DE69720508T2

DE69720508T2 - Vorrichtung zur kontrolle der seitenströmung und der freien brenngeschwindigkeit einer zigarette

Info

Publication number: DE69720508T2
Application number: DE69720508T
Authority: DE
Inventors: M. Stanislav SNAIDR; Larry Bowen; A. Warren BRACKMANN
Original assignee: Rothmans Benson and Hedges Inc
Current assignee: Rothmans Benson and Hedges Inc
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1997-10-15
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2017-10-16
Also published as: ID21516A; NO991739L; DE69720508D1; US7624739B2; AU724365B2; ATE235840T1; HK1022816A1; PT944337E; KR20000049168A; JP2005185287A; CN1233158A; CN1130133C; US20060060210A1; US20020074010A1; EP0944337A1; CA2226685C; DK0944337T3; KR100317424B1; TW362958B; ES2200198T3

Description

Bereich der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung, die in Kombination mit einer Zigarette oder einem anderen Tabakprodukt zu benutzen ist, um die Rauchseitenströmung zu steuern und die Anzahl der Züge zu erhöhen, die für den Raucher aus einer vorgegebenen Tabakmenge verfügbar sind. Die Vorrichtung erlaubt es beispielsweise, nur soviel Tabak wie nötig zu verwenden, um in einer viel dünneren Zigarette eines kleineren Durchmessers eine erhöhte Ausbringung der Rauchhauptströmung aus dem brennenden Tabak zu liefern sowie einen üblichen Geschmack, während die Rauchseitenströmung signifikant verringert wird. Anders als eine herkömmliche Zigarette, die einen erheblichen Tabakverlust mit sich bringt, da die dickere Zigarette brennt, um Rauchseitenströmung zu erzeugen, wandelt die Benutzung der dünneren Zigarette mit dieser Vorrichtung das in Rauchhauptströmung um, was normalerweise als Rauchseitenströmung vergeudeter Tabak wäre.
Einfach gesagt, enthält die Vorrichtung ein Röhrchen mit einer vorbestimmten Porosität, in das ein Tabakprodukt wie eine Zigarette eingesetzt wird. Bevorzugt gibt es einen Zwischenraum zwischen der Außenseite der Zigarette und der Innenseite des Röhrchens. Die Porosität des Röhrchens ist sorgfältig ausgewählt, um eine Verringerung der Rauchseitenströmung und eine Verringerung der freien Brenngeschwindigkeit zwischen den Zügen zu erreichen. Eine sehr dünne Zigarette kann eingesetzt werden und mit derselben Anzahl von Zügen wie eine herkömmliche Zigarette geraucht werden, mit einer daraus resultierenden Einsparung an Tabak und anderen Zigarettenmaterialien und einer signifikanten Verringerung der Rauchseitenströmung. Das Röhrchen kann ein katalytisches Material enthalten, um die Rauchseitenströmungsbestandteile zu behandeln.
Die Vorrichtung wird in größeren Einzelheiten diskutiert und kann auf mehrere verschiedene Arten verwendet werden, beispielsweise kann anstelle einer Zigarette eine Tabakeinlage, die nicht separat geraucht werden kann, eingesetrt und durch Steue rung der Löcher und Porosität des Röhrchens geraucht werden. Es ist offensichtlich, daß mit dieser Erfindung alle herkömmlichen Qualitätsanforderungen zur Herstellung einer Zigarette wie Festigkeit und Herausfallen nicht länger Vorrang haben.
Während die Vorrichtung zur Benutrung mit einer herkömmlichen Zigarette bemessen sein könnte, liegt ein Vorteil darin, daß eine dünne Zigarette eingesetzt und mit denselben Raucheigenschaften geraucht werden kann, wie wenn sie eine Zigarette herkömmlicher Größe wäre.
Hintergrund der Erfindung
Beim Rauchen auf herkömmliche Weise gibt es nach allgemeinem Verständnis drei Arten von Zigarettenrauch, Hauptströmungsrauch, exhalierter Rauch und Seitenströmungsrauch. Es hat ein signifikantes Interesse daran gegeben, die Menge des Seitenströmungsrauchs zu reduzieren, die von einer brennenden Zigarette oder Zigarre abgegeben wird, denn dieser bildet die Mehrheit des Rauchs, der während des Rauchprozesses abgegeben wird. Es sind Versuche unternommen worden, um den Seitenströmungsrauch durch eine oder mehrere der folgenden Techniken zu kontrollieren:

1) Änderung der Tabakzusammensetrung und Packungseigenschaften des Tabakstabes oder Einlage in der Zigarette oder Zigarre;
2) Ändern der Umhüllung der Zigarette oder Zigarre;
3) Ändern des Durchmessers der Zigarette sowie ihrer Tabakzusammensetzung; und/oder
4) Bereitstellen einer Vorrichtung an der Zigarette oder Zigarre, um die Seitenströmungsrauchemissionen einzufangen und/oder zu steuern.

Verschiedene Zigarettentabak- und Zigarettenpapierabstimmungen sind vorgeschlagen worden, die auf die eine oder andere Weise die freie Brenngeschwindigkeit der Zigarette oder Zigarre im Hinblick auf eine Verringerung des Seitenströmungsrauchs beeinflussen und/oder ein Auslöschen der abgelegten Zigarette oder Zigarre erreichen, wenn diese über eine ausgedehnte Zeitspanne unbenützt bleibt. Solche Anordnungen schließen eine geschickte Auswahl von Tabakmischungen, Dichte und Mehrfachschichten des Zigarettentabaks in der Tabakeinlage ein. Solche ausgewählten Anordnungen können die freie Brenngeschwindigkeit der Zigarette deutlich verringern und damit die Anzahl der Züge erhöhen, die pro Einheit Länge der Zigarette erhalten wird. Entweder in Kombination mit Tabakauswahl und/oder Konstruktion oder unabhängig von der Tabakaufmachung können verschiedene Zigarettenpapierzusammensetzungen ebenfalls die freie Brenngeschwindigkeit der Zigarette beeinflussen. Solche Papierzusammensetzungen schließen die Verwendung von Chemikalien ein, um die freie Brenngeschwindigkeit zu verlangsamen, mehrfache Umhüllungen der verschiedenen Arten von Zigarettenpapier von denselben oder unterschiedlichen Eigenschaften und die Verringerung der Luftdurchlässigkeit. Siehe beispielsweise das kanadische Patent 1,259,008 und die US-Patente 4,878,507 und 4,915,117.
Verschiedene Vorrichtungen sind bereitgestellt worden, die die Zigarette aufnehmen, hauptsächlich zu Zwecken der Verhinderung von zufälligen Feuern. Sie können gleichzeitig verschiedene Arten von Filtern haben oder nicht, um die Menge des Seitenströmungsrauchs zu filtern und hierdurch zu verringern. Beispiele solcher Vorrichtungen sind in den US-Patenten 1,211,071; 3,827,444 und 4,685,477 gezeigt.
Außerdem sind verschiedene Arten von Zigarettenhaltern verfügbar gemacht worden, die dem hauptsächlichen Zweck dienen, ein Vertärben der Finger des Rauchers zu minimieren. Solche Vorrichtungen können mit der Zigarettenspitze verbunden werden und/oder an der Zigarette befestigt sein, wie in dem US-Patent 1,862,769 gezeigt ist. Andere Arten von Zigaretten, die in Hüllen eingeschlossen sind, die auf die eine oder andere Weise perforiert sind, um Sicherheitsmerkmale zu erfüllen und/oder Seitenströmungsrauch zu kontrollieren, sind in dem kanadischen Patent 835,684 und den US-Patenten 3,220,418 und 5,271,419 beschrieben.
Vorrichtungen, die an der Zigarette befestigbar sind und die entlang der Zigarette verschoben werden können, um die Verbrennung zu steuern und damit die freie Brenngeschwindigkeit, sind beschrieben in dem U.K.-Patent 928,089; US-Patent 4,638,819 und der internationalen Patentanmeldung WO 96/22031. Das UK-Patent beschreibt eine Verbrennungssteuerungseinrichtung für Zigaretten durch Begrenzen der Luftströmung zu dem brennenden Teil der Zigarette. Durch Verzögerung der Verbrennung der Zigarette wird vorgeschlagen, daß nur die Hälfte der herkömmlichen Menge an Tabak in die Zigarette eingesetzt wird, was zu einer kürzeren Zigarette führt. Die Luftströmungsbegrenzungsvorrichtung kann durch ein Feld von Öffnungen in der Vorrichtung mit variablen Öffnungen vorgesehen sein oder durch umgebogene Abschnitte in der Vorrichtung, die längsgerichtete Öffnungen entlang eines Teils der Zigarette bilden. US-Patent 4,635,819 beschreibt einen Ring, der auf der Zigarette angeordnet ist und während des Rauchvorgangs daran entlanggleitet, um die freie Brenngeschwindigkeit der Zigarette zu steuern und den Seitenströmungsrauch zu reduzieren. Der Ring besteht aus festem Material, vorzugsweise Metall, der eine beträchtliche Färbung verursacht, und wegen variabler Zigarettendurchmesser nicht in der Lage ist, zuverlässig den gewünschten Grad der Seitenströmungsrauchreduktion und Auslöschzeiten zu erreichen.
Ein alternatives Ringsystem ist in der veröffentlichten PCT-Anmeldung WO96/22031 des Anmelders beschrieben. Die Vorrichtung ist mit einem inneren Ring versehen, der einen Umfang einer herkömmlichen Zigarette umgibt und berührt, wobei der innere Ring aus porösem Material besteht. Der äußere Ring schließt den inneren Ring ein, um einen Luftstrom in Längsrichtung des porösen inneren Rings zu richten. Die gekrümmten Bahnen in dem Material des inneren Rings steuern die Geschwindigkeit der Luftdiffusion zu der abgelegten Zigarettenasche und steuern damit die freie Brenngeschwindigkeit der Zigarette. Das poröse Material verbessert die Steuerung des Seitenströmungsrauchs, der von der abgelegten Zigarette emittiert wird. Die Vorrichtung kann sich bevorzugt bis zu der halben Länge der Zigarette erstrecken, wo Luft entlang des inneren porösen Rings zu der brennenden Kohle strömen müßte.
Andere Systeme, die zur Steuerung des Seitenströmungsrauchs geschaffen wurden, sind in der veröffentlichten PCT-Anmeldung WO 95/34226 und den US-Patenten 5,592,955 erteilt 14. Januar 1997, und US-Patent 5,105,838, erteilt 21. April 1992, beschrieben. Diese Druckschriften beschreiben verschiedene röhrchenförmige Anordnungen, in denen ein Tabakelement in einem Versuch angeordnet ist, die Seitenströmungsemission einer Zigarette zu minimieren.
Obwohl diese Lösungen verschiedene Erfolgsgrade haben bei der Steuerung der Seitenströmungsrauchemissionen, gibt es bei einigen der Vorrichtungen Probleme hinsichtlich des üblichen Geschmacks, der Leichtigkeit der Benutrung, der Leichtigkeit der Herstellung, der Erscheinung und hinsichtlich signifikanter Verringerungen der verwendeten Tabakmenge. Die verschiedenen Ausführungsformen dieser Erfindung sehen eine Vorrichtung vor, die eine Anzahl der obigen Probleme durch Steuerung sowohl des Seitenströmungsrauchs als auch der freien Brenngeschwindigkeit löst, während Geschmack und Bestandteilabgabe vergleichbar mit herkömmlichen Zigaretten sind. Die Vorrichtung dieser Erfindung erlaubt das Rauchen einer dünneren Zigarette, die nur soviel Tabak wie nötig hat, um den gewünschten Geschmack zu liefern, während eine herkömmliche Anzahl von Zügen erreicht wird.
Um die Beschreibung der Erfindung zu vereinfachen, soll der Begriff Tabakeinlage verwendet werden in Bezug auf eine Zigarette, Zigarre, Zigarillo, Tabakstab in einem porösen Sieb, Tabakstopfen oder umwickelter Tabak oder dergleichen. Es versteht sich außerdem, daß bei Benutrung des Begriffs Zigarette dieser austauschbar mit Zigarren, Zigarillos und dergleichen ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält eine Vorrichtung zum Minimieren des Zigarettenseitenstromrauchs und zum Reduzieren der freien Brennge-schwindigkeit einer brennenden Zigarette:

i) ein nicht-brennbares, poröses röhrchenförmiges Element, das eine wirksame Länge einer Tabakeinlage einer Zigarette umschließt, die in dem röhrchenförmigen Element angeordnet ist, wobei das röhrchenförmige Element ein offenes Ende nahe dem vorderen Ende der Zigarette hat, um das Anzünden des vorderen Endes der Zigarette und den Eintritt von Luft zu ermöglichen und
ii) wobei das röhrchenförmige Element Mittel sowohl zum Minimieren der Seitenströmungsrauchemission von einer brennenden Tabakeinlage als auch zum Reduzieren der freien Brenngeschwindigkeit der brennenden Tabakeinlage aufweist, um die Anzahl der Züge aus der brennenden Tabakeinlage zu erhöhen, wobei die Mittel zum Minimieren des Seitenströmungsrauchs und zum Reduzieren der freien Brenngeschwindigkeit eine vorbestimmte Porosität für das röhrchenförmige Elemente wenigstens entlang seiner Länge aufweist, die die wirksame Länge der Tabakeinlage umschließt, wobei die vorbestimmte Porosität für das röhrchenförmige Element:
a) wenigstens einige Verbrennungsgase, denen Sauerstoff entzogen ist, in dem röhrchenförmigen Element einbehält, um die Freigabe von Rauchpartikeln durch die Öffnungen zu minimieren und
b) das Einströmen von Luft beschränkt, um die freie Brenngeschwindigkeit einer Zigarette zu reduzieren.

