DE69824030T2

DE69824030T2 - Heizvorrichtung für ein elektrisches rauchsystem

Info

Publication number: DE69824030T2
Application number: DE69824030T
Authority: DE
Inventors: Ellen Mary COUNTS; J. William CROWE; L. John FELTER; S. Grier FLEISCHHAUER; R. Mohammad HAJALIGOL; H. Patrick HAYES; G. Willie HOUCK; Neal H. Nunnally
Original assignee: Philip Morris Products SA; Philip Morris Products Inc
Current assignee: Philip Morris Products SA; Philip Morris Products Inc
Priority date: 1997-10-16
Filing date: 1998-10-14
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2018-10-15
Also published as: EP1025397A1; US5954979A; MY119810A; ATE267363T1; EP1025397B1; JP2001521123A; WO1999020939A1; EP1025397A4; DE69824030D1; ES2221995T3; AU9786598A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrisch betriebene Systeme zum Rauchen und im Besonderen Heizelemente elektrisch betriebener Systeme zum Rauchen.
Hintergrund der Erfindung
Die US-Patente Nr. 5.388.594, Nr. 5.505.214 und Nr. 5.591.368 derselben Zessionarin legen diverse elektrisch betriebene Systeme zum Rauchen, umfassend elektrische Anzünder und Zigaretten, offen. Die Systeme sorgen für Rauchgenuss, während sie Nebenstromrauch signifikant verringern und dem Raucher erlauben, dass er das Rauchen selektiv einstellt und wiederaufnimmt.
Die bevorzugte Ausgestaltung des Anzünders in US-Patent Nr. 5.388.594 hat eine Mehrzahl von metallischen schlangenförmigen Heizkörpern, die in einer Konfiguration angeordnet sind, die einen Tabakstockteil der Zigarette des Systems gleitend aufnimmt. Die Zigarette und der Anzünder sind so konfiguriert, dass, wenn die Zigarette in den Anzünder eingesteckt ist, und beim Aktivieren einzelner Heizkörper für jeden Zug ein lokalisiertes Verkohlen an Punkten um die Zigarette an der Stelle auftritt, an der jeder Heizkörper an der Zigarette anliegt (im Folgenden als „Heizungsspur" bezeichnet).
Im US-Patent Nr. 5.388.594 wird die Reihenfolge und die Menge der Energie, die jedem Heizelement während eines Rauchzügezyklus zugeführt wird, von einer Logikschaltung einer Steuereinheit geregelt, die auf Erhalten eines Signals von einem Zugsensor hin eine Stromversorgungssubroutine durchführt. Die Stromversorgungssubroutine beinhaltet die folgenden Schritte: Ablesen der Spannung der Stromquelle (Batterien) beim Einleiten des Rauchzugs und Ermitteln eines Abschaltsignals in Kooperation mit einer Konstant-Joule-Energie-Zeitsteuerung, sodass die Dauer der Impulse (seine Zyklusperiode) relativ zur Spannung der Stromquelle eingestellt wird, um im ganzen Spannungsbereich des Batterieentladungszyklus die gleiche Energiegesamtmenge (Joule) bereitzustellen.
Im US-Patent Nr. 5.388.594 wird Luft durch wenigstens eine Einlassöffnung, die an der oder um die Dichtung zwischen der Zigarette und der Zigarettenaufnahmeöffnung des Anzünders gebildet ist, in das Innere der Heizvorrichtung des Anzünders eingelassen. Alternativ oder in Verbindung damit sind entlang wenigstens einer Seite des Anzündergehäuses zusätzliche Öffnungen bereitgestellt. Die Luft wird an der Zigarette entlang gezogen.
In dem im US-Patent Nr. 5.388.594 offengelegten Luftregelungssystem wurde festgestellt, dass die Öffnungen meist sehr klein waren, wenn sie dazu bemessen waren, einen beim Rauchen einer traditionelleren Zigarette gewöhnlich erfahrenen Ziehwiderstand für eine Standardluftströmgeschwindigkeit von beispielsweise 1050 Kubikzentimer pro Minute (cm³/min) zu erzeugen. Ihre winzige Größe würde eine präzise Bearbeitung bei der Herstellung des Anzündergehäuses notwendig machen, was Ausgaben erhöhen und den Bereich akzeptabler Fehlerspannen reduzieren würde. Die Bearbeitung des richtigen Durchmessers ist eine hohe Anforderung, weil jeder Durchmesserfehler eine Beziehung zweiter Ordnung zur Querschnittsfläche hat und die letztere ein bestimmender Faktor für den Ziehwiderstand durch eine Aussparung 6 ist. Dementsprechend kann in elektrischen Anzündersystemen eine kleine Variation des Durchmessers der Einlassöffnungen unakzeptable Schwankungen des Ziehwiderstands schaffen.
Die winzige Größe der Öffnungen neigte auch dazu, die Luft in das Innere der Heizvorrichtung zu lokalisieren oder zu „strahlen", was manchmal zur Irritation des Rauchers ein Pfeifgeräusch erzeugte. Die Lokalisierung der Luftströmung ließ einige Teile der Heizvorrichtung mehr Luft als andere erhalten, wobei diese Situation die Einheitlichkeit unter aufeinanderfolgenden Durchführungen von Rauchzügezyklen beeinträchtigen konnte.
Außerdem unterschieden sich der dynamische Bereich und der Charakter des Ziehens von Luft durch winzige Öffnungen von den bei traditionelleren Filterzigaretten erfahrenen. Im typischen Fall könnte ein Lufteinlasssystem eines elektrischen Anzünders konfiguriert sein, um sich dem Ziehwiderstand einer traditionellen (angezündeten) Filterzigarette mit einer vorausgewählten (Auslegungspunkt) Ziehrate zu nähern, aber die zwei Systeme würden im Verlauf eines Zugs eines Rauchers unterschiedlich reagieren, der im typischen Fall einen Anstieg und dann einen Abfall der Ziehrate beinhaltet. Im Vergleich mit den traditionelleren Zigaretten neigten die Konstruktionen elektrischer Anzünder vom Stand der Technik dazu, im Verlauf des Ziehens durch die höheren Ziehratenpegel mehr und mehr übermäßiges Druckgefälle (Ziehwiderstand) zu erzeugen.
Im US-Patent Nr. 4.947.874 an Brooks et al. hat ein Rauchartikel ein einzelnes elektrisches Widerstandsheizelement, das mit Aerosol bildendem Material imprägniert ist und in einer Reihe aufeinander folgender Stromversorgungszyklen erhitzt wird. Der Artikel hat eine Stromregelschaltung, die bei einem Zug unmittelbar einen ununterbrochenen Stromfluss für etwa 1,5 bis etwa 2 Sekunden, gefolgt von einer „Aus"-Periode von etwa 0,5 bis etwa 1 Sekunde bewirkt. Das Patent schlägt auch eine Alternative zu einer Ein-Aus-Schaltung auf Zeitbasis vor, wobei diese Alternative Ein-Aus- und Strommodulationsmittel hätte, die mit Temperatursensoren oder anderen Sensoren verbunden wären, die entweder die Temperatur des Heizelements direkt oder die Temperatur von am Heizelement vorbei strömender Luft oder die Temperatur eines zweiten Widerstands mit einer Eigenschaft mit Bezug auf das Aerosol tragende Heizelement messen würden.
Der im US-Patent Nr. 4.947.874 offengelegte Artikel ist durch sein wiederholtes Aufheizen einer einzelnen Heizvorrichtung und des daran imprägnierten Materials benachteiligt, was eine Situation entstehen lässt, in der bereits erschöpftes Tabakmaterial immer wieder erhitzt wird.
Aufgaben und Zusammenfassung der Erfindung
Eine zentrale Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Heizvorrichtung innerhalb eines elektrischen Zigarettensystems bereitzustellen, bei der die dynamische Ziehwiderstandsreaktion während eines Zugs ähnlich derjenigen einer traditionelleren Filterzigarette ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Zigarettenanzünder bereitzustellen, der während des Rauchens einer Zigarette Zug um Zug gleichbleibenden Rauch liefert.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Luftregelungsanordnung in einem Anzünder eines elektrischen Systems zum Rauchen bereitzustellen, die Luft mit einer Ziehwiderstand-/Strömgeschwindigkeits-Charakteristik ähnlich der einer traditionelleren Zigarette in das System einlässt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anzündervorrichtung mit einem Lufteinlasssystem bereitzustellen, das die Herstellung erleichtert, aber die von Anzünder zu Anzünder gleichbleibende genaue Wiederholung von Zieheigenschaften in jedem Anzünder ergibt.
Noch eine weitere Aufgabe ist das Bereitstellen einer Heizvorrichtung eines elektrischen Systems zum Rauchen, das für eine einheitliche Luftverteilung um die Zigarette sorgt.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine solche Heizvorrichtung bereitzustellen, die Luft zum Tabakstockteil der Zigarette in der gleichen allgemeinen Richtung zuführt, in der Rauch aus dem Filterende der Zigarette abgezogen wird.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Heizkörper bereitzustellen, der Unterschiede zwischen dem ersten Ziehen und weiteren nachfolgenden Zügen in einem elektrischen System zum Rauchen überwindet.
Diese und andere Aufgaben werden von der vorliegenden Erfindung gelöst, die eine Heizvorrichtung in einem Anzünder eines elektrischen Systems zum Rauchen vorsieht, das ein verbessertes Luftregelungssystem hat. Die Heizvorrichtung hat eine Zigarettenaufnahme, einen Durchgang zum Verbinden einer ausgewählten Stelle entlang der Zigarettenaufnahme mit einer Luftquelle und eine Fritte an einer Stelle entlang dem Durchgang, wobei die Fritte zum Erreichen erwünschter Luftströmungseigenschaften, einschließlich Gesamtströmgeschwindigkeit und Ziehwiderstand, konfiguriert und bemessen ist. Ein vorzugsweise stromabwärts von der Fritte befindlicher Schlitzring ist zum Erreichen einer gewünschten Strömungsverteilung um die Zigarettenaufnahme konfiguriert.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Konfiguration, bei der eine Fritte neben einen Lufteinlassverteiler gesetzt ist und stromabwärts von der Fritte Aussparungen angeordnet sind, sodass die Fritte die in die Heizvorrichtung eingelassene Luftmenge regelt, während die Aussparungen die zugelassene Luft in Richtung auf einen Basisteil der Vorrichtung am Umfang verteilen und axial lenken.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung weist Merkmale auf, die die Luftströmung im Anzünder so lenken; dass die Luft sich dem Tabakstockteil der Zigarette zunächst in der gleichen Richtung nähert, wie der Rauch aus der Zigarette abgezogen wird, um Luftwirbel und Kondensate in der Heizvorrichtung zu minimieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Diese und andere Aufgaben, Vorteile und neue Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung hervor, wenn sie in Verbindung mit der Begleitzeichnung betrachtet wird. Dabei zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht eines Systems zum Rauchen gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mit einer in den elektrisch betriebenen Anzünder eingesteckten Zigarette des Systems,
2 eine perspektivische Ansicht des Systems zum Rauchen von 1, bei dem aber die Zigarette nach Abschluss eines Rauchens aus dem Anzünder abgezogen wurde,
3A eine teilweise perspektivische Detailansicht einer bevorzugten Ausgestaltung der Heizvorrichtung von 1 mit welligen Haarnadel-Heizelementen und Teilen eines bevorzugten Lufteinlasssystems,
3B eine teilweise perspektivische Detailansicht einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der in 3A gezeigten Heizvorrichtung mit geraden Haarnadel-Heizelementen,
3C eine teilweise perspektivische Detailansicht einer weiteren anderen bevorzugten Ausgestaltung der in 3A gezeigten Heizvorrichtung mit schlangenförmigen Heizelementen,
4 eine detaillierte perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausgestaltung der in 1 gezeigten Zigarette, bei der gewisse Bestandteile der Zigarette teilweise gelöst sind,
5 ein schematisches Blockdiagramm einer bevorzugten Steuerschaltung für den in den 1 und 2 gezeigten Anzünder,
6 eine Seitenansicht im Schnitt einer bevorzugten Heizvorrichtung, die die welligen Haarnadel-Heizelemente von 3A aufweist,
7A eine Draufsicht auf ein Ende des Schlitzrings der in 6 gezeigten Kappenanordnung,
7B eine Draufsicht auf eine andere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Fritte,
8 eine grafische Darstellung der dynamischen Reaktionen von traditionellen Filterzigaretten im Vergleich mit Luftregelungssystemen von elektrischen Anzündern vom Stand der Technik und jenen, die gemäß bevorzugter Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind,
9 eine perspektivische Seitendarstellung in aufgelösten Einzelteilen der in 6 gezeigten Heizvorrichtung, und
10 eine Seitenansicht der in 4 gezeigten Zigarette, die in die Heizvorrichtung von 6 eingesteckt ist, wobei Letztere im Querschnitt gezeigt wird.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltungen
Eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, Bezug nehmend auf 1 und 2, sieht ein System zum Rauchen 21 vor, das vorzugsweise eine teilweise gefüllte Filterzigarette 23 und einen wiederverwendbaren Anzünder 25 hat. Die Zigarette 23 ist zum Einführen in eine Zigarettenaufnahme 27, die an einem vorderen Endteil 29 des Anzünders 25 offen ist, und zum Entfernen aus ihr ausgebildet. Wenn die Zigarette 23 eingesteckt ist, wird das System zum Rauchen 21 weitgehend wie eine traditionellere Zigarette verwendet, aber ohne Anzünden oder Glimmen der Zigarette 23. Die Zigarette 23 wird nach einem oder zwei Rauchzügezyklen weggeworfen. Vorzugsweise ergibt jede Zigarette 23 insgesamt wenigstens acht Rauchzüge (Rauchzügezyklen) pro Rauchen, die Einstellung auf eine kleinere oder größere Gesamtzahl von verfügbaren Rauchzügen ist aber eine Sache von Konstruktionsbehelfen.
Weitere Besonderheiten des Systems zum Rauchen werden auch in den US-Patenten Nr. 5.388.594, Nr. 5.505.214, Nr. 5.591.368 und Nr. 5.499.636 derselben Zessionarin beschrieben, die hiermit alle durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingebunden werden.
Der Anzünder 25 hat ein Gehäuse 31 mit einem vorderen und einem hinteren Gehäuseteil 33 und 35. Wenigstens eine Batterie 35a ist entfernbar im hinteren Gehäuseteil 35 eingesetzt und versorgt eine Heizvorrichtung 39 mit Energie, die eine Mehrzahl von elektrisch widerstandsbehafteten Heizelementen 37 hat (in den 3A–C gezeigt). Die Heizelemente 37 sind im vorderen Gehäuseteil 33 angeordnet, um die Zigarette an einem Zwischenteil der Zigarettenaufnahme 27 entlang gleitend aufzunehmen. Ein an der Basis der Heizvorrichtung 39 befindlicher Anschlag 182 definiert einen Endpunkt der Zigarettenaufnahme 27.
Eine Steuerschaltung 41 im vorderen Gehäuseteil 30 richtet während der Ausführung jedes Rauchzügezyklus selektiv eine elektrische Verbindung zwischen den Batterien 35a und wenigstens einem der Heizelemente 37 ein. Die bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist Einzelheiten bezüglich eines Luftregelungssystems zum Bewirken des Einlassens und Lenkens von Luft im Anzünder auf, einschließlich Aspekte, die, angefangen mit Bezug auf 6, ausführlicher besprochen werden.
Der hintere Teil 35 des Anzündergehäuses 31, wobei weiterhin auf die 1 und 2 Bezug genommen wird, ist vorzugsweise ausgebildet, um leicht geöffnet und geschlossen zu werden, wie z. B. durch Schrauben oder Schnappverschlussteile, um das Wechseln der Batterien zu ermöglichen. Falls erwünscht, können eine elektrische Buchse oder Kontakte zum Wiederaufladen der Batterien in einem mit Netzstrom oder dergleichen gespeisten Ladegerät bereitgestellt sein. Vorzugsweise ist der vordere Gehäuseteil 33 abnehmbar mit dem hinteren Gehäuseteil 35 verbunden, z. B. durch eine Schwalbenschwanzverbindung oder eine Muffenpassung.
Die Batterien 35a haben eine Größe, um die Heizvorrichtungen 37 mit genug Leistung zu versorgen, um vorgesehenermaßen zu funktionieren, und umfassen vorzugsweise einen austauschbaren und wiederaufladbaren Typ. Andere Stromquellen, wie Kondensatoren, sind auch geeignet. In der bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Stromquelle vier in Reihe geschaltete Nickel-Cadmium-Batteriezellen mit einer gesamten Leerlaufspannung im Bereich von etwa 4,8 bis 5,6 Volt. Die Eigenschaften der Stromquelle sind aber hinsichtlich der Eigenschaften anderer Komponenten im System zum Rauchen 21 ausgewählt, besonders der Eigenschaften der Heizelemente 37. Das US-Patent Nr. 5.144.962 derselben Zessionarin, das hiermit durch Bezugnahme eingebunden wird, beschreibt mehrere Arten von in Verbindung mit dem System zum Rauchen der vorliegenden Erfindung nützlichen Stromquellen, wie z. B. wiederaufladbare Batteriequellen und Stromversorgungsanordnungen, die eine Batterie und einen Kondensator, der von der Batterie wiederaufgeladen wird, umfassen.
Die Schaltungsanordnung 41, wobei speziell auf 2 Bezug genommen wird, wird von einem durch Rauchzüge betätigten Sensor 45 aktiviert, der entweder gegenüber Druckänderungen oder gegenüber Änderungen der Luftströmgeschwindigkeit empfindlich ist, die bei Einleiten eines Ziehens an der Zigarette 23 durch einen Raucher stattfinden. Der durch Rauchzüge betätigte Sensor 45 ist vorzugsweise im vorderen Gehäuseteil 33 des Anzünders 25 angeordnet und steht über einen Kanal, der sich durch einen an der Basis der Heizvorrichtung 39 befindlichen Anschlag 182 erstreckt, mit einem Zwischenraum in der Heizvorrichtung 39 neben der Zigarette 23 in Verbindung. Ein zur Verwendung in dem System zum Rauchen 21 geeigneter durch Rauchzüge betätigter Sensor 45 wird in US-Patent Nr. 5.060.671 und US-Patent Nr. 5.388.594 derselben Zessionarin beschrieben, deren Offenlegungen hiermit durch Bezugnahme eingebunden sind.
Der durch Rauchzüge betätigte Sensor 45 umfasst vorzugsweise einen Siliziumsensor Modell 163PCO1D35, hergestellt vom MicroSwitch-Unternehmen der Honeywell, Inc., Freeport, Illinois. Auch die Nützlichkeit von Strömungssensorvorrichtungen, wie jene, die die Hitzdrahtanemometergrundsätze verwenden, zum Aktivieren eines zutreffenden der Heizelemente 37 bei Erfassen einer Änderung der Luftströmung wurde erfolgreich demonstriert. Nach dem Betätigen durch den Sensor 45 leitet die Steuerschaltungsanordnung 41 elektrischen Strom zu einem zutreffenden der Heizelemente 37.
Vorzugsweise befindet sich an einer Stelle außen am Anzünder 25 entlang, vorzugsweise am vorderen Gehäuseteil 33, ein Anzeiger 51 zum Anzeigen der noch verbleibende Anzahl von zu rauchenden Zügen einer Zigarette 23. Der Anzeiger 51 weist vorzugsweise eine Siebensegment-Flüssigkristallanzeige auf. In der bevorzugten Ausgestaltung zeigt der Anzeiger 51 die Ziffer „8" an, wenn ein Zigarettendetektor 57 erfasst, dass sich eine Zigarette in der Heizvorrichtung 39 befindet. Der Detektor 57 umfasst vorzugsweise einen Lichtsensor neben der Zigarettenaufnahme 27 der Heizvorrichtung, der ein Signal erzeugt, wenn ein Lichtstrahl von einer eingesteckten Zigarette 23 reflektiert wird oder wenn der Durchlass des Lichtstrahls quer durch die Zigarettenaufnahme 27 ganz oder teilweise unterbrochen wird: Daraufhin sendet der Zigarettendetektor 57 ein Signal zur Schaltungsanordnung 41, die wiederum in Reaktion darauf ein Signal an den Anzeiger 51 anlegt. Die Anzeige der Ziffer „8" im Anzeiger 51 gibt an, dass die an jeder Zigarette 23 vorgesehenen acht Rauchzüge verfügbar sind, d. h. dass kein Rauchzügezyklus durchgeführt wurde und keines der Heizelemente 37 zum Erhitzen der Zigarette 23 aktiviert wurde. Nachdem die Zigarette vollständig aufgeraucht worden ist, zeigt der Anzeiger die Ziffer „0" an. Wenn die Zigarette 23 aus dem Anzünder 25 entfernt wird, erfasst der Zigarettendetektor 53 keine Zigarette 23 mehr und der Anzeiger 51 wird ausgeschaltet.
Der Zigarettendetektor 57 ist moduliert, sodass er nicht ununterbrochen einen Lichstrahl ausstrahlt, was ansonsten einen unnötigen Verbrauch von der Stromquelle 35a schaffen würde. Ein bevorzugter Zigarettendetektor 57, der zur Verwendung mit dem System zum Rauchen 21 geeignet ist, ist ein Lichtsensor des Typs OPR5005 Light Sensor, der von OPTEX Technology, Inc., 1215 West Crosby Road, Carrollton, Texas 75006, hergestellt wird.
Alternativ zum Anzeigen der verbleibenden Rauchzügezahl kann die Detektoranzeige stattdessen dazu ausgeführt sein, um anzuzeigen, ob das System aktiv oder inaktiv („ein" oder „aus") ist.
Als eine von mehreren möglichen Alternativen zur Verwendung des oben erwähnten Zigarettendetektors 57 kann ein mechanischer Schalter (nicht gezeigt) bereitgestellt sein, um das Vorhandensein oder Fehlen einer Zigarette 23 zu erfassen, und eine Rücksetztaste (nicht gezeigt) kann zum Rücksetzen der Schaltungsanordnung 41, wenn eine neue Zigarette in den Anzünder 25 gesteckt wird, bereitgestellt sein, z. B. um zu bewirken, dass der Anzeiger 51 die Ziffer „8" usw. anzeigt. Stromquellen, Schaltungsanordnungen, durch Rauchzüge betätigte Sensoren und Anzeiger, die mit dem System zum Rauchen 21 der vorliegenden Erfindung nützlich sind, werden in den US-Patenten Nr. 5.060.671, Nr. 5.388.594 und Nr. 5.591.368 derselben Zessionarin beschrieben, die alle durch Bezugnahme hierin eingebunden sind.
Der vordere Gehäuseteil 33 des Anzünders 25, wobei jetzt auf 3A Bezug genommen wird, umschließt eine im Wesentlichen zylindrische Heizvorrichtung 39, deren Heizelemente die Zigarette 23 gleitend aufnehmen. Die Heizvorrichtung 39 ist ausgebildet, um eine eingesteckte Zigarette 23 in einer festen Beziehung zu den Heizelementen 37 zu halten, sodass die Heizelemente 37 an etwa der gleichen Stelle entlang jeder neu eingesteckten Zigarette 23 neben der Zigarette 23 positioniert sind. In der bevorzugten Ausgestaltung hat die Heizvorrichtung 39 acht zueinander parallele Heizelemente 37, die konzentrisch um die Symmetrieachse der Zigarettenaufnahme 27 angeordnet sind. Die Stellen, an denen jedes Heizelement 37 an einer vollständig eingesteckten Zigarette 23 anliegt (oder in thermischer Kommunikation damit ist), werden hierin als Heizungsspur bezeichnet.
Um die stets einheitliche Positionierung der Heizelemente 37 relativ zu jeder Zigarette 23 von Zigarette zu Zigarette zu gewährleisten, ist die Heizvorrichtung 39 mit einem Basisteil 300 (in 6 abgebildet) versehen, der einen Anschlag 182 hat, gegen den die Zigarette 23 beim Einstecken in die Zigarettenaufnahme 27 des Anzünders 25 gedrückt wird. Stattdessen könnten auch andere Behelfe zum passgenauen Anordnen der Zigarette 23 relativ zum Anzünder 25 verwendet werden.
Besonders vorzugsweise, immer noch mit Bezug auf 3A, haben die Heizelemente 37 eine Konstruktion, die hierin als ein welliges Haarnadel-Heizelement 37 bezeichnet wird, wobei jedes Heizelement 37 wenigstens ein erstes und ein zweites schlangenförmiges längliches Element 53a und 53b aufweist, die an einem Endteil (Spitze) 54 miteinander verbunden sind. Die Spitzen befinden sich neben der Öffnung 55 der Zigarettenaufnahme 27. Die entgegengesetzten Enden 56a und 56b jedes Heizelements 37 sind elektrisch mit den einander entgegengesetzten Polen der Stromquelle 35a verbunden, wie von der Steuereinheit 41 selektiv eingerichtet wird. Speziell wird ein elektrischer Pfad durch jede Heizvorrichtung 37 jeweils durch einen Anschlussstift 104, eine Verbindung 122 zwischen dem Stift 104 und einem freien Endteil 56a von einem der schlangenförmigen Elemente 53a, durch wenigstens einen Teil der Spitze 54 zu dem anderen schlangenförmigen Element 53b und seinem Endteil 56b eingerichtet. Vorzugsweise stellt ein angeformter gemeinsamer Verbindungsring 110 eine gemeinsame elektrische Verbindung unter allen Endteilen 56b der länglichen Elemente 53b bereit. In der bevorzugten Ausgestaltung ist der Ring 110 durch eine Verbindung 123 zwischen dem Ring 110 und einem Stift 105 mit dem Pluspol der Stromquelle 35a (oder Masseleiter) verbunden. Weitere Einzelheiten des Aufbaus und der Herstellung elektrischer Verbindungen in der Heizvorrichtung 39 werden in den US-Patenten Nr. 5.060.671, Nr. 5.388.594 und Nr. 5.591.368 derselben Zessionarin illustriert und beschrieben, die hiermit alle durch Bezugnahme hierin eingebunden sind.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Heizvorrichtung 39', wobei jetzt auf 3B Bezug genommen wird, hat Heizelemente in der Form von geraden Haarnadelheizelementen 37', die ähnlich dem welligen Haarnadelelement 37 von 3A verbunden und aufgebaut sind, außer dass die länglichen Elemente 53a' und 53b' allgemein gerade anstatt schlangenförmig sind. Die länglichen Elemente beider Arten von Haarnadelheizkörpern 37 und 37' sind vorzugsweise einwärts vorgespannt (gekrümmt), um eine Zigarette 23 formschlüssiger in Eingriff zu nehmen. Weitere Einzelheiten dieser Heizvorrichtung 39' sind im US-Patent Nr. 5.591.368 derselben Zessionarin dargelegt.
Die Heizkörperteile 53a, 53b und 54 bilden das, was hier ein Heizblatt 120 genannt wird.
Noch eine weitere bevorzugte Heizvorrichtung 39, wobei jetzt auf 3C Bezug genommen wird, hat „einzelne schlangenförmige" Heizelemente 37'', die jeweils an ihren entgegengesetzten Enden durch die Anschlussdrähte 186 und 187 mit einer Steuerschaltung 41 und einer Stromquelle 35a elektrisch verbunden sind. Der elektrische Anschlussdraht 187 ist mit einem gemeinsamen Verbindungsring 110'' verbunden, der sich neben der Öffnung 55'' der Zigarettenaufnahme 27'' befindet. Weitere diese Heizvorrichtung 37'' betreffenden Einzelheiten sind im US-Patent Nr. 5.388.594 derselben Zessionarin dargelegt, das durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit hierin eingebunden ist.
Zu zusätzlichen Heizvorrichtungen 37, die als Teil des Anzünders 25 funktionell sind, zählen die im US-Patent Nr. 5.665.262 derselben Zessionarin und im US-Patent Nr. 5.498.855 derselben Zessionarin offengelegten, die alle durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin eingebunden sind.
Vorzugsweise werden die Heizkörper 37 unter der Kontrolle der Schaltungsanordnung 41 einzeln von der Stromquelle 35a unter Strom gesetzt, um die Zigarette 23 vorzugsweise acht mal an voneinander beabstandeten Stellen um den Umfang der eingesteckten Zigarette zu erhitzen. Das Erhitzen ergibt acht Rauchzüge von der Zigarette 23, wie gewöhnlich beim Rauchen einer traditionelleren Zigarette erreicht wird. Eventuell wird vorzugsweise für einen oder mehrere der oder für alle Rauchzüge mehr als ein Heizkörper gleichzeitig aktiviert.
Die Zigarette 23, wobei jetzt auf 4 Bezug genommen wird, ist vorzugsweise gemäß der bevorzugten Ausgestaltung aufgebaut, die im US-Patent Nr. 5.499.636 derselben Zessionarin dargelegt wird, das durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit hierin eingebunden ist.
Die Zigarette 23 umfasst einen Tabakstock 60 und ein Filtermundstück 62, die mit Belagpapier 64 miteinander verbunden sind.
Der Tabakstock 60 der Zigarette 23 weist vorzugsweise eine Tabakbahn 66 auf, die um einen Freistromfilter 74 an einem ihrer Enden und einen Tabakeinsatz 80 am anderen Ende herum zu einer röhrenförmigen (zylindrischen) Form gerollt wurde. Alternativ könnte anstelle des Tabakeinsatzes 80 ein Celluloseacetateinsatz verwendet werden.
Eine Umhüllung 71 ist eng um die Tabakbahn 66 gewickelt und wird entlang einer Längsnaht zusammengehalten, wie beim Aufbau traditionellerer Zigaretten üblich ist. Die Umhüllung 71 hält die Tabakbahn 66 in einem gewickelten Zustand um einen Freistromfilter 74 und einen Tabakeinsatz 80.
Die Tabakbahn 66 selbst umfasst vorzugsweise eine Trägerbahn 68 und eine Schicht Tabakgeschmack-Material 70, die entlang der inneren Fläche der Trägerbahn 68 angeordnet ist. Am Mundstückende 72 des Tabakstocks 60 ist die Tabakbahn 66 zusammen mit der Umhüllung 71 um den röhrenförmigen Freistromfiltereinsatz 74 gewickelt. Vorzugsweise wird der Tabakeinsatz 80 separat von der Tabakbahn 66 hergestellt und umfasst ein relativ kurzes Strangstück aus geschnittenem Fülltabak, das vorzugsweise in einer Einsatzumhüllung 84 eingewickelt ist und von ihr gehalten wird.
Allgemein ist die Länge des Tabakeinsatzes 80 vorzugsweise relativ zur Gesamtlänge des Tabakstocks 60 festgelegt, sodass am Tabakstock 60 entlang zwischen dem Freistromfilter 74 und dem Tabakeinsatz 80 ein Hohlraum 91 eingerichtet wird. Der Hohlraum 90 entspricht einem ungefüllten Teil des Tabakstocks 60 und steht durch den Freistromfilter 74 des Tabakstocks 60 in unmittelbarer Fluidkommunikation mit dem Mundstück 62.
Das Mundstück 62 umfasst vorzugsweise einen neben dem Tabakstock 60 befindlichen Freistromfilter 92 und einen Mundstückfilterstab 94 am vom Tabakstock 60 distalen Ende des Mundstücks 62. Der Freistromfilter 92 ist vorzugsweise röhrenförmig und lässt Luft mit sehr geringem Druckabfall durch. Stattdessen könnten aber auch andere standardmäßig konfigurierte Filter mit niedrigem Wirkungsgrad verwendet werden. Der Innendurchmesser für den Freistromfilter 92 liegt vorzugsweise bei oder zwischen 2 bis 6 Millimetern und ist vorzugsweise größer als der des Freistromfilters 74 des Tabakstocks 60.
Der Mundstückfilterstab 104 verschließt das freie Ende des Mundstücks 62 zum Zweck des Erscheinungsbildes und um, falls erwünscht, etwas Filterung zu bewirken, obwohl der Mundstückfilterstab 104 vorzugsweise einen wirkungsarmen Filter mit einem Wirkungsgrad von vorzugsweise etwa 15 bis 25 Prozent umfasst.
Die elektrische Steuerschaltungsanordnung 41 des Anzünders 25, wobei jetzt auf die 2 und 5 Bezug genommen wird, hat eine Logikschaltung 195, die vorzugsweise einen Mikrocontroller oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (oder „ASIC") umfasst. Die Steuerschaltungsanordnung enthält auch den Zigarettensensor 57 zum Erfassen des Einsteckens einer Zigarette 23 in die Zigarettenaufnahme 27 des Anzünders 25, den Rauchzüge-Sensor 45 zum Erfassen eines Ziehens an der eingesteckten Zigarette 23, den LCD-Anzeiger 51 zum Anzeigen der übrigen Zahl von Rauchzügen an einer Zigarette, die Stromquelle 37 und ein Zeitsteuerungsnetz 197.
Die Logikschaltung 195 kann jede beliebige konventionelle Schaltung umfassen, die die hierin besprochenen Funktionen durchführen kann. Ein frei programmierbarer Logikschaltkreis (field-programmable gate array) (z. B. vom Typ ACTEL A1280A FPGA PQFP 160, erhältlich von der Actel Corporation, Sunnyvale, Kalifornien) oder ein Mikrocontroller kann zum Durchführen der digitalen Logikfunktionen programmiert werden, wobei die analogen Funktionen von anderen Bauteilen durchgeführt werden. Eine ASIC oder ein Mikrocontroller können die analogen und die digitalen Funktionen zusammen in einem Bauteil durchführen. Der Steuerschaltung 41 und der Logikschaltung 195 der vorliegenden Erfindung ähnliche Merkmale der Steuerschaltungsanordnung und der Logikschaltungsanordnung werden beispielsweise in den US-Patenten Nr. 5.388.594, Nr. 5.505.214, Nr. 5.591.368 und Nr. 5.499.636 derselben Zessionarin offengelegt, die hiermit alle durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingebunden sind. Weitere Details sind auch in der mitanhängigen US-Patentanmeldung der Seriennummer 08/755.044, Anmeldungsdatum 22. Oktober 1996, derselben Zessionarin vorgesehen, die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingebunden ist.
In der bevorzugten Ausgestaltung sind acht einzelne Heizelemente 37 durch entsprechende Feldeffekttransistor-(FET-)Heizelementschalter 201–208 mit einem Pluspol der Stromquelle 35a verbunden und geerdet. Während der Ausführung eines Stromversorgungszyklus durch die Logikschaltung 195 schalten sich einzelne (oder ausgewählte) der Heizelementschalter 201–208 unter der Kontrolle der Logikschaltung 195 durch die jeweiligen Anschlusspunkte 211–218 ein. Die Logikschaltung 195 erzeugt Signale zum Aktivieren und Deaktivieren bestimmter Heizelementschalter 201–208 zum Aktivieren und Deaktivieren des entsprechenden Heizelements 37 der Heizvorrichtung 39.
Die Logikschaltung 195 wirkt mit der Zeitsteuerungsschaltung 197 zusammen, um die Aktivierung und Deaktivierung jedes Heizelements 37 gemäß einer vorbestimmten Gesamtzyklusperiode („T_total") präzise auszuführen und jede Gesamtzyklusperiode präzise in eine vorbestimmte Anzahl von Phasen zu unterteilen, wobei jede Phase ihr eigenes vorbestimmtes Zeitintervall („t_phase") hat. In der bevorzugten Ausgestaltung wurde die Gesamtzyklusperiode T_total als 1,6 Sekunden ausgewählt (um kürzer zu sein als die normalerweise mit dem Ziehen eines Rauchers an einer Zigarette assoziierte Zweisekundendauer, plus einem Betrag für Spielraum), und die Gesamtzyklusperiode T_total ist vorzugsweise in zwei Phasen unterteilt, wobei eine erste Phase ein vorbestimmtes Zeitintervall („t_{phase 1}") von 1,0 Sekunden und eine zweite Phase ein vorbestimmtes Zeitintervall („t_{phase 2}") von 0,6 Sekunden hat. Die Gesamtzyklusperiode T_total, die Gesamtzahl der Phasen und der jeweiligen Phasenintervalle sind Parameter, unter anderen, die gemäß der folgenden Lehre zum Einrichten einer Fähigkeit in der Steuerschaltung 41 zum Ausführen eines Stromversorgungszyklus ermittelt werden, der eine bevorzugte thermische Wechselwirkung („thermisches Profil" oder „Thermo-Histogramm") zwischen dem jeweiligen Heizelement 37 und angrenzenden Teilen der Zigarette 23 genau dupliziert. Außerdem werden, wenn das bevorzugte Thermo-Histogramm eingerichtet worden ist, gewisse Parameter (vorzugsweise Auslastungsgrade in jeder Phase) von der Steuerschaltung 41 dynamisch eingestellt, um das vorbestimmte Thermo-Histogramm bei jedem Stromversorgungszyklus durch den ganzen Bereich der vom oben erwähnten Batterieentladungszyklus umfassten Spannungen V_in genau zu duplizieren.
Der durch Rauchzüge betätigte Sensor 45 legt ein Signal an die Logikschaltung 195 an, das für eine Aktivierung durch einen Raucher bezeichnend ist (z. B. ein kontinuierlicher Druckabfall oder eine Luftströmung über ein ausreichend anhaltendes Zeitintervall). Die Logikschaltung 195 hat eine Entprellroutine zum Unterscheiden zwischen kleineren Luftdruckschwankungen und anhaltenderen Zügen an der Zigarette, um die unbeabsichtigte Aktivierung von Heizelementen in Reaktion auf ein Fehlsignal vom durch Rauchzüge betätigten Sensor 45 zu vermeiden. Der durch Rauchzüge betätigte Sensor 45 kann einen piezoresistiven Drucksensor oder einen optischen Klappensensor aufweisen, der zum Ansteuern eines Operationsverstärkers verwendet wird, dessen Ausgang wiederum zum Anlegen eines logischen Signals an die Logikschaltung 195 verwendet wird. Zu den durch Rauchzüge betätigten Sensoren, die zur Verwendung in Verbindung mit dem System zum Rauchen geeignet sind, zählen ein Siliziumsensor Modell 163PCO1D35, hergestellt vom MicroSwitch-Unternehmen der Honeywell, Inc., Freeport, Illinois, oder ein Sensor des Typs NPH-5-02.5G NOVA, erhältlich von Lucas-Nova, Freemont, Kalifornien, oder ein Sensor des Typs SLP004D, erhältlich von SenSym Incorporated, Sunnyvale, Kalifornien.
Der Zigarettensensor 57 befindet sich neben der Öffnung 55 der Zigarettenaufnahme 27 und legt ein Signal an die Logikschaltung 195, das für das Einstecken einer Zigarette 23 in den Anzünder 25 bezeichnend ist (d. h. eine Zigarette befindet sich innerhalb von mehreren Millimetern Abstand vom Lichtsensor, wie durch einen reflektierten Lichtstrahl erfasst wird). Wahlweise kann sich ein zweiter Sensor neben dem Anschlag 183 befinden, um zu ermitteln, ob die Zigarette vollständig in die Aufnahme 27 gesteckt wurde. Ein zur Verwendung in Verbindung mit dem System zum Rauchen geeigneter Sensor ist ein Lichtsensor vom Typ OPR5005, hergestellt von OPTEK Technology, Inc., 1215 West Crosby Road, Carrollton, Texas 75006.
Alternativ umfasst der Zigarettensensor 57 einen Infrarotstrahler, dessen Ausgabe auf einen Infrarotdetektor auf der dem Strahler gegenüberliegenden Seite der Öffnung 55 gerichtet ist. Wenn eine Zigarette 23 in die Öffnung 55 der Aufnahme 23 gesteckt wird, bewirkt sie wegen der Unterschiede der Lichtdurchlässigkeit des Tabakeinsatzes 80 und der Lücke 90 der Zigarette 23, dass der Sensor 57 Änderungen des Infrarotstrahldurchlasses über die Öffnung 55 registriert. Auf diese Weise wird ein Signal an die Logikschaltung gelegt, anhand dessen sie zwischen dem Vorhandensein einer Lückenfüllerzigarette 27, die sich in Kooperation mit dem Anzünder 25 gut raucht, oder einer anderen Art von Zigarette, die im Anzünder 25 vielleicht nicht so gut funktioniert, unterscheiden kann.
Um Energie zu sparen, wird bevorzugt, dass der durch Rauchzüge betätigte Sensor 45 und der Zigarettensensor 57 bei niedrigen Auslastungsgraden (z. B. einem Auslastungsgrad von etwa 2 bis 10%) ein- und ausgeschaltet werden. Beispielsweise wird bevorzugt, dass der durch Rauchzüge aktivierte Sensor 45 alle 10 Millisekunden für eine Dauer von 1 Millisekunde eingeschaltet wird. Wenn der durch Rauchzüge aktivierte Sensor 45 beispielsweise während vier aufeinander folgender Impulse (über einen Zeitabschnitt von 40 Millisekunden) eine/n für ein Ziehen an einer Zigarette bezeichnende/n Druckabfall oder Luftströmung erfasst, sendet der durch Rauchzüge aktivierte Sensor ein Signal durch einen Anschlusspunkt 221 zur Logikschaltung 195. Die Logikschaltung 195 sendet dann ein Signal durch einen zutreffenden der Anschlusspunkte 211–218, um einen zutreffenden der FET-Heizkörperschalter 201–208 einzuschalten.
Desgleichen wird der Zigarettensensor 57 vorzugsweise alle 10 Millisekunden für eine Dauer von 1 Millisekunde eingeschaltet. Wenn der Zigarettensensor 37 beispielsweise vier aufeinander folgende reflektierte Impulse erfasst, was das Vorhandensein einer Zigarette 23 im Anzünder 25 anzeigt, sendet der Lichtsensor durch Anschlusspunkt 223 ein Signal zur Logikschaltung 195. Die Logikschaltung 195 sendet dann ein Signal durch Anschlusspunkt 225 zum durch Rauchzüge betätigten Sensor 45, um den durch Rauchzüge betätigten Sensor einzuschalten. Die Logikschaltung 195 sendet auch ein Signal durch Anschlusspunkt 227 zum Anzeiger 51, um ihn einzuschalten. Die oben erwähnten Modulationsverfahren verringern den vom durch Rauchzüge betätigten Sensor 45 und dem Zigarettensensor 57 erforderten Zeitmittel-Strom und verlängern so die Lebensdauer der Stromquelle 37.
Die Logikschaltung 195 hat einen PROM (programmierbaren Festwertspeicher) 300, der vorzugsweise wenigstens zwei Datenbanken oder „Verweistabellen" 302 und 304 und wahlweise eine dritte Datenbank (Verweistabelle) 306 und möglicherweise eine vierte Verweistabelle 307 hat. Jede der Verweistabellen 302, 304 (und wahlweise 306, 307) setzt ein für die Batteriespannung v_in bezeichnendes Signal in ein für den Auslastungsgrad („dc₁" für die erste Phase und „dc₂" für die zweite Phase) bezeichnendes Signal um, das bei der Ausführung der jeweiligen Phase des unmittelbar erfolgenden Stromversorgungszyklus zu verwenden ist. Die dritte und die vierte Verweistabelle 306 und 307 funktionieren ähnlich.
Bei der Einleitung eines Stromversorgungszyklus empfängt die Logikschaltung ein für die Batteriespannung v_in bezeichnendes Signal und referenziert dann den unmittelbaren Messwert v_in mit der ersten Verweistabelle 302, um einen Auslastungsgrad dc₁ für die Einleitung der ersten Phase des Stromversorgungszyklus festzulegen. Die erste Phase wird fortgesetzt, bis das Zeitsteuerungsnetz 197 ein Signal anlegt, das anzeigt, dass das vorbestimmte Zeitintervall der ersten Phase tphase 1 verstrichen ist, woraufhin die Logikschaltung 195 v_in und die zweite Verweistabelle 304 referenziert und einen Auslastungsgrad dc₂ für die Einleitung der zweiten Phase festlegt. Die zweite Phase wird fortgesetzt, bis das Zeitsteuerungsnetz 197 ein Signal anlegt, das anzeigt, dass das vorbestimmte Zeitintervall der zweiten Phase tphase 2 verstrichen ist, woraufhin das Zeitsteuerungsnetz 197 ein Abschaltsignal an Anschlusspunkt 229 an die Logikschaltung 195 anlegt. Wahlweise könnte die Logikschaltung 195 eine dritte Phase einleiten und einen dritten Auslastungsgrad dc₃ festlegen und das Abschaltsignal würde erst nach Ablauf des vorbestimmten Intervalls der dritten Phase (t_{phase 3}) erzeugt. Ein ähnliches System könnte wahlweise mit einer vierten Phase (t_{phase 4}) festgelegt werden. Die vorliegende Erfindung könnte auch mit zusätzlichen Phasen ausgeübt werden.
Die vorliegende Erfindung kann zwar durch Begrenzen des Bezugs auf die Verweistabellen auf einen anfänglichen Teil jeder Phase ausgeübt werden, um einen während im Wesentlichen der Gesamtheit jeder Phase anzuwendenden Auslastungsgrad festzulegen, eine Verbesserung und die bevorzugte Ausführung ist aber, wenn die Logikschaltung 195 konfiguriert ist, um kontinuierlich v_in zusammen mit den jeweiligen Verweistabellen 302, 303, 306 und 307 zu referenzieren, um die für Auslastungsgrade gesetzten Werte in Reaktion auf Schwankungen der Batteriespannung beim Fortgang der Steuerschaltung durch jede Phase dynamisch einzustellen. Eine solche Vorrichtung stellt eine genauere Wiederholung des gewünschten Thermo-Histogramms bereit. Auch andere Zeitsteuerungsnetz-Schaltungskonfigurationen und Logikschaltungen können verwendet werden, wie die in den US-Patenten Nr. 5.388.594, Nr. 5.505.214, Nr. 5.591.368, Nr. 5.499.636 und Nr. 5.372.148 derselben Zessionarin beschriebenen, die hiermit alle durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingebunden sind.
Während des Betriebs wird eine Zigarette 23 in den Anzünder 25 gesteckt und die Anwesenheit der Zigarette wird vom Zigarettensensor 57 erfasst. Der Zigarettensensor 57 sendet ein Signal durch Anschlusspunkt 223 an die Logikschaltung 195. Die Logikschaltung 195 ermittelt, ob die Stromquelle 35a aufgeladen ist oder ob die unmittelbare Spannung unter einem akzeptablen Mindestwert V_in
min liegt. Wenn die Logikschaltung 195 nach dem Einstecken einer Zigarette 23 in den Anzünder 25 erkennt, dass die Spannung der Stromquelle 35a zu niedrig ist, unter v_{in min}, blinkt der Anzeiger 51 und der weitere Betrieb des