in dem Gehäuse ist, daß

f) das stromabwärts liegende Ende der Durchgangsanordnung (5, 9, 22) wenigstens im wesentlichen für den Rauchstrom verschlossen

ist, und daß _€

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j» (089) 988272-74 Telekopierer: (089) 983049 Bankkonten: Bayer. Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270)

felex: 53§g 560. Swan d KaIIe Infotec 6350 Gr. Il + III Hypo-Bank München 4410122850 (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM

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g) die Durchgangsanordnung (5, 9, 22) in Rauchstrom-Verbindung mit dem Körper (3; 7; 10; 16, 18; 20) wenigstens in einem Bereich der Durchgangsanordnung (5, 9, 22) steht, der sich von dem vorwärts liegende Ende aus erstreckt,

h) wodurch beim Abrauchen eines rauchbaren Artikels mit diesem Filter der im wesentlichen ungefilterte Rauch längs des Rauchstrom-Durchganges (5, 9, 22) zu dem geschlossenen, mundseitigen Ende strömt und radial in den Körper (3;, 7; 10; 16, 18; 20) aus dem Rauchfiltermaterial eindringen kann.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (3; 7; 10; 16, 18; 20) aus dem Rauchfiltermaterial im wesentlichen Zylinderform hat.

3. Filter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchstrom-Durchgangsanordnung (5, 9 ) durch die Umfangsoberflache des Körpers (3; 7; 10; 16, 18,

und durch das im wesentlichen rauchundurchlässige Gehäuse (1, 14) begrenzt ist.

4. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsoberf lache des Körpers (3; 7; 10; 16,18) von einer porösen Filterumhüllung umgeben ist.

5. Filter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rauchstrom-Durchgangsanordnung (22) in den Körper (20) erstreckt.

6. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsanordnung in Rauchstromverbindung mit dem Körper (16, 18) in einem zweiten Bereich steht, der in Längsrichtung des Körpers im Abstand von dem ersten erwähnten Bereich ange-

ordnet ist, während zwischen dem ersten erwähnten Bereich und dem zweiten Bereich die Durchgangsanordnung nicht, oder im wesentlichen nicht, in Rauchstromverbindung mit dem Körper (16, 18) steht.

7. Cigarette, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6 versehen ist.