Die Öffnungen in dem röhrchenförmigen Element zur Bildung der vorbestimmten Porosität können verschiedene Formen haben wie enge Spalte, Schlitze oder Poren, wobei die Spalte und/oder Schlitze mit einer porösen Matte aus Kohlenstoffasern, Glasfasern, Keramikfasern, Hochtemperatur-Kunststoffasern, Metallfasern oder dergleichen überdeckt sein können. Die Poren können in der röhrchenförmigen Wand des Elementes beispielsweise durch Stanzen ausgebildet sein, um faserige Vorsprünge innerhalb des Röhrchens zu bilden, wobei solche Vorsprünge dazu dienen können, eine Zigarette in dem röhrchenförmigen Element zu zentrieren. Alternativ kann das röhrchenförmige Element einen Abschnitt aus porösem Material haben, das die Funktionen des Einbehaltens von wenigstens einigen Verbrennungsgasen, denen Sauer stoff entrogen ist, innerhalb des Röhrchens erfüllt, und um das Einströmen von Luft zu beschränken, um die freie Brenngeschwindigkeit der Zigarette zu verringern.
Gemäß einer weiteren Alternative kann das röhrchenförmige Element aus einem wärmebehandelten keramischen Vorläufermaterial bestehen, das durch Wärmebehandlung porös gemacht ist. Die Aufmachung des keramischen Vorläufer-materials und die Wärmebehandlung folgen in einer Weise, um die gewünschte vorbestimmte Porosität zu erhalten.
Bei allen obigen Vorrichtungen versteht es sich, daß die Zigarette dünn genug ist, damit die Gesamtabmessung der Vorrichtung gleich derjenigen einer normalen Zigarette ist. Die dünne Zigarette kann einen Durchmesserbereich von etwa 4 bis 8 mm, vorzugsweise etwa 4 bis 6 mm und am meisten bevorzugt etwa 4 mm haben. Ein katalytisches Material kann in das röhrchenförmige Element insbesondere dann eingebaut sein, wenn es aus Keramik besteht. Das katalytische Material kann entweder das röhrchenförmige Element beschichten oder in dem röhrchenförmigen Element während der Wärmebehandlung des keramischen Vorläufermaterials aktiviert werden. Der Katalysator kann aus einer Vielzahl von gut bekannten Gruppen ausgewählt werden, die auf Edelmetallen und seltenen Erdmetallen basieren, und insbesondere auf Platin oder Cer basieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Verschiedene Aspekte der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt wobei:
1 eine perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung ist, die eine Vorrichtung zeigt, in der eine Zigarettentabakeinlage eingeschlossen ist;
2 ist ein Schnitt entlang der Vorrichtung der 1;
3 ist ein Schnitt entlang der Linien 3–3 der 1;
4 ist die vergrößerte Ansicht einer Endansicht der Vorrichtung;
5 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform dieser Erfindung, die die Vorrichtung zeigt, die eine Tabakeinlage einer Zigarette einschließt;
6 ist ein Schnitt entlang einer alternativen Vorrichtung:
7 ist eine auseinandergezogene Darstellung der wiederverwendbaren Vorrichtung;
8 ist eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung mit einem Mundstück oder Spitze;
9 ist eine auseinandergezogene Darstellung einer alternativen Vorrichtung;
10 ist ein Schnitt eines Endes der Vorrichtung;
11 ist eine auseinandergezogene Endansicht der Vorrichtung der 10;
12 ist ein Längsschnitt einer alternativen Struktur für die Vorrichtung der 1;
13 ist ein Längsschnitt einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung der 12;
14 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen spiralförmigen Hüllenkonstruktion für das röhrchenförmige Element;
15 ist ein Längsschnitt der spiralförmigen Konstruktion der 14;
16 ist ein Längsschnitt einer alternativen Konstruktion für die spiralförmige Anordnung gemäß 14;
17 ist eine Aufsicht auf die Vorrichtung mit einem Temperaturindikator;
18 ist eine auseinandergezogene Ansicht einer Zigarettenspitze, die einen Halter mit Verrastung befestigen kann;
19 ist ein Querschnitt durch eine alternative Ausführungsform des röhrchenförmigen Elements;
20 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des röhrenförmigen Elements;
21 ist ein Schnitt der 16;
22 ist eine Längsschnittansicht einer alternativen Ausführungsform des röhrchenförmigen Elementes mit einer porösen Hülle aus keramischer Schicht;
23 ist eine auseinandergezogene Ansicht einer alternativen Ausführungsform der Filterspitze;
24 ist ein Schnitt durch die zusammengesetzte Vorrichtung der 23 und
25 ist eine perspektivische Ansicht einer spritzgegossenen Komponente der Vorrichtung der 23.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die Vorrichtung gemäß dieser Erfindung zum Minimieren des Seitenströmungsrauchs aus einer Tabakeinlage wie in einer Zigarette mit Steuerung der freien Brenngeschwindigkeit hat viele Merkmale und Vorteile. Die Vorrichtung hat im Kern durch Einschließen einer Tabakeinlage eine geringe Glimmempfindungsdauer, um signifikante Sicherheitsmerkmale zu bieten, sollte die abgelegte Einlage zufällig auf entzündbare Materialien herabfallen. Die Vorrichtung minimiert Seitenströmungsrauch, der von der Tabakeinlage emittiert wird, teilweise wegen eines Steueraspekts der freien Brenngeschwindigkeit der Vorrichtung. Diese Vorrichtung hat den überraschenden Vorteil, eine Seitenströmungsrauchsteuerung und eine Steuerung der freien Brenngeschwindigkeit zu bewirken, während die Tabakeinlage eingeschlossen ist, und ist gleichzeitig in der Lage, alle die normalen Eigenschaften beim Rauchen einer konventionellen Zigarette hinsichtlich Aussehen, Gefühl, Geschmack zu bieten. Katalytische Materialien können eingebaut sein oder auf der Vorrichtung beschichtet sein, um weitere Verbrennung verschiedener Gase zu fördern, um jede Geruchsabgabe von der Vorrichtung zu vermeiden, wenn die Zigarette darin brennt.
Die Vorrichtung ermöglicht auch die Verwendung einer nicht-konventionellen dünnen Zigarette, die beträchtlich dünner ist als eine herkömmliche Zigarette und bis zu zwei Drittel Tabak in der Tabakeinlage haben kann, womit sehr signifikante Tabak- und Materialkosteneinsparungen bei der Herstellung der Zigaretten erzielt werden, die mit der Vorrichtung benutzt werden sollen. Insbesondere kann eine sehr dünne oder schlanke Zigarette verwendet werden, die nicht herkömmlich in der reduzierten Anzahl von Zügen ist und signifikant zwei Drittel weniger Tabak enthält. Die Vorrichtung mit der dünnen nicht-konventionellen Zigarette versorgt den Raucher mit normalen Inhalationsdrücken, normalen Mengen inhalierten Rauchs, normalen Geschmack und einer normalen Anzahl von Zügen. Die dünne nicht-konventionelle Zigarette kann diese Eigenschaften nicht bieten, wenn sie nicht zusammen mit der Vorrichtung geraucht wird.
Der unerwartete Vorteil, der aus der Benutrung einer dünnen nicht-konventionellen Zigarette zur Verwendung mit dieser Vorrichtung stammt, besteht darin, daß der kleinere Durchmesser der dünnen Zigarette ein sauberes Brennen während der Ruhephase gewährleistet, um Geschmacksverlust zu vermeiden. Die Vorrichtung gewährleistet bei der Steuerung der freien Brenngeschwindigkeit, daß die abgelegte Zigarette während der Ruhephase beträchtlich die Geschwindigkeit des Fortschreitens der brennenden Glut verringert. Wegen des kleineren Durchmessers der dünnen nichtkonventionellen Zigarette erstreckt sich die brennende Glut quer über die Fläche oder den Querschnitt des kleineren Durchmessers der Zigarette. Dies ist ganz verschieden von dem, was mit einer Zigarette konventioneller Größe passiert, wenn die freie Brenngeschwindigkeit gesteuert wird. Wegen der übermäßigen Menge von Tabak in dem größeren Querschnitt brennt bei einer konventionellen Zigarette die Glut einwärts von dem mittigen Abschnitt der Zigarette während der Ruhephase und ermöglicht die Kondensation von Rauchprodukten in dem äußeren Bereich der Zigarette. Dies dürfte ein besonderes Resultat sein, wenn die bekannten Arten von Steuervorrichtungen der freien Brenngeschwindigkeit verwendet werden. Anders als bei einer solchen Anordnung ist es bei der Anordnung gemäß der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung, die eine dünne nicht-konventionelle Zigarette verwendet, so, daß die Glut, die sich über die Fläche erstreckt, ein sauberes Brennen auch während der Ruhephase gewährleistet, so daß Verbrennungsprodukte in dem äußeren Bereich der schlanken Zigarette nicht kondensieren. Wenn die Zigarette dann wieder für den nächsten Zug aufge-nommen wird, bewirkt der Inhalationsschritt sofort, daß die Glut die Temperatur anhebt und schnell entlang der dünnen Zigarette fortschreitet, wodurch jeder Geschmacksverlust vermieden wird, da die Glut sofort auf die normale Rauchtemperatur ansteigt. Es ist auch ein Merkmal der Erfindung, daß die dünne nicht-konventionelle Zigarette dünner sein kann als normale schlanke Zigaretten von etwa 5,5 mm bis 6 mm. Die nicht-konventionelle Zigarette hat eine neue Struktur auf dem Markt, wenn ihr Durchmesser kleiner ist als 5,5 mm und insbesondere kleiner als 5,2 mm. Die dünne Zigarette, die bevorzugt in der Vorrichtung verwendet wird, ist nicht-konventionell im Hinblick auf die Anzahl der Züge und Größe. Die Größe ist nicht nur unterschiedlich im Hinblick auf den Durchmesser, sondern bevorzugt auch hinsichtlich der Länge. Die dünne Zigarette hat wie eine konventionelle Zigarette eine geeignete Hülle, die bevorzugt die übliche Form von Zigarettenpapier mit der üblichen Zusammen-setzung und Porosität hat. Das Papier kann auch übliche Brenngeschwindig-keitsmodifizierer haben, um weiter die freie Brenngeschwindigkeit der Zigarette zu verzögern, wie die Brenngeschwindigkeitsmodifizierer, die in dem US-Patent 4,679,575 beschrieben sind.
Ein weiterer signifikanter Vorteil bei der Benutzung einer dünnen Zigarette in der Vorrichtung ist, daß der übermäßige Tabak in einer konventionell bemessenen Zigarette als Seitenströmungsrauch abbrennt. Mit der freien Brenngeschwindigkeitskontrolle dieser Vorrichtung gibt es einen minimalen Verlust von Tabak während der Ruhephase. Statt dessen wird das, was während der Ruhephase einer konventionellen Zigarette Verlust wäre durch Entwicklung von Seitenströmungsrauch, Hauptströmungsrauch bei dem nächsten Zug, wodurch die Ausbeute pro Einheit Tabak erhöht wird. Einige oder alle Merkmale dieser Erfindung sind durch eine oder mehrere der folgenden Ausführungsformen der Erfindung erzielbar, die mit Bezug auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben sind.
In 1 hat die Vorrichtung 10 ein röhrchenförmiges Element 12 zum Einschließen einer Zigarette 14. Die Vorrichtung 12 erstreckt sich über die effektive Länge einer Tabakeinlage für die Zigarette. Der effektive Abschnitt der Tabakeinlage der Zigarette soll die Länge einer Zigarette einschließen, die normalerweise geraucht würde, damit der Raucher die übliche Anzahl von Zügen (normalerweise 8 bis 10) erhält, wie bei einer konventionellen Zigarette. Die Vorrichtung 12 hat entsprechend dieser bestimmten Ausführungsform mehrere Öffnungen 16 an ihrem Umfang, von denen eine in 1 gezeigt ist. Die Öffnung 16 ist bevorzugt ein Spalt, der sich in Längsrichtung der Vorrichtung 10 erstreckt. Die Öffnung des Spalts 16 führt Luft zu der brennenden Zigarette, um die Verbrennung zu stützen, wobei entlang der Länge der Öffnung ein Element 18 zur effektiven Steuerung der freien Brenngeschwindigkeit vorgesehen ist, wobei in derselben Vorrichtung gleichzeitig die Minimierung des Seitenströmungsrauchs erreicht wird, die von der brennenden Zigarette abgegeben wird. In Übereinstimmung mit einer herkömmlichen Zigarette hat das röhrchenförmige Element 12 damit verbunden oder einstückig geformt einen Filterspitrenabschnitt 20, um auf übliche Weise den Hauptströmungsrauch zu filtern, der von der brennenden Zigarette inhaliert wird.
Wie 2 zeigt, umschließt die röhrchenförmige Vorrichtung 12 die Zigarette, die einen umwickelten Tabaksstababschnitt 22 und in Übereinstimmung mit dieser besonderen Ausführungsform einen Filterspitrenabschnitt 24 hat. Die Vorrichtung 12 erstreckt sich bevorzugt von dem vorderen Ende 26 des Tabakstabs 22 wenigstens bis zu der Filterspitrenlinie 28. Der Spalt 16 erstreckt sich wenigstens zu dem rückwärtigen Bereich der wirksamen Länge des Tabakstabs 22, um zu gewährleisten, daß die Zigarette über wenigstens die Anzahl von Zügen weiter brennt, die mit einer konventionellen Zigarette verbunden ist. Die Zigarette kann dann gelöscht werden, indem die Tabakssäule bis nahe zu der Filterspitrenlinie 28 geraucht wird, oder mittels des Spalts, der vor der Tabaklinie 28 endet, so daß unzureichende Luft den brennenden Endabschnitt der Zigarette erreicht, und diese erlischt vor Erreichen der Filterspitrenlinie 28. Der Filterspitrenabschnitt 20 hat eine Bohrung 30 in sich, um die Filterspitze 24 der Zigarette aufzunehmen, und dadurch die Zigarette zu stützen, die sich von der Spitre 20 aus erstreckt. Es wird betont, daß die Zigarette 14 nur eine umwickelte Tabakssäule 22 und keinen Filter haben kann Bei dieser Anordnung würde das Tabakssäulenende eingesetzt und von der Filterspitre 20 gestützt. Die Bohrung 30 der Spitze 20 bildet ein Blindloch, so daß das Loch sich nicht durch die Spitze 20 erstreckt. Die Spitre 20 hat einen reduzierten Halsabschnitt 32, um eine Fläche 34 zu bilden, über die das röhrchenförmige Element 12 gleitet, um die zusammengesetzte Einheit der 2 zu bilden. Umgelegtes Papier 35 vervollständigt die Anordnung, wobei der Flächenabschnitt 34 abgedichtet sein kann, um zu verhindern, daß Luft aus dem Zwischenraum zwischen der Zigarette und dem Röhrchen in die Spitze 20 eintritt. Wenn der innere Rand 36 des röhrchenförmigen Elements 12 die Anlage 38 der Spitre 20 berührt, erscheint die zusammengesetzte Einheit nahtlos und ähnelt damit einer konventionell aussehenden Zigarette in der Weise, die 1 zeigt.
Da die Spitze 20 die Zigarette stützt, ist der Tabaksäulenabschnitt 22 im wesentlichen konzentrisch in dem röhrchenförmigen Element 12 positioniert. Gemäß dieser bestimmten Ausführungsform hat das röhrchenförmige Element 12, wie 3 zeigt, einen Innendurchmesser, der durch die Innenfläche 40 gebildet ist, die von der Außenfläche 42 des Zigarettenpapierumfangs beabstandet ist. Dieser Abstand bildet einen Ringraum oder Spalt 44, der sich über die Länge der Vorrichtung 10 zu der Verbindung des röhrchenförmigen Elements 12 mit der Vorrichtungsspitze 20 erstreckt. Der Ringraum 44 bildet gemeinsam mit dem Element 18 in der Öffnung 16 in Kombination die Steueraspekte, die erforderlich zum Minimieren des Seitenströmungsrauchs und zum Reduzieren der freien Brenngeschwindigkeit der Zigarette erforderlich sind.
Das röhrchenförmige Element 12 ist aus einem Zigarettenrauch-undurchlässigen Material geformt. Um die strukturelle Integrität des röhrchenförmigen Elements 12 während des Rauchvorgangs aufrecht zu erhalten, ist das Material nicht-brennbar und in der Lage, den Temperaturen einer brennenden Glut standzuhalten, die sich entlang des röhrchenförmigen Elements während des Rauchvorgangs einwärts bewegt. Auf ähnliche Weise ist das Element 18 in den Öffnungen 16 nicht brennbar, um alle As pekte der Seitenströmungs-rauchsteuerung und Steuerung der freien Brenngeschwindigkeit zu gewährleisten, die erzielt werden, während die Zigarette geraucht wird. Der nicht-brennbare Aspekt des röhrchenförmigen Elements 12 ermöglicht auch die Wiederbenutzung der Vorrichtung zum Rauchen einer Packung von Zigaretten, in dem auf einfache Weise das röhrchenförmige Element 12 von der Spitze abgenommen und die Zigarette 14 von der Spitze 20 entfernt wird. Die Vorrichtung ist dann bereit zur Wiederverwendung durch Einsetren einer neuen Zigarette 14 in die Spitre 20 und durch erneutes Zusammensetzen des röhrchenförmigen Elements 12 auf die Spitze 20. Es versteht sich, daß alle Zigaretten in der Packung mit der Vorrichtung 10 ausgerüstet werden können und daß die Einheit verworfen werden kann, wenn die Zigarette geraucht ist.
Wie in der vergrößerten Darstellung der 3 gezeigt ist, bildet der Spalt 16 eine Öffnung 46 mit dem darin vorgesehenen Element 18, um wirksam die freie Brenngeschwindigkeit der Zigarette zu steuern und den Seitenströmungsrauch zu minimieren. Abhängig von der Form und Größe der Spalte 16 ist eine ausreichende Anzahl entlang des röhrchenförmigen Elements 12 vorgesehen, um mit den Komponenten 18 zu gewährleisten, daß ausreichen viel Luft den wirksamen Abschnitt einer Tabaksäule erreicht, um die gewünschte freie Brenngeschwindigkeit aufrecht zu erhalten, während die übliche Anzahl von Zügen wie bei einer herkömmlichen Zigarette erfolgen kann. Die Komponente 18 besteht bevorzugt aus einem porösen Material, das nicht brennbar ist. Das poröse Material kann aus Kohlenstoffaser, bevorzugt Aktivkohlenstoffaser, keramischer Faser, Glasfaser, Hochtemperaturkunststoffaser, Metallfaser, synthetischen, von Holz abgeleiteten Materialien einer porösen Natur (Bruyereholz) und dergleichen bestehen. Die Fasern können in einer langen Strangform oder als eine Matte oder Schicht geformt sein und porös sein, indem winzige Poren in dem Material physikalisch ausgebildet sind (d. h. durch Laserporen, durch chemisches Laugen von lösbaren sehr kleinen Partikeln von der Matte oder gemäßigtes Brennen, um brennbare Bestandteile von dem Material zu entfernen).
Das poröse Material kann in der Form einer Matte oder Schicht vorliegen und gewebt sein, um einen Grad von Porosität zu haben, die für die Anzahl und Größe der ausgewählten Spalten 16 die notwendige Steuerung zur Erzielung der gewünschten freien Brenngeschwindigkeit der Zigarette bietet. Die Plazierung der Komponente 18, die die poröse gewebte oder nicht-gewebte Matte oder Schicht aus nicht-brennbarem Material sein kann, kann direkt in dem Spalt 16 erfolgen, wie gezeigt. Dies kann durch Eintauchen des röhrchenförmigen Elements 12 in einen Schlamm aus dem faserigen Material erfolgen, das benutzt wird, um die Matte zu formen. Bevorzugt ist das faserige Material Aktivkohlenstoffaser in einem wässrigen Schlamm bevorzugt in Kombination mit einem geeigneten Binder und möglicherweise katalytischen Materialien. Wenn der Schlamm getrocknet ist und dadurch die Spalten 16 füllt, kann jeder Überschuß von der Innenfläche 40 des röhrchenförmigen Elements 12 entfernt werden.
Das poröse Material für die Spalte kann lange Stränge sein, die in den Spalten positioniert werden, anstatt zu einer Schicht verfilzt oder gewebt zu werden. Diese alternative Ausführungsform ist in 4 gezeigt, wie sie auf längsgerichtete Spalte in dem röhrchenförmigen Element angewendet wird. Das röhrchenförmige Element 12 hat die in Längsrichtung sich erstreckenden Spalte 16, die mit einem porösen Material 18 gefüllt sind, wie dies früher bei der Ausführungsform der 1 beschrieben ist. Der Unterschied jedoch besteht in der Zusammensetzung des faserigen Materials 18, das in näheren Einzelheiten in 4 gezeigt ist. Anstelle einer Verfilzung, wie mit Bezug auf 3 beschrieben ist, liegt das faserige Material in Form von in Längsrichtung sich erstreckenden Strängen 126 vor, die sich entlang der Schlitze 16 erstrecken. Die Stränge des Materials können aus Glas, Kunststoff, Metall oder Kohlenstoffasern oder dergleichen bestehen. Bevorzugt bestehen die Stränge 126 aus Aktivkohlenstoffaser. Eine ausreichende Anzahl von Strängen wird in dem Schlitz 16 angeordnet, um Zwischenräume oder sehr lange und enge Poren 128 zwischen den Strängen zu bilden, die die erforderliche duale Funktion der Steitenströmungsrauchsteuerung und der Steuerung der freien Brennge-schwindigkeit bewirken. Bevorzugt haben die Stränge einen Haar-ähnlichen Durchmesser, um die Anzahl zu erhöhen, die in den Schlitzen vorgesehen sein kann, wobei gleichzeitig die Oberfläche für das faserige Material signifikant vergrößert wird, um auf die Seitenströmungsrauchsteuerung zu wirken, während ein akzeptabler Druckabfall hervorgerufen wird, um normale Inhalationsdrücke an der Zigarette zu simulieren. Die Stränge sind entlang der Schlitze angeordnet und können in verschiedenen Intervallen entlang des Schlitzes befestigt sein, um sicher. zu stellen, daß die Stränge nicht während der Verpackung oder Benutzung aus dem Schlitz fallen.
Die konventionelle Weisheit bezüglich der Steuerung der freien Brennge,schwindigkeit besteht darin, die Luftströmung zu der brennenden Glut einer abgelegten Zigarette zu verringern. Durch Beschränkung der Luftströmung wird die freie Brenngeschwindigkeit der Zigarette reduziert, weil die Geschwindigkeit der Zigarette verzögert ist. Obwohl diese Lösung erfolgreich ist bei der Steuerung der freien Brenngeschwindigkeit, können solche Vorrichtungen die Luftströmung beschränken, wenn der Raucher an der Zigarette zieht.
Die Vorrichtung gemäß dieser Erfindung scheint jedoch nicht auf herkömmliche Weise zur Steuerung der freien Brenngeschwindigkeit zu funktionieren. Obwohl das poröse Material 18 und/oder Schlitzgrößen 16 die Luftströmung beschränken können, kann die Porosität und die Porengröße so gewählt werden, daß wenigstens einige der heißen Verbrennungsgase, die von Sauerstoff befreit sind, in dem röhrchenförmigen Element 12 in dem Ringbereich 14 der brennenden Glut zurückgehalten werden. Wie in 2 gezeigt ist, hat die brennende Zigarette eine Glut oder Kohle 21, die sich in dem Röhrchen 21 in die gepunktete Linie zurückzieht. Der übliche Aschenkonus 27 ist hinter der fortschreitenden Glut 21. Die heißen Verbrennungsgase sind in dem Ringraum oder Spalt 24 untergebracht, da sie von der brennenden Glut sowie angedeutet bei 23 und 25 oberhalb, unterhalb und um die Zigarette herum entwickelt werden. Wenigstens einige, wenn nicht im wesentlichen alle oder eine Mehrzahl der heißen Gase werden in Bereichen 23 und 25 um die brennende Glut 21 infolge der ausgewählten Porosität der Öffnungen 16 und/oder des porösen Materials 18 vermutlich zurückgehalten. Beim Steuern des Seitenströmungsrauchs sind die Porosität und die Porengröße ausgewählt, um vorzugsweise einen Hauptteil, wenn nicht im wesentlichen alle heißen Gase zurückzuhalten, wodurch in dem Bereich der Glut 21 sich ein von Sauerstoff befreites Gas entwickelt. Die Porosität des röhrchenförmigen Elements 12 beschränkt nicht nur die Luftströmung, sondern es wird auch angenommen, daß das von Sauerstoff befreite heiße Verbrennungsgas aufgefangen wird, wodurch die brennende Glut ausgehungert und die Geschwindigkeit der Verbrennung reduziert und damit die freie Brenngeschwindigkeit der Zigarette verzögert wird. Die Porosität des Materials ist ausgewählt, um zu gewährleisten, daß die Luftströmung in das Röhrchen während der Ruhephase der Zigarette minimal ist. Dieser Vorgang hält das Maß der sauerstofflosen Gase im Bereich der brennenden Glut aufrecht und hält dadurch die freie Brenngeschwindigkeit der Zigarette auf der gewünschten minimalen Brenngeschwindigkeit. Wenn ein Raucher an der Vorrichtung zieht, wird Luft durch die Öffnungen und/oder das poröse Material in das röhrchenförmige Element sowie durch das offene Ende eingezogen, um die erforderliche Luft zur Unterstützung des Brennens während der Zugphase zu haben. Wenn der Raucher aufhört, an der Zigarette zu ziehen, verringern die von Sauerstoff befreiten Verbrennungsgase in dem Bereich der brennenden Glut sofort die Geschwindigkeit der Verbrennung und reduzieren hierdurch die freie Brenngeschwindigkeit. Mit dieser Leitlinie wird darauf hingewiesen, daß die Porengröße in dem Röhrchen in Abhängigkeit von einer Anzahl von Faktoren variieren kann einschließlich des Typs der physikalischen Eigenschaften des Röhrchenmaterials, der Zusammensetzung und des Typs des Porenöffnungen. Es wurde wiederholt gezeigt, daß einige Versuche erforderlich sein können bei der Auswahl verschiedener Porengrößen, die die notwendige Röhrchenporosität zur Steuerung der freien Brenngeschwindigkeit und des Seitenströmungsrauchs mit sich bringt.
Diese Lösung zur Steuerung der freien Brenngeschwindigkeit ist ganz anders als diejenige vieler herkömmlicher Vorrichtungen, die sich in erster Linie auf die Steuerung des Luftstroms zu der brennenden Glut konzentrieren. Die Vorrichtung gemäß dieser Erfindung hält die entwickelten heißen Gase in dem Bereich der brennenden Glut zurück durch Schaffung eines vergrößerten Bereichs in dem Ringraum, um das größere Volumen heißer Gase aufzunehmen, verglichen mit dem kleineren Volumen frischer Luft, die zur Stützung der Verbrennung erforderlich ist. Durch Schaffung eines Rings eines offenen Raums oder gefüllt mit porösem Material, was nachfolgend mit Bezug auf 5 beschrieben wird, werden minimale aber ausreichende Volumen von Luft zur Stütrung und Aufrechterhaltung einer minimalen Verbrennung während des freien Brennens und dem Beginn des Ziehens an der Zigarette bereitgestellt. Wenn der Zug an der Zigarette andauert, wird zusätrliche Luft durch die Öffnungen des röhrchenförmigen Elementes gezogen, sowie durch das offene Ende des röhrchenförmigen Elements.
Das poröse Material hat auch die Fähigkeit, verschiedene Partikelkomponenten und Aerosol des Seitenströmungsrauchs zu adsorbieren oder absorbieren und solches Material zu behalten, so daß im Falle der Wiederverwendung die aufgenommenen Rauchpartikel nicht freigegeben werden, um den Geschmack einer ersetzten neuen Zigarette, die geraucht werden soll, nicht zu beeinträchtigen. Das bevorzugte Kohlenstoffmaterial für das poröse Material wird üblicherweise in der Form einer Matte oder Schicht verkauft, die verfilzt oder gewoben sein kann, wodurch die Aufbringung auf die Schlitze 16 in der Vorrichtung 12 erleichtert ist. Das Kohlenstoffasermaterial kann das gesamte Innere des Röhrchens oder nur die Schlitze überdecken. Alternativ können lange Stränge von Kohlenstoffasern in und entlang der Schlitze 16 auf eine Weise angeordnet werden, die mit Bezug auf 4 beschrieben wird.
Es wird darauf hingewiesen, daß die in dem röhrchenförmigen Element der Ausführungsform der 1 gebildeten Öffnungen durch Laserschneiden, Hochgeschwindigkeitssägeschneiden, Pressen, Stanzen, Ausstechen oder dergleichen gebildet werden können. Die poröse Komponente 18 kann auf die Öffnungen durch Eintauchen des röhrchenförmigen Elementes in einen Schlamm aus faserigen Material aufgebracht werden, um die poröse faserige Matte in den Öffnungen zu formen. Wenn der Schlamm in dem röhrchenförmigen Element getrocknet ist, kann übermäßiges faseriges Material innerhalb des röhrchenförmigen Elementes entfernt werden. Es versteht sich, daß faseriges Material sorgfältig in den Schlitzen 16 positioniert und mit einem Laserstrahl erhitzt werden kann ähnlich der Weise, in der Laserdrucken auf Papier erfolgt.
Das röhrchenförmige Element 12 ist aus einem nicht brennbaren Material geformt, das bevorzugt Keramik, Hochtemperaturkunststoff, behandeltes Papier oder aus Porzellanpapier, synthetische poröse von Holz abgeleiteten Materialien enthält, oder aus Schichten gebildet sein, die gerollt und befestigt sind, um die gewünschte Größe des röhrchenförmigen Elementes zu bilden. Das Innere kann beschichtet sein mit katalytischen Partikeln, um die Oxidation von Kohlenstoff und Stickstoff enthaltenen Gasen zu katalysieren, die von dem primären Brennen des Tabaks stammen. Bevorzugt ist das Äußere des röhrchenförmigen Elementes 12 weiß, um Zigarettenpapier zu ähneln oder wenn es auf einer Zigarre verwendet wird, ist es eine gebeizte Farbe, um einer Zigarrenhülle zu ähneln. Alternativ könnte das röhrchenförmige Element in ein Zigarettenpapier einer ausreichenden Porosität eingewickelt sein. Die Spitre 20 kann ein normal aufgebautes Filterelement einer herkömmlichen Zigarette mit einer ausreichenden strukturellen Integrität sein, um die Bohrung 30 aufrecht zu erhalten, in die der Spitzenabschnitt 24 der Zigarette aufgenommen wird. Der Spitzenabschnitt 20 kann in ein geeignetes Papier oder ähnliches Material gewickelt sein, so daß die zusammengesetzte Einheit der 1 wie eine konventionelle Zigarette aussieht. Es ist bevorzugt, daß der Spitzenabschnitt 20 bei der Benutrung mit einer Zigarre so geformt sein kann, daß er wie die übliche Spitre einer Zigarre oder das übliche Mundstück aussieht, das üblicherweise mit Zigarren benutzt wird.
Die weitere Ausführungsform der Erfindung, wie in 5 gezeigt, zeigt eine alternative Anordnung des röhrchenförmigen Elementes 48 der Vorrichtung 10. Das röhrchenförmige Element 48 umschließt eine Zigarette 50 und hat eine geeignete Spitre 52. Das röhrchenförmige Element 48 ist aus einer beträchtlichen Dicke von nichtbrennbarem, porösen, flexiblen Material geformt. Die Dicke des porösen Materials ist erheblich größer als die Dicke des porösen Materials, das bei der Komponente 18 der Ausführungsform der 1 verwendet wird. Das poröse Material kann dieselbe Aufmachungen haben wie das Material der Komponente 18. Es kann eine Schicht o der eine Matte sein, mit darin geformten Poren, oder eine verfilzte oder gewebte Kohlenstoffaser, vorzugsweise Aktivkohlenstoffaser, Glasfaser, Keramikfaser, Hochtemperatur-kunststoffaser, Metallfaser oder dergleichen und kann beispielsweise katalytische Partikel einschließen, um die andauernde Verbrennung von Gas aus dem brennenden Tabak zu verbessern. Das röhrchenförmige Element hat das poröse Material 54, das sich entlang der Länge des röhrchenförmigen Elementes 48 zu der Filterspitrenlinie 56 der Spitre 52 erstreckt. Das poröse Material erstreckt sich wie bei der Ausführungsform der 1 entlang des röhrchenförmigen Elementes über die effektive Länge der zu rauchenden Tabaksäule, um dieselben Bedingungen wie beim Rauchen einer herkömmlichen Zigarette zu simulieren. Die Spitze 52 ist auf eine ähnliche Weise wie die Spitzt 20 der 1 aufgebaut. Die Spitze 52 hat einen reduzierten Abschnitt 58, der eine Fläche 60 begrenzt mit einer Anlage oder Stop 62. Das röhrchenförmige Element 48 hat einen Endabschnitt 64 und ist so bemessen, daß es an der Fläche 60 anliegt. Umwickeltes Papier 65 wird in einer herkömmlichen Weise verwendet, um das Zusammensetzen des röhrchenförmigen Elements 48 mit der Spitre 52 zu vervollständigen. Die Zigarette 50 paßt in die Bohrung 66 auf eine mit Bezug auf 2 beschriebene Weise. Die Zigarette 50 wird dann von der Spitre 52 gestützt, wobei dieser Halt durch das röhrchenförmige Element 48 verstärkt wird, das an den Zigarettenumfang anliegt oder diese ergreift. Dieser Aspekt erlaubt auch die Herstellung einer Zigarette, die nicht alle üblichen Eigenschaften einer herkömmlichen Zigarette hat wie Dichtheit, Festigkeit, Endausfall und dergleichen. Dasselbe kann auf die Vorrichtung der 2 zutreffen, da die Zigarette in das röhrchenförmige Element eingeschlossen ist und dadurch geschützt und nicht einem ständigen Abklopfen unterliegt, um Asche zu entfernen, wie dies bei der Zigarette der Fall ist, wenn sie getrennt von der Vorrichtung geraucht würde. Es versteht sich, daß das röhrchenförmige Element der 2 innere Rippen haben kann, um die Zigarette konzentrisch in der Mitte zu halten. Die Vorrichtung der Erfindung erlaubt die Benutzung einer Zigarette, die auf eine nichtherkömmliche Weise gemacht sein kann. Eine Anzahl von Standardproduktionsprozessen kann vermieden werden, beispielsweise die Benutrung von erweitertem Tabak, zerschnitrelten oder verbesserten Stielen oder dergleichen, was erforderlich wäre, um eine gewünschten Zigarettendichtigkeit und Aussehen zu erreichen. Außerdem kann die dünne Zigarette insgesamt mit weniger Tabak gemacht werden und erfordert beträchtlich weniger Qualitätstabak.
Wie in 5 gezeigt ist, hat das röhrchenförmige Element 48 einen Innendurchmesser, der durch die Innenfläche 68 begrenzt ist, die im wesentlichen mit dem Außendurchmesser des Umfangs 70 der Zigarette 50 übereinstimmt. Das ringförmige Element 48 wird dann über die Zigarette 50 geschoben, wobei der Umfang der Zigarette im wesentlichen in Kontakt mit der Innenfläche des röhrchenförmigen Elementes 48 steht. Das röhrchenförmige Element 48, das aus nicht-brennbarem Material besteht, behält seine strukturelle Integration, wenn die Zigarette geraucht wird und sich innerhalb des röhrchenförmigen Elementes zurückzieht. Das röhrchenförmige Element 48 minimiert gleichzeitig den Seitenströmungsrauch von der brennenden Zigarette und steuert die freie Brenngeschwindigkeit der Zigarette. Das Zurückhalten des Seitenströmungsrauchs in dem Röhrchen wird durch das poröse Material erreicht, das die gerauchten Partikel und Aerosole des Seitenströmungsrauchs absorbiert und einfängt. Wenn außerdem katalytische Partikel in das poröse röhrchenförmige Material eingebettet sind, können die Geruch verursachenden Bestandteile der Aerosole oxidiert werden zu geruchlosen Bestandteilen oder angenehm riechenden Bestandteilen.
Das poröse Material ist von einer Struktur in der Form einer Matte oder Schicht oder dergleichen, die solche Partikel und Aerosole auffangen und zurückhalten kann, so daß sie während des Rauchens einer neuen Zigarette in der Vorrichtung im Falle der Wiederverwendung der Vorrichtung nicht freigegeben werden. Außerdem ist die Porosität des porösen Materials so gewählt, daß die Luftströmung gesteuert und heiße Verbrennungsgase in dem Bereich der brennenden Zigarettenglut zurückgehalten werden, um die gewünschte Verringerung der freien Brenngeschwindigkeit zu erreichen, so daß beim Rauchen der Zigarette die Anzahl der Züge simuliert werden, die beim Rauchen einer herkömmlichen Zigarette auftreten.
Das röhrchenförmige Element kann aus einer einzigen Schicht oder Matte gebildet sein. Alternativ kann das röhrchenförmige Element 48 durch mehrere Schichten oder dünne Matten des porösen Materials geformt sein, um die gewünschte Dicke für das röhrchenförmige Element zu erhalten. Das röhrchenförmige Element kann eine äußere Beschichtung oder Hülle haben, so daß das Äußere des röhrchenförmigen Elementes in der Farbe einer Zigarette oder Zigarre ähnelt. Es wird betont, daß die Beschichtung oder Hülle in dem Maße porös sein muß, daß sie nicht die Steuerung beeinträchtigt, die die Porosität des röhrchenförmigen Elements 48 zum Erreichen der gewünschten freien Brenngeschwindigkeit und der Seitenströmungsrauchsteuerung vorsieht. Andere Arten von äußeren Abdeckungen werden mit Bezug auf die 12 und 13 beschrieben.
Das röhrchenförmige Element 12 der Ausführungsform der 6 hat Öffnungen zur Steuerung der freien Brenngeschwindigkeit und der Verringerung des Seitenströmungsrauchs. Durch Auswahl einer geeigneten Öffnungsgröße wie Breite des Schlitzes 16 und Ausbilden eines geeignet bemessenen Rings 44 kann ein beträchtliches Maß an Seitenströmungsrauchsteuerung und freier Brenngeschwindigkeitssteuerung erreicht werden. Das Maß der Verringerung des Seitenströmungsrauchs ist nicht so vollständig wie bei der Vorrichtung mit Komponenten 18 in Schlitzen 16. Die Größe des Schlitzes ist geringer als bei dem Schlitz 16 der 1 zum Steuern der Luftströmungsmenge in den Ringraum 44. Es wird betont, daß die Öffnungen in dem Röhrchen auch Poren sein können, die bevorzugt kreisförmig sind. Die Öffnungen sind präzise in dem Röhrchen geformt, um die erforderliche reduzierte Größe der Öffnungen zu erhalten, um die Steuerung der freien Brenngeschwindigkeit zu erzielen. Die Öffnungen können in dem Röhrchen durch Laserbohren oder dergleichen gebildet werden, wobei es sich versteht, daß die Öffnungsgröße einigen Seitenströmungsrauch passieren lassen muß, jedoch bewirken die Öffnungen eine sehr beträchtliche Verringerung des abgegebenen Seitenströmungsrauchs. 6 zeigt auch die permanente Befestigung der Spitre 20 an der röhrchenförmigen Vorrichtung 12. Die Spitre 20 kann eine ringförmige, filterähnliche Komponente 72 mit einer Bohrung 74 haben, in die der Filterabschnitt 76 der Zigarette 78 aufgenommen wird. Die röhrchenförmige Komponente 72 wird dann an dem röhrchenförmigen Teil 12 durch eine geeignete Spitzenhülle 80 befestigt, die das Erscheinungsbild einer fertigen Zigarette gibt, und permanent die Spitre 20 mit dem röhrchenförmigen Element 20 verbindet.
7 zeigt eine auseinandergezogene Ansicht der Vorrichtung der 1, wobei die Spitre 20 von dem röhrchenförmigen Element 20 entfernt werden kann, um die Zigarette 14 freizulegen, und die das Zurückziehen ihres Filterabschnitts aus der Spitze 20 erlaubt. Eine neue Zigarette wird dann mit ihrem Filterabschnitt 24 oder mit ihrem Tabaksäulenteil in die Spitre 20 eingesetzt, und die Einheit wird dann durch Vorschieben des röhrchenförmigen Elements 12 über die Flächenabschnitte 32 wieder zusammengesetzt.
8 zeigt eine alternative Anordnung für die Vorrichtung 10, wobei an dem röhrchenförmigen Element 12 ein Mundstück 82 befestigt ist. Das Mundstück 82 kann in dem Abschnitt 84 die Spitre der Tabakeinlage aufnehmen und einen Flächenabschnitt bilden, auf den das röhrchenförmige Element 12 aufgeschoben wird. Die Spitze 82 hat einen üblichen verengten Abschnitt 86, der sich im Mund des Rauchers angenehm anfühlt.
Die Spitre 20 kann einem normalen Zelluloseacetat-Typ Zigarettenfilter mit einem Filterstopfen 72 ähneln, wie in 9 gezeigt ist. Der Flächenabschnitt 34 kann ein ringförmiges Ende 86 haben, der in das Röhrchen 12 eingesetzt wird, um zu verhindern, daß in die Spitze 20 Luft aus dem Ringraum zwischen der Zigarette 14 und dem Inneren 40 des Röhrchens 12 eingezogen wird. Es versteht sich, daß es wünschenswert sein kann, eine gesteuerte Menge Luft in die Spitre 20 zu ziehen, was mit üblichen Belüftungslöchern oder Belüftungstechniken in der Filterspitze 20 erreicht werden kann. Die Spitre 20 hat eine Aussparung oder Bohrung 73, in einer Schulter 34, die durch das Ende 86 gebildet ist. Das Tabaksäulenende 75 wird in die Bohrung 73 eingesetzt, um die Tabaksäule 22 in der Spiralspitze 20 zu befestigen, um eine Zigarettenkomponente zu formen. Das Röhrchen 12 wird dann an der Fläche 34 angebracht, um die Rauchvorrichtung 10 zu vervollständigen. Die Vorrichtung kann entsprechend auseinander-genommen werden, um das Einsetzen einer neuen Säule 22 zum Rauchen zu ermöglichen.
Weitere Verbesserungen der Struktur schließen das Vorsehen eines Rings 88 an dem offenen Ende 85 des röhrchenförmigen Elementes 12 ein, wie in den 10 und 11 gezeigt ist. Der Ring kann eine Öffnung 90 haben, die etwa dieselbe Größe hat wie das vordere Zigarettenende. Der Ring 88 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist nützlich zum Zurückhalten von Asche in dem Röhrchen 12, wenn die Zigarette geraucht wird. Das Zigarettenende 87 kann etwas einwärts des Rings 88 angeordnet sein, um das Anzünden der Zigarette in der zusammengesetzten Vorrichtung zu erleichtern.
Andere Variationen bezüglich der Steuervorrichtung der freien Brennge-schwindigkeit in Kombination mit einem äußeren Gehäuse sind in den 12 und 13 gezeigt. In 12 hat das röhrchenförmige Element ein äußeres Gehäuse 92. Das Gehäuse 92 hat mehrere Öffnungen 94. Diese Öffnungen haben eine ausreichende Anzahl und Größe um den freien Luftstrom hierdurch zu lassen, um eine Luftmenge zuzuführen, die üblicherweise über der liegt, die zum Brennen der Zigarette erforderlich ist. Um diese Luftströmung zu steuern und eine gleichzeitige Seitenströmungsrauchminimierung und Steuerung der freien Brenngeschwindigkeit zu erzielen, ist eine dünne Röhrchenschicht 96 aus porösem Material vorgesehen. Die Schicht kann an der Innenfläche des porösen Röhrchens 92 angeordnet und wahlweise daran befestigt sind. Die Schicht 96 aus porösem Material hat eine Porosität, die die gewünschte Luftströmung und Zurückhaltung der heißen Verbrennungsgase bewirkt. Außerdem ist das poröse Material in der Lage, den Rauch zu absorbieren und aufzunehmen. Wie bei anderen Ausführungsformen hält das poröse Material 96, dann, wenn die Vorrichtung 10 zur Wiederbenutzung bestimmt ist, den aufgenommenen Rauch ein, und gibt ihm beim Anzünden und Rauchen einer neuen Zigarette nicht frei. Alternativ kann das poröse Material 96 in Form eines setzbaren Röhrchens vorliegen, das in das röhrchenförmige Element 12 eingesetzt wird.
Bei der Ausführungsform der 13 ist eine beträchtlich dickere innere Schicht 98 aus porösem Material vorgesehen. Die Dicke dieser Schicht kann der Dicke des röhrchenförmigen Elements 48 der 5 entsprechen. Das äußere Gehäuse 10 kann eine sehr poröse äußere Beschichtung aus Papier hoher Porosität, Keramikfaser, Hochtemperaturkunststoff oder dergleichen sein. Wie gezeigt, hat die äußere Hülle 100 eine Porosität, wie bei den Öffnungen 102 gezeigt, in einer ausreichenden Anzahl und Größe, die nicht das Funktionieren des röhrchenförmigen porösen Elements 98 stört. Das innere röhrchenförmige Element 98 berührt den äußeren Umfang der Zigarette 14 auf dieselbe Weise, wie dies mit Bezug auf die Ausführungsform der 5 beschrieben ist. Dies steht im Gegensatz zu der Ausführungsform der 12, in der das poröse röhrchenförmige Element 96 von dem Umfang der Zigarette 14 beabstandet ist, um einen Ringraum 104 zu bilden, der ähnlich der mit Bezug auf 2 beschriebenen Ausführungsform ist. Die Funktion des röhrchenförmigen Elements 98 ist dieselbe, die mit Bezug auf die Ausführungsform der 2 beschrieben ist. Die brennende Glut mit dem Ascheanteil schreitet einwärts des Röhrchens fort. Das poröse Material 98 steuert die Luftströmung und nimmt den bevorzugten hauptsächlichen Anteil der von Sauerstoff befreiten heißen Verbrennungsgase in dem Bereich der brennenden Asche auf, um die gewünschte Steuerung der freien Brenngeschwindigkeit zu erreichen.
Bei der Ausführungsform der 12, 13 und 15 erstreckt sich die Filterspitze 24 der Zigarette 14 durch die Spitze 20. Die Spitze 20 kann einen Aufnahmeabschnitt 95 für die Filterspitre 24 haben, die bevorzugt poröse ist, da sie keine Filterfunktion ausüben muß. Der Aufnahmeabschnitt 95 ist durch Wickelpapier 97 an dem Röhrchen 12 befestigt.
Wie in 14 gezeigt ist, ist eine weitere alternative Ausführungsform für das röhrchenförmige Element 12 vorgesehen. Das röhrchenförmige Element 12 besteht aus einer Spiralumwicklung 106 aus nicht-brennbarem Material. Eine Zwischenschicht befindet sich auf dem Inneren 108 der Spiralumwicklung, um den Spiralabstand 110 mit einer Komponente zum Steuern der freien Brenngeschwindigkeit zu füllen. Bei dieser Ausführungsform kann, wie in 15 gezeigt ist, die Spiralumwicklung 106 an ihrer Innenseite ein röhrchenförmiges Element 112 aus porösem Material befestigt haben. Das röhrchenförmige Element 112 kann auf dieselbe Weise funktionieren, wie die Vorrichtungen, die mit Bezug auf die 12 und 13 beschrieben sind, wobei ein ringförmiger Zwischenraum 114 zwischen dem röhrchenförmigen Element 112 und dem Umfang der Zigarette 14 vorgesehen ist. Wie in 16 gezeigt, kann die Hülle 106 alternativ an ihrer Innenfläche 108 eine Hülle 116 aus porösem Material befestigt haben, das auf dieselbe Weise wie das poröse Material für das röhrchenförmige Element 112 funktioniere. Die Hülle 106 kann aus jedem geeigneten nicht brennbaren Material bestehen, vorzugsweise Keramikfaser. Das röhrchenförmige Element 108 oder die innere Hülle 116 sind ebenfalls aus nicht-brennbarem Material, das porös ist und das bevorzugt aus Aktivkohlenfaser besteht.
Die Ausführungsform der 17 kann ein röhrchenförmiges Element 12 aus jeder der oben angegebenen Konstruktionen haben, und an ihrer Fläche kann ein Temperaturindikator 118 vorgesehen sein. Der Temperaturindikator kann aus einzelnen Zellen 120 bestehen, die in Abhängigkeit von ihrer Temperatur die Farbe wechseln. Wenn die brennende Glut der Zigarette einwärts des röhrchenförmigen Elementes 12 brennt, ändert die Temperatur in diesem Bereich die Farbe der einzelnen Zellen 120, so daß der Raucher visuell die Bewegung der Glut einwärts des Elementes 12 verfolgen kann und aufhört, die Vorrichtung zu rauchen, wenn die letzte Zelle 120A anzeigt, daß die brennende Glut fast am Filter angekommen ist. Der Temperaturindikator erleichtert sehr die Benutzung der Vorrichtung 10 und verhindert, daß der Raucher an einer Zigarette zieht, die in dem röhrchenförmigen Element 12 erloschen ist, weil ihr Filterabschnitt erreicht ist. Es versteht sich auch, daß an einer einmal zu benutzenden Vorrichtung das röhrchenförmige Element 12 in ein poröses Zigarettenpapier eingewickelt sein kann. Wenn die Glut der Zigarette einwärts des röhrchenförmigen Elements 12 brennt, ändert das Zigarettenpapier etwas die Farbe und zeigt dadurch die Position der brennenden Glut innerhalb des röhrchenförmigen Elementes an. Alternativ kann das röhrchenförmige Element 12 aus einem nichtbrennbaren Ma terial bestehen, das die Farbe ändert, wenn die brennende Glut sich einwärts bewegt. Es versteht sich, daß der Klebstoff, der zur Vervollständigung der Naht der Abdeckung der Vorrichtung 12 verwendet wird, aus einem wärme-sensitiven Material bestehen kann. Dieses Material ändert dann die Farbe, wenn die brennende Asche sich einwärts des röhrchenförmigen Elementes 12 bewegt. Die Umhüllung kann aus einem nichtbrennbaren wärmebeständigen Material wie Keramikfaser bestehen, so daß die Vorrichtung wiederverwendbar ist. Das Material zu ihrem Verkleben kann eine Zusammensetzung haben, die wiederholt die Farbe ändern kann, wenn die brennende Glut sich einwärts des röhrchenförmigen Elements 12 bewegt.
Um ein einziges Zusammenpassen der Zigarettenspitze mit dem Halter zu erreichen, können eine zusammenpassende Zigarettenspitzenanordnung und Halterinneres vorgesehen sein, wie in 18 gezeigt ist. Eine Zigarette 14 hat einen Spitzenabschnitt 24, der mit einer längsgerichteten Aussparung 122 geformt ist. Der Halterspitzenabschnitt 20 hat eine Einbuchtung 124, die sich innerhalb der Bohrung 30 in Längsrichtung erstreckt. Die Form der Aussparung 122 ist so, daß sie einen Paßsitz mit der Einbuchtung 124 bildet, wodurch sichergestellt ist, daß nur Zigaretten, die zur Verwendung mit diesem Halter 20 gestaltet sind, in der Vorrichtung verwendet werden können. Eine solche Ausbildung kann beispielsweise sicherstellen, daß eine korrekte Zigarettenlänge mit der korrekten Filtergröße in der Spitze 20 verwendet wird oder daß die korrekte Zigarettenmarke in der Vorrichtung benutzt wird.
Eine weitere alternative Ausführungsform des röhrchenförmigen Elementes 12 ist in 19 gezeigt, wo eine gekrümmte Bahn für den Luftstrom in das röhrchenförmige Element und für den Seitenströmungsrauch ins Innere des röhrchenförmigen Elementes gezeigt ist. Eine Zigarette 14 ist von drei konzentrischen Röhrchen umgeben. Die ersten zwei inneren Röhrchen 130 und 132 haben Längsschlitze in sich, ähnlich denjenigen des röhrchenförmigen Elementes 12, das das äußere Röhrchen ist. Die Schlitze 134 des inneren Röhrchens 130 sind gegenüber den Schlitzen 136 des benachbarten röhrchenförmigen Elementes 132 versetzt. Ein ringförmiger Zwischenraum 138 befindet sich zwischen dem Umfang der Zigarette im Inneren des röhr chenförmigen Elementes 130. Ein schmaler Raum 140 befindet sich zwischen den röhrchenförmigen Elementen 130 und 132, und ein schmaler Raum 142 befindet sich zwischen dem röhrchenförmigen Element 132 und dem röhrchenförmigen Element 12. Ein solcher enger Zwischenraum zwischen den röhrchenförmigen Elementen hat ein gesteuertes Maß an Verbindung zwischen den Öffnungen in den jeweiligen Röhrchen zu Bildung der gekrümmten Strömungsbahnen zur Folge. Das röhrchenförmige Element 22 hat in sich die übliche verfilzte, gewebte Faser oder Strangfaser für die Steuerung der freien Brenngeschwindigkeit und des Seitenströmungsrauchs. Der Seitenströmungs-rauch, der von der brennenden Zigarette 14 abgegeben wird, bewegt sich nach außen durch Schlitze 134 und folgt dann einer gekrümmten Bahn zwischen den röhrchenförmigen Elementen 130 und 132, um durch die Öffnungen 136 nach außen zu strömen, die versetzt sind gegenüber den Öffnungen 134, und dann zurück durch den Raum zwischen den röhrchenförmigen Elementen 132 und 12, um auf das poröse Material 18 in dem äußeren Schnitt 16 des röhrchenförmigen Elementes 12 zu treffen. Durch Vorsehen dieser gekrümmten Strömungsbahn für den Seitenströmungsrauch findet ein verbesserter Filtereffekt zusammen mit weiterem Kühlen statt, so daß das Äußere des röhrchenförmigen Elementes 12 bequem zu berühren ist und gleichzeitig die Folge am Umfang der Zigarette reduziert wird.
Eine alternative Ausführungsform der Öffnungen des röhrchenförmigen Elementes 12 ist in den 20 und 21 gezeigt. Das röhrchenförmige Element 12 hat die Öffnungen 143 in sich auf spezielle Weise geformt, um die Seitenströmungsrauchsteuerung zu verbessern, während noch die notwendige Steuerung der freien Brenngeschwindigkeit erfolgt. Wie in dem Schnitt der 21 gezeigt ist, wird dies erreicht, indem die Öffnungen 143 in der röhrchenförmigen Wand beispielsweise durch Stanzen oder Ausstechen des röhrchenförmigen Elementes 12 hergestellt werden, um Grate oder Vorsprünge 144 des faserigen Materials zu bilden, die von dem Innendurchmesser 146 des röhrchenförmigen Elementes nach innen vorstehen. Das röhrchenförmige Element 12 besteht normalerweise aus einem Material eines Fasertyps, so daß die Grate 144 Fasern 145 innerhalb des Röhrchens vorstehen lassen, um die Filtration und Behandlung des Seitenströmungsrauchs weiter zu verbessern, der versucht, durch die Öffnungen 143 nach außen zu strömen.
Wie in 21 gezeigt ist, erfüllen die Grate 144 ein Anordnungsmerkmal beim Positionieren der Zigarette 14 mittig innerhalb des röhrchenförmigen Elementes 12, um einen Zwischenraum 44 zu bilden. Ein solches Positionieren der Zigarette innerhalb des röhrchenförmigen Elementes durch die Grate 144 verbessert weiter die Behandlungseigenschaft des Seitenströmungsrauchs der Grate indem der Rauch durch die Fasern 145 der Grate fließen muß bevor irgendwelche dampfförmigen Produkte durch die Öffnungen 143 abgegeben weiden können. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß durch die Verwendung dieser Art von Öffnungsform in dem röhrchenförmigen Element 12 nicht nur das Rauchempfinden des Elementes sehr nahe bei demjenigen des Rauchens einer normalen Zigarette ist, sondern auch der Geruch um den Umfang der Zigarette herum ist normal und gibt keinen Geruch ab.
22 zeigt noch eine weitere alternative Ausführungsform des röhrchenförmigen Elementes 12, wobei das röhrchenförmige Element dünner sein kann oder etwa dieselbe Dicke haben kann, wie die äußeren röhrchenförmigen Elemente der 20. Die Dicke ist durch das Ende 148 des röhrchenförmigen Elementes angegeben. Das röhrchenförmige Element 12 ist von der Zigarette 14 durch einen ringförmigen Zwischenraum 150 beabstandet. Das dünne röhrchenförmige Element ist aus überlappenden Schichten von keramischen Fasermaterial gebildet, das in einem Ofen konditioniert oder mild gebrannt ist, um durch Verbrennung das meiste Bindematerial von den keramischen Fasern zu entfernen. Die Schicht wird dann porös, da durch die Verbrennungsentfernung des Binders aus der Schicht eine Menge miteinander in Verbindung stehender Hohlräume entsteht, um die poröse Schicht zu formen. Die sehr poröse Schicht kann durch mehrfaches Umwickeln der Schicht zu einem Röhrchen geformt werden. Das Endresultat ist ein röhrchenförmiges Element mit sehr kleinen Poren, die das Entweichen von nicht sichtbaren flüchtigen Bestandteilen erlauben, aber gleichzeitig die notwendige Seitenströmungsrauchsteuerung und Steuerung der freien Brenngeschwindigkeit der brennenden Zigarette 14 bewirken. Durch Auswahl eines geeigneten Verhältnisses der keramischen Fasern zu brennbaren Bindern bei der Herstellung der Basisschicht kann das Erhitzen dieses Materials die gewünschte Porosität durch das gesteuerte Brennen des geformten Röhrchens produzieren, das eine gewünschte Menge der organischen Binder wie Zellulose entfernt. Die Schicht wird auf sich selbst gewickelt, um das röhrchenförmige Element 12 zu bilden, das dann gebrannt wird, um Gefüge von kommunizierenden Poren in dem röhrchenförmigen Element zum Entstehen der erforderlichen Porosität und Porengröße zu formen um den Seitenströmungsrauch und die freie Brenngeschwindigkeit zu steuern.
22 zeigt auch eine spezielle Anordnung für die Zigarette 14 in dem Röhrchen 12. Das Ende 26 der Zigarette kann einwärts von dem Ende 148 des Röhrchens beabstandet sein. Es wurde gefunden, daß die Zigarette 14 angezündet werden kann, indem die heißen Gase der Flamme 151 des Anzünders 153 in das Röhrchen gezogen werden, wo das Zigarettenende 26 innerhalb des Röhrchens 12 positioniert ist. Beispielsweise kann das Ende 26 um eine halbe Zigarettenlänge entfernt von dem Röhrchenende 148 angeordnet werden. Das zurückgezogene Positionieren des Zigarettenendes reduziert die Größe des Seitenströmungsrauchs, der beim Anzünden der Zigarette in der Vorrichtung 10 freigegeben werden könnte.
Verschiedene Strukturen für den Filterspitrenabschnitt oder Mundstückabschnitt der Vorrichtung 10 sind beschrieben worden. Eine alternative Konstruktion der Filterspitze ist in den 23 und 24 gezeigt, wo die Filterspitze 20 eine Hülse 160 enthält, die zylindrisch sein kann, um eine zylindrische Schulter 162 zu bilden. Das zylindrische röhrchenförmige Element 12 sitzt im Reibsitz auf der Hülsenschulter 162, da seine Innenfläche 164 etwa denselben Durchmesser hat, wie die Schulter 162. Die Hülse hat einen ringförmigen Flansch 166, der einen Stop bildet, an dem das Ende 168 des Röhrchens anliegt. Filterwickelpapier 170 umgibt einen dünnen Einsatz 172, der einem Zusammendrücken in diesem Bereich des Filters widersteht, um zu gewährleisten, daß der Raum 190 beibehalten wird. Das Papier 170 und die Hülse 172 können an dem röhrchenförmigen Element angeklebt werden, um das Zusammen setzen der Filterspitze an dem Röhrchen zu vervollständigen. Alternativ kann das röhrchenförmige Element getrennt von dem Filter sein, um das Einsetren einer neuen Zigarette zu erleichtern. Wenn es gewünscht ist, einen Grad von Ventilation in den Zigarettenhauptstrom vorzusehen, können Ventilationslöcher in dem Einsatz 172 auf normale Weise vorgesehen sein.
Die Hülse 160 hat eine Bohrung 174 in sich, die auf einer Reibsitzbasis einen Endabschnitt 176 der Tabakeinlage 22 aufnimmt. Der Reibsitz der röhrchenförmigen Tabakeinlage in der Hülse 160 stützt die Tabakeinlage und positioniert sie innerhalb des röhrchenförmigen Elements 12. Die Hülse 160 kann einstöckig mit einem röhrchenförmigen porösen Tragstruktur 178 geformt oder damit verbunden sein, die ein Drahtgeflecht sein kann. Die poröse röhrchenförmige Struktur 178 trägt ein Mikrofasermaterial 180. Das Mikrofasermaterial kann nach einem Verfahren hergestellt sein, das in dem kanadischen Patent 1,057,924, dem US-Patent 3,882,877 und der veröffentlichten internationalen Anmeldung EO90/09741 des Anmelders beschrieben ist. Diese Druckschriften beschreiben die Verwendung von solchem Mikrofasermaterial in Zigarettenfiltern. Das Mikrofasermaterial ist sehr wirksam beim Filtern des Tabakrauchs, während es gleichzeitig einen sehr geringen Druckabfall hervorruft, wenn der Rauch durch den Filter strömt. Der Rauch tritt durch die zentrale Öffnung 182 in Richtung des Pfeils 184 in den röhrchenförmigen Filter 20 ein. Der Rauch wandert radial durch den ersten röhrchenförmigen Filter 180, wie durch Pfeile 186 angezeigt ist. Es sei bemerkt, daß der Rauch weiter den röhrchenförmigen Filter 136 herabwandert, wenn der Filter Partikel aus dem Zigarettenrauch entfernt, so daß die Wirksamkeit des Filtermaterials nicht beeinträchtigt wird. Ein zweiter röhrchenförmiger Filter 188 kann wahlweise das Mikrofasermaterial 180 umgeben, der aus einem zweiten Filtermaterial besteht. Bevorzugt ist das zweite Röhrchen 188 konzentrisch mit dem ersten röhrchenförmigen Filter 180 und überlappt diesen. Vorzugsweise besteht der zweite röhrchenförmige Filter aus Kohlenstoff und speziell Aktivkohlenstoff, um Partikel aus dem Rauchstrom zu entfernen und den Geschmack des Zigarettenrauchs zu modifizieren. Der zweite röhrchenförmige Filter 180 ist in dem ringförmigen Raum zwischen dem ersten Filter 180 und dem Kunststoffeinsatz 172 angeordnet. Mit dem angeordneten zweiten röhrchenförmigen Filter ist ein ringförmiger Raum 190 zwischen dem zweiten Filter und dem Umlegpapier gebildet. Der Rauch strömt in der fortgesetzten Richtung des Pfeils 186 entlang des Ringraums 190 und um einen Stop 192, der ein ringförmiges Feld von Öffnungen 194 hat, die den Rauch in einen Raum 196 fließen lassen. Der Raum verteilt den Rauch über die Innenfläche 198 des Filterstopfens 200, um den Rauch zu verteilen, so daß er in einer Richtung der Pfeile 202 durch den Filterstopfen 200 strömt. Der Stop 192 dieser Ausführungsform verschließt den Endabschnitt 204 des ersten Filterröhrchens 180, um sicher zu stellen, daß der Rauch gezwungen ist, durch das Mikrofaserfiltermaterial zu strömen, wenn jemand an der Zigarettenvorrichtung zieht. Diese Konstruktion für die Filterspitre ist besonders vorteilhaft in Richtung der Hauptströmung des Rauchs von der dünnen Zigarette 14 durch eine Mehrfachkomponentenfilteranordnung, um eine genaue Filtration zu gewährleisten und einen Hauptströmungsrauch an der Filterspitze zu erzeugen, die dem Raucher gefällt und den normal erwarteten Geschmack und Druckabfall vorsieht.
Mit Bezug auf 25 wird eine bevorzugte Ausführungsform der Konstruktion der Filterspitre der 23 gezeigt. In 25 ist die Vorrichtung zum Halten des ersten röhrchenförmigen Filtermaterials, das aus Mikrofasermaterial bestehen kann, ein spritzgegossenes Element 206. Das Element hat eine Hülse 160 mit der Außenschulter 162, dem Stop 166 und der inneren Bohrung 174. Die Halterung 178 für das erste Filtermaterial hat eine Vielzahl von Schlitzen 208, die sich in Längsrichtung erstrecken, so daß der Zigarettenrauch durch die Öffnungen 182 in die röhrchenförmige Halterung eintreten kann, um radial die Schlitze 280 zu passieren. Wie erwähnt, enthält der Stop 192 einen ebenen Abschnitt 210, der den Endbereich der röhrchenförmigen Halterung 178 für das erste Filtermaterial abblockt. Außerdem enthält der Stop 192 Knöpfe 214, die einen Abstandhalter zur Anordnung des Filterstopfens 200 der 24 von der Innenfläche 216 des Stops bilden, um den Raum 196 hervorzurufen, wie mit Bezug auf 24 beschrieben ist. Wie in 25 gezeigt, sind die Knöpfe 214 um den Umfang des Stops 192 herum angeordnet. Außerdem sind die Öffnungsräume 194 zwischen den Knopfhalterungen 212 gezeigt, durch die der Tabakrauch beim Auffüllen des Raums 196 strömt.
Wie vorher erwähnt, kann die Tabakeinlage die Form einer Tabaksäule haben, die in einem hochgradig porösen Sieb geformt und unter dem Warenzeichen "Custom Cut" von Rothmans, Benson & Hedges Inc. vertrieben wird. Ein solcher Tabakstab wäre zu porös, um das Rauchen zu ermöglichen, wenn er alleine geraucht würde. Es versteht sich, daß das röhrchenförmige Element 12 geeignet sein kann, die Porosität der Siebhalterung des Tabakstabes zu verringern, damit dieser rauchbar wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß innerhalb des röhrchenförmigen Elementes 12 eine innere Hülle angeordnet wird, in die der Tabakstab eingeführt wird, oder bei Anwendung der Ausführungsform der 5 oder 13, um den Umfang des Tabakstabes zu umschließen und zu berühren, um die erforderliche Verringerung der Porosität zu erreichen, so daß der Tabakstab geraucht werden kann. Andere Variationen für ein normalerweise nichtrauchbares Produkt schließen die Modifizierung des Zigarettenfilters 24 der 2 auf solche Weise ein, daß das Filterwickelpapier oder Äußere zu porös ist, um einen Zug an der entzündeten Tabakeinlage zu bewirken. Wenn jedoch die poröse Filterspitze 24 der Zigarette 14 in die Spitre 20 eingesetzt ist, dichtet das innere der Bohrung in der Spitre 20 beispielsweise gemäß 12 das poröse Filteräußere ab, so daß die Zigarette rauchbar wird. Eine weitere Alternative ist, einen festen ungefiltert umwickelten Tabakstab, der zu fest ist, um normal geraucht zu werden, in der Spitze 20 zu positionieren, um den gewünschten gefilterten rauchbaren Geschmack hervorzurufen.
Die Vorrichtung, die die Zigarette oder Zigarre umgibt, hat eine signifikant sichere Eigenschaft, sollte die Vorrichtung zufällig auf ein entflammbares Material fallen. Das nicht-brennbare röhrchenförmige Element enthält die brennende Glut der Zigarette und verhindert den direkten Kontakt der brennenden Glut mit möglicherweise entzündbarem Material. Außerdem hat das röhrchenförmige Element entweder durch den Ringraum oder durch seine Dicke einen Umfang, der obwohl heiß zu berühren, nicht eine Temperatur hat, die einen Raucher verbrennen würde. Obwohl das röhr chenförmige Element warm werden kann während des Rauchvorgangs, würde es nicht so heiß sein, um den Benutzer zu verbrennen. Das röhrchenförmige Element endet bevorzugt mit dem Ende der Tabaksäule und kann sogar damit fluchten. Da das röhrchenförmige Element nicht brennbar ist, kann eine Flamme auf das Ende der Vorrichtung gerichtet sein, um das vordere Ende der Zigarre oder Zigarette anzuzünden, so daß das Rauchen beginnen kann.
Wie bereits erwähnt, ist ein weiterer Vorteil der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung dann gegeben, wenn ein katalytisches Material oder Partikel enthalten sind, die Geruch verursachende Gase in Bestandteile umwandeln, die weniger oder keinen Geruch haben. In Abhängigkeit von der Wirksamkeit des Seitenströmungsrauchsteueraspekts der Vorrichtung wurde beobachtet, daß die einzigen Bestandteile, die durch das röhrchenförmige Element entweichen, unsichtbare geruchlose Gase sind. Es ist deshalb wichtig, diesen Geruch entweder dadurch zu verringern, indem einige der Rauchbestandteile als unsichtbarer Dampf austritt, um den Geruch zu überdecken, oder Schritte zu ergreifen, den Geruch so zu reduzieren, daß er während des Rauchvorgangs nicht bemerkbar ist. Es versteht sich, daß beträchtliche Mengen von Geruch verursachenden Gasen von einer brennenden Zigarette während des normalen Rauchprozesses abgegeben werden, jedoch werden starke Gerüche solcher Geruch erzeugenden Gase durch die anderen Bestandteile des Rauchs überdeckt, die mit dem Seitenströmungsrauch emittiert werden. Es wurden jedoch geeignete Katalysatoren gefunden, die aus Edelmetallen, seltenen Erdmetallen und dergleichen und Mischungen daraus entweder als Katalysatoren oder Metalle in den Katalysatoren bestehen. Bevorzugte Metalle schließen Platin oder Cer ein, die benutzt werden können, um die Geruch erzeugenden Gase zu oxidieren, um sie geruchlos zu machen. Die Katalysatorpartikel können in verschiedenen Aspekten des röhrchenförmigen Elementes eingeschlossen sein. Sie können in dem porösen Material plaziert sein oder in den verschiedenen Arten von Öffnungen in dem röhrchenförmigen Element und beispielsweise bei der Herstellung des Mattenmaterials 18 können die katalytischen Partikel in die Matte eingeschlossen sein. Katalytische Materialien können auf das Innere oder Äußere des röhrchenförmigen Elementes aufgebracht werden oder an den Fa sersträngen haften, die in den Schlitzen des röhrchenförmigen Elementes angeordnet werden. Es sei erwähnt, daß das katalytische Material als ein dünner Film auf der Innenseite des röhrchenförmigen Elementes aufgebracht sein kann oder in den Öff nungen 104 der Ausführungsform der 12 und 13. Das katalytische Material kann als ein wärmebehandeltes Material in den Öffnungen 104 eingeschlossen sein, um eine weitere Seitenströmungs- und freie Brenngeschwindigkeitssteuerung vorzusehen, solange wie der Katalysator in einem Bereich positioniert ist, wo die gewünschte Oxidation der dampfförmigen Materialien in den Aerosolen erreicht wird, die das röhrchenförmige Element durchdringen.
Das katalytische Material, das in dem Material zur Herstellung des röhrchenförmigen Elementes beispielsweise bei der Herstellung der Matte 18 eingeschlossen ist, hat signifikante Vorteile beim Umwandeln von Geruch verursachenden unsichtbaren Gase entweder in geruchlose Gase oder in Gase mit einem akzeptablen Geruch, und gleichzeitig ermöglicht es eine zusätzliche Steuerung bei der Bereitstellung der erforderlichen vorbestimmten Porosität in dem röhrchenförmigen Element. Die Vorteile sind besonders offensichtlich, wenn der Katalysator bei der Herstellung von gebrannten rohrförmigen Elementen der 22 verwendet wird. Das röhrchenförmige Element kann geformt werden, indem zwei oder mehr Schichten der ausgebildeten keramischen Vorläuferschicht gewickelt werden, um das röhrchenförmige Element zu erhalten. Die Schicht kann auf die übliche Weise geformt werden, indem ein Schlamm des keramischen Vorläufermaterials gemacht wird, der Ton, Tonerdebinder, verschiedene Arten von organischen Bindern, Aluminiumoxid und andere normale Bestandteile hat, die üblicherweise in einem keramischen Vorläufermaterial enthalten sind. Um die Schicht herzustellen, wird dieser Schlamm mit hohem Feststoffbestandteil ausgelegt, wie bei einem üblichen Papierherstellungsprozeß, gerollt und getrocknet, um eine Schicht eines keramischen Vorläufermaterials zu bilden. Die Schicht wird dann, wie oben erwähnt, um sich selbst einmal oder mehrmals in Abhängigkeit von der Dicke der Schicht gewickelt, um ein rohrförmiges Element einer gewünschten Dicke zu erhalten. Bei der Herstellung der Schicht können katalytische Materialien und/oder katalytische Vorläufermaterialien in den Schlamm eingegeben und entwe der gelöst oder in dem Schlamm verteilt werden, wobei das katalytische Material, entweder in der Form eines Katalysators oder Vorläufers, entsprechend in dem Schichtmaterial ist, wenn dieses zu dem röhrchenförmigen Element gewickelt wird und während des Brennens des röhrchenförmigen Elementes. Es wurde gefunden, daß das Vorhandensein des katalytischen Materials einen zusätzlichen Steuerfaktor beim Erreichen einer gewünschte Porosität in dem röhrchenförmigen Element hat und durch seine Anwesenheit in dem röhrchenförmigen Element eine verbesserte O- xidation der Geruch verursachenden Gase bewirkt, wenn diese durch das röhrchenförmige Element strömen. Eine solche verbesserte Oxidation ist vergleichbar mit dem Beschichten des röhrchenförmigen Elementes auf der Innenseite mit einem katalytischen Material.
Obwohl angenommen wird, daß eine Vielzahl von katalytischen Materialien verwendet werden können, wie die oben erwähnten katalytischen Materialien auf der Basis von Edelmetallen, seltenen Erdmetallen und dergleichen, die Platin oder Cer einschließen, wurde gefunden, daß das bevorzugte katalytische Vorläufermaterial zum Einschließen bei der Röhrchenherstellung ein Ceroxidkatalysatorvorläufer ist, nämlich hydriertes Ceroxid. Dieses Material kann von Advanced Material Resources of Toronto, Ontario, Canada, erhalten werden. Der Einschluß der hydrierten Form des Ceroxids in den keramischen Vorläuferschlamm führt dazu, daß eine kristalline Struktur sich während des Brennvorgangs ändert. Das Ceroxid wird dehydriert, um ein alternatives Ceroxid in dem gebrannten Material normalerweise in der Form von Kristallen zu werden. Während der Umwandlung des hydrierten Ceroxids zu Ceroxidskatalysator wird angenommen, daß das sich entwickelnde Ceroxid die Oxidation katalysiert, d. h. Verbrennen des Bindermaterials, insbesondere wenn der Binder ein organisches wie beispielsweise Zellulosematerial ist. Es wird angenommen, daß die katalysierte Oxidation des Bindermaterials die Größe der Poren erhöht, die in dem röhrchenförmigen Element gebildet sind, wenn es gebrannt ist. Wegen der Anwesenheit des katalytischen Ceroxids kann das Ausmaß der Oxidierung des Zellulosematerials gesteuert werden, um eine gewünschte Porengröße zu dem Material zu erhalten, mit der gewünschten vorbestimmten Porosität in dem röhrchenförmigen Element.
Ein anderer Vorteil des in situ-Einbaus des Ceroxidkatalysators in das röhrchenförmige Element ist, daß eine verbesserte Oxidation der unsichtbaren Geruch erzeugenden Bestandteile erreicht wird, wodurch alle unangenehmen Gerüche aus der Zigarettenkonstruktion reduziert werden. Es wurde gefunden, daß die unsichtbaren flüchtigen Komponenten Ammoniak und Aldehyde enthalten. Die in situ-Anwesenheit des Ceroxids hat überraschenderweise selbst bei Anwesenheit von hohen Mengen von Kohlenmonoxid die Oxidation des Ammoniaks und der Aldehydbestandteile bewirkt und diese in geruchlose Bestandteile oder wenigstens Bestandteile umgewandelt, die einen normaleren Geruch beim Zigarettenrauchen haben. Es ist besonders überraschend im Hinblick auf alle Chemikalien der Verbrennung einer brennenden Zigarette, daß der Ceroxid-Katalysator insbesondere beim Neutralisieren des Geruchs von Ammoniak in den unsichtbaren flüchtigen Bestandteilen gut wirkt, die das poröse röhrchenförmige Element durchdringen.
Obwohl die in situ-Bildung des Ceroxid-Katalysators in dem röhrchenförmigen Element vorteilhaft ist, nicht nur bei der katalysierenden Oxidation von flüchtigen Be- standteilen, sondern auch bei der verbesserten Steuerung der Porosität des Elementes, wird festgestellt, daß der Ceroxidkatalysator in gesinterter Form als ein Pulver auf das Innere oder Äußere des röhrchenförmigen Elementes oder in die Öffnungen des röhrchenförmigen Elementes oder auf die Matten der Öffnungen in dem röhrchenförmigen Element aufgebracht werden kann, wie vorher mit Bezug auf die anderen Arten von Katalysatoren beschrieben ist.
Verschiedene Aspekte der mehreren Ausführungsformen werden nachfolgend ausgeführt, wobei diese speziellen Beispiele den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken sollen. Die Zigarette der Vorrichtung kann eine Größe von etwa 3,5 mm bis 10 mm und bevorzugt etwa 4 mm bis 8 mm im Durchmesser haben. Sehr akzeptable Ergebnisse wurden mit Zigaretten mit einem Durchmesser von etwa 4 mm bis 5 mm erhalten. Zum Erreichen des gewünsch-ten Geschmacks in dem Hauptströmungsrauch insbesondere bei den dünneren Zigaretten versteht es sich, daß die Mi schung der Zigarette modifiziert sein kann entsprechend den Mischungsprozessen, die in dem US-Patent 5,524,647 des Anmelders beschrieben sind. Die Packungsdichte der Zigarette muß selbst bei den dünneren Zigaretten nicht speziell getroffen sein. Normale Packungsdichten können in dem Bereich von 200 bis 300 mg/cm³ verwendet werden. Die Vorrichtung bietet eine gewünschte Anzahl von Zügen für die dünnere Zigarette, so daß es nicht erforderlich ist, eine höhere oder niedrigere als die normalen Packungsdichten zu verwenden. Die Zigarette kann in jedes geeignete Zigarettenpapier einer Porosität gewickelt sein, die größer sein kann als die Porosität des Röhrchens. Die Papierporosität sollte im Bereich von 10 bis 100 Coresta-Einheiten liegen und vorzugsweise 40 bis 60 Coresta-Einheiten betragen. Vanille oder andere Geschmacksadditive können in das Papier eingeschlossen sein. Die freie Brenngeschwindigkeit bei dünnen Zigaretten ist bei normalen Rauchbedingungen, d. h. außerhalb des Röhrchens ziemlich hoch. Beispielsweise ist bei einer Zigarette mit 5 mm Durchmesser mit normaler Mischung, Packungsdichte und Zigarettenpapier die freie Brenngeschwindigkeit etwa 5 mm/Minute. Bei der 4 mm Durchmesser Zigarette . ist die freie Brennge-schwindigkeit signifikant größer nämlich 8 bis 10 mm/min. Dies ist sehr hoch, wenn man bedenkt, daß eine normale 8 mm Zigarette eine freie Brennge-schwindigkeit von etwa 3 mm/min hat. Die Verwendung der Vorrichtung wandelt eine dünne Zigarette normaler Länge in eine Zigarette mit 8 bis 10 Zügen um, was sehr überraschend ist, wobei der gewünschte Geschmack für den Raucher beibehalten wird.
Die physikalischen Parameter des Röhrchens, das diese Eigenschaften hat, schließen einen Porositätswert für das Röhrchen in dem Bereich von etwa 20 Coresta-Einheiten bis zu etwa 60 Coresta-Einheiten ein. Wenn die Vorrichtung zusammengesetzt ist, kann der Druckverlust für die Einheit in einem Bereich von 0,5 cm H₂O Säule bis 25 cm H₂O Säule und bevorzugt 2 bis 14 cm H20 Säule und am meisten bevorzugt 5 bis 10 cm H₂O Säule liegen. Der Innendurchmesser des Röhrchens ist etwa 7 bis 10 cm bei einer Röhrchenwanddicke von etwa 0,25 mm bis etwa 0,5 mm. Die bevorzugten Zigarettendurchmesser sind etwa 4 bis 5 mm, um einen Zwischenraum von etwa 0,5 mm bis 3 mm, bevorzugt 1 bis 2,5 mm, und am meisten bevorzugt etwa 1,5 bis 2,5 mm hervorzurufen. Bei Verwendung dieses Bereichs des Zwischenraums zwischen der Zigarette und dem Röhrchen nimmt die Zigarette eine Temperatur von etwa 600 bis 800°C während des Zuges und etwa 400 bis 600°C während der Ruhe an. Das Röhrchen hat eine beträchtlich geringere Temperatur in dem Bereich von etwa 120 bis 200°C. Die Röhrchenaußentemperatur ist normalerweise eingewickelt in normales Zigarettenpapier mit einer Porosität von 10 bis 100 Coresta-Einheiten und bevorzugt 40 bis 80 Coresta-Einheiten, wobei die Porosität des Papiers größer sein sollte als diejenige des Röhrchens, um sicher zu stellen, daß das Papier nicht den Röhrchenporositätsfaktor nachteilig beeinflußt, die freie Brenngeschwindigkeit zu steuern. Es wurde gefunden, daß bei der Anwendung des katalytischen Materials wie Ceroxid auf die Außenseite des Röhrchens die Verbrennung des Papiers katalysiert wird, so daß es eine größere Papierentfärbung bei jedem Zug gibt, um deutlich die Stelle der brennenden Glut in dem Röhrchen anzuzeigen. Bei diesem Bereich der Porosität für das Röhrchen und das Papier, wobei die Porosität im wesentlichen gleichförmig über das Material ist, durchströmt kein sichtbarer Seitenströmungsrauch das Röhrchen, sondern nur unsichtbare flüchtige Bestandteile passieren, die in der Anwesenheit des Katalysators behandelt werden, so daß die Gase in geruchlose Bestandteile umgewandelt werden.
Die bevorzugte Zigarettenfilterkonstruktion der 24 hat einen sehr geringen Druckabfall, üblicherweise die Hälfte des Druckabfalls eines normalen Filters nämlich in dem Bereich von etwa 1 bis 3.
Das bevorzugte katalytische Material ist eine mild gebrannte hydrierte Form von Ceroxid (Ce₂O₃xH₂0) das von oben erwähnten AMR in Toronto erhältlich ist. Der Katalysator kann bei der Schichtherstellung eingelagert werden, wobei eine Schlammzusammensetzung von etwa 90 bis 95 Gew.-% Wasser anorganische Materialien von Glasfasern und Mikrofasern, Ton, Talkum und dergleichen und organische Binder von Acrylnitril und Acryl-basiertem Latex enthält. Um außerdem die Papierfestigkeit vor dem Brennen zu halten, kann der Schlamm Zellulosefasern enthalten. In dem fertigen getrockneten Papier können die anorganischen Stoffe bis zu 90 Gew.-% des Pa piers haben. Das Papier hat normalerweise eine Dicke von 5 bis 10 mil und wird 2 bis 3 mal beim Herstellen des Röhrchens gewickelt. Das Röhrchen wird mild gebrannt durch Wärmebehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre bei einer ersten Phasentemperatur von etwa 220 bis 260°C und einer zweiten Phasentemperatur von 400°C bis 600°C. Diese stufenweise Erhitzung gewährleistet die Freigabe der flüchtigen Bestandteile ohne Verpuffung des Materials. Der Katalysator kann auf einer Trockenschichtgewichtbasis von etwa 0,5 bis 10% eingebaut sein. Bevorzugt wird der Katalysatorvorläufer mit etwa 1 bis 5 Gew.-% und am meisten bevorzugt 1 bis 3 Gew.-% eingeschlossen. Mit geeigneten organischen Belastungen wird eine gewünschte Porosität in dem Röhrchen erreicht, wenn die Porengröße in der Lage ist, die Strömung zu beschränken, um die freie Brenngeschwindigkeit zu steuern und die heißen Verbrennungsgase in dem Röhrchen aufzunehmen. Bevorzugte Dichten des Papiers haben eine Dichte von etwa 0,70 g/cm³ bis etwa 0,80 g/cm³, was mit einer höheren organischen Belastung in dem Schlamm erreicht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das röhrchenförmige Element dieselbe Außenabmessung haben wie eine herkömmliche Zigarette, so daß die Gesamterscheinung der Vorrichtung mit der angeordneten Spitze derjenigen einer konventionellen Zigarette gleich ist. Wegen der Steuerung der freien Brenngeschwindigkeit kann die dünne nicht-konventionelle Zigarette, die mit der Vorrichtung benutzt wird, beträchtlich weniger Tabak haben, vielleicht bis zu drei Viertel weniger Tabak, und gemäß einer bevorzugten Aus-führungsform der Erfindung zwei Drittel weniger Tabak. Die Steuerung der freien Brenngeschwindigkeit gewährleistet, daß die Zigarette während der Ruhephase ausreichend langsam brennt, so daß die übliche Anzahl von Zügen von der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhalten wird, die derjenigen einer herkömm-lichen Zigarette entspricht. Die signifikante Reduzierung der verwendeten Tabakmenge, die normalerweise bei einer herkömmlich bemessenen Zigarette verloren ginge, bringt eine signifikante Kostenersparung bei der Zigarettenherstellung, während alle anderen Vorteile und Eigenschaften einer konventionellen Zigarette realisiert bleiben.

Claims

Vorrichtung (10) zum Minimieren der Rauchseitenströmung und zum Reduzieren der freien Brenngeschwindigkeit einer brennenden Zigarette (14), wobei die Vorrichtung (10) umfasst: i) ein nicht-brennbares, poröses röhrchenförmiges Element (12), das eine wirksame Länge einer Tabakeinlage (22) einer Zigarette (14) umschließt, die in dem röhrchenförmigen Element (12) angeordnet ist, wobei das röhrchenförmige Element (12) ein offenes Ende nahe dem vorderen Ende (26) der Zigarette hat, um das Anzünden des vorderen Endes (26) der Zigarette und den Eintritt von Luft zu ermöglichen, und ii) wobei das röhrchenförmige Element (12) Mittel (16) sowohl zum Minimieren der Rauchseitenströmungsemission von einer brennenden Tabakeinlage als auch zum Reduzieren der freien Brenngeschwindigkeit der brennenden Tabakeinlage aufweist, um die Anzahl der Züge aus der brennenden Tabakeinlage zu erhöhen, wobei die Mittel zum Minimieren der Rauchseitenströmung und zum Reduzieren der freien Brenngeschwindigkeit eine vorbestimmte Porosität für das röhrchenförmige Element (12) wenigstens entlang seiner Länge aufweist, die die wirksame Länge der Tabakeinlage (22) umschließt, wobei die vorbestimmte Porosität für das röhrchenförmige Element: a) wenigstens einige Verbrennungsgase, denen Sauerstoff entzogen ist, in dem röhrchenförmigen Element (12) einbehält, um die Freigabe von Rauchpartikeln durch die Öffnungen (16) zu minimieren und b) das Einströmen von Luft beschränkt, um die freie Brenngeschwindigkeit einer Zigarette zu reduzieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das röhrchenförmige Element (12) einen Innendurchmesser hat, der größer ist als der Außendurchmesser einer Zigaret te (14), um einen Ringraum zwischen der Innenfläche (40) des Röhrchens und dem Außenumfang (42) der Zigarette zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei Öffnungen (16) die Form von engen Schlitzen haben.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Öffnungen (16) Schlitze sind, die mit einer porösen Matte (18) überdeckt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Öffnungen (16) Schlitze sind, die mit Strängen (126) von Kohlenstofffasern überdeckt sind, die sich entlang jedes Schlitzes erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Öffnungen (16) Poren (102, 143) sind, die sich durch die röhrchenförmige Wand (12) erstrecken und eine Porengröße haben, die die vorbestimmte Porosität bewirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Poren (16) in die röhrchenförmige Wand eingearbeitet sind und faserige Vorsprünge (144) innerhalb des Röhrchens (12) bilden, wobei die Vorsprünge eine Zigarette in dem röhrchenförmigen Element zentrieren.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das röhrchenförmige Element (12) aus keramischer Faser gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das röhrchenförmige Element (12) einen röhrchenförmigen Abschnitt (54) aus porösem Material enthält, das die vorbestimmte Porosität hat und eine Zigarette (50) umschließt und in Kontakt mit dieser steht.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Abschnitt (54) mehrere Schichten aus faserigem Material enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das röhrchenförmige Element (12) mit einem porösen faserigen Material (98) ausgekleidet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, 9 oder 11, wobei die poröse Matte, das poröse Material, das eine poröse Matte ist, oder das poröse faserige Material Kohlenstoff-Faserstoff, Glas-Faserstoff, keramischer Faserstoff, Hochtemperatur-Kunststoff-Faserstoff oder metallischer Faserstoff ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das röhrchenförmige Element (12) eine Wand (106) aus spiralförmig gewickeltem, nicht-brennbaren Material mit einem Schlitz (110) aufweist, der sich entlang der spiralförmigen Wicklung erstreckt, wobei der Schlitz (110) mit einer porösen Matte (112, 116) überdeckt ist, um die Öffnungen zu bilden, die aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, keramischen Fasern, hochtemperaturbeständigen Kunststofffasern oder metallischen Fasern gebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Matte oder das faserige Material aus Aktivkohlenstofffasern besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Öffnungen (16) durch Wärmebehandlung eines röhrchenförmigen Elementes aus keramischem Vorläufermaterial gebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das röhrchenförmige Element (12) durch Wickeln einer Schicht aus keramischem Vorläufermaterial gebildet ist, um das röhrchenförmige Element (12) zu formen, und durch Wärmebehandlung des Elements, um die Poren darin auszubilden.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Schicht brennbare Binder enthält, die während der Wärmebehandlung verdampfen und die Poren bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Abschnitt (12) des röhrchenförmigen Elementes mehrere konzentrische Röhrchen (12, 130, 132) enthält, und wobei jedes Röhrchen mehrere Öffnungen (134, 136) hat, wo jedes Röhrchen ein inneres anliegendes Röhrchen überlappt, und wobei die Öffnungen jedes Röhrchens versetzt sind, um gekrümmte Bahnen durch die Öffnungen des röhrchenförmigen Elementes zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei ein äußerstes Röhrchen (12) der konzentrischen Röhrchen (12, 130, 132) Öffnungen (16) hat, die mit einer porösen Matte überdeckt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei das röhrchenförmige Element (12) einen Katalysator enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei das röhrchenförmige Element (12) einen Katalysator enthält, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Edelmetallen und seltenen Erdmetallen und Gemischen daraus besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei der Katalysator ein auf Platin oder Cer basierendes katalytisches Material ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei der Katalysator Cer ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20, 21, 22 oder 23, wobei der Katalysator innerhalb des röhrchenförmigen Elementes gebildet oder auf die Innenfläche (40) des röhrchenförmigen Elementes aufgebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei der Katalysator Ceroxid ist und geformt wird während eines gemäßigten Brennens des röhrchenförmigen Elementes (12) aus einem Schlamm einer keramischen Vorläuferzusammensetzung, die ein Hydrat des Ceroxid enthält, Brennen des keramischen Vorläufers, Umwandeln der wasserhaltigen Form des Ceroxids in Ceroxid gleichzeitig mit der Bildung von Poren (16) in dem röhrchenförmigen Element (12).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei das röhrchenförmige Element (12) in poröses Zigarettenpapier eingewickelt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei das röhrchenförmige Element (12) mit einem porösen Überzug umwickelt ist, der einen auf Temperatur ansprechenden Streifen (118) enthält, um visuell die Stelle der brennenden Zigarettenkohle (21) in dem röhrchenförmigen Element (12) anzuzeigen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, wobei das röhrchenförmige Element eine Zigarette (14) aufnimmt, die einen Durchmesser in dem Bereich von etwa 4 bis 8 mm hat.
Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Zigarette (14) einen Durchmesser in dem Bereich von etwa 4 bis 6 mm hat.
Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei die Zigarette (14) einen Durchmesser von etwa 4 mm hat.
Zigarettenanordnung mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 30 mit einer darin angeordneten Zigarette (14), die einen Durchmesser im Bereich von etwa 4 bis 8 mm hat.
Zigarettenanordnung nach Anspruch 31, wobei die Zigarette (14) einen Durchmesser in einem Bereich von etwa 4 bis 6 mm hat und wobei die Mittel zum Minimieren der Rauchseitenströmung und zum Reduzieren der freien Brenngeschwindigkeit eine normale Anzahl von Zügen aus der dünnen Zigarette (14) in dem Bereich von etwa 8 bis 10 pro Zigarette vorsehen.
Zigarettenanordnung nach Anspruch 31, wobei die Zigarette (14) in ein Filterelement (20), das mit einem Ende (168) des röhrchenförmigen Elementes (12) verbunden ist, eingesetzt und von diesem gehalten wird, und dass das Filterelement (20) die Zigarette mittig innerhalb des röhrchenförmigen Elementes (12) positioniert.
Zigarettenanordnung nach Anspruch 33, wobei ein Abschnitt des Filterelementes (20) reibschlüssig in das röhrchenförmige Element (12) eingesetzt ist, und umgelegtes Papier (80) das Filterelement (20) an dem röhrchenförmigen Element (12) befestigt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, wobei das röhrchenförmige Element (12) eine dünne Zigarette mit einem Durchmesser im Bereich von etwa 4 bis 6 mm umschließen kann, wobei eine Filterspitze (20) ein Einlassende und ein Auslassende (220) hat und das Einlassende (24) eine ringförmige Nut (160) mit einer zentralen Bohrung (174) besitzt, um ein Ende der Zigarette (22) aufzunehmen, und die ringförmige Nut (160) eine äußere Schulter (162) hat, an der das röhrchenförmige Element (12) reibschlüssig anliegt, und die mittige Bohrung (174) in Verbindung mit einem ersten inneren Röhrchen (180) eines ersten Filtermaterials steht, wobei das Röhrchen (180) ein geschlossenes Ende (192) gegenüber dem Ende besitzt, das in Verbindung mit der zentralen Hülsenbohrung (174) steht, und ein ringförmiger Zwischenraum (190) außerhalb des ersten Röhrchens (180) vorgesehen ist, und wobei ein Filterstopfen (200) stromabwärts des ringförmigen Zwischenraums (190) angeordnet ist und das äußere Ende (202) der Filterspitze füllt, und wobei Mittel zwischen dem Filterstopfen (200) und dem ersten Röhrchen (180) vorgesehen sind, um einen Luftraum (196) zu bilden, um gefilterten Rauch von dem ringförmigen Raum (196) zu dem Filterstopfen (200) zu fördern.
Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei ein zweites Röhrchen (188) aus einem zweiten Filtermaterial konzentrisch in dem ringförmigen Raum um das erste Röhrchen (180) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 36, wobei das Filtermaterial des ersten (180) und des zweiten (188) Röhrchens aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt ist, das aus Zellulosematerial, Glaskeramik- oder Kohlenstofffasermattenmaterial, Aktivkohlematerial, Mikrofasermaterial und allen Materialien besteht, die ein katalytisches Material enthalten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 37, mit einem Ringraum zwischen der Röhrcheninnenfläche (40) und dem Zigarettenumfang (42) wobei der Ringraum (44) einen Spaltabstand von etwa 0,5 mm bis etwa 3 mm, bevorzugt etwa 1,5 bis 2,5 mm bildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 37, wobei eine Zigarette (14), die in das Röhrchen (12) einsetzbar ist, an sich nicht-rauchbar ist und rauchbar wird, wenn sie in das Röhrchen (12) eingesetzt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 37, wobei eine Zigarette (14), die in das Röhrchen (12) einsetzbar ist, ein Filterelement (20) hat, das ausreichend porös ist, um die Zigarette von Natur aus unrauchbar zu machen, wobei sie rauchbar wird, wenn sie in einen vorderen Abschnitt des Röhrchens eingesetzt ist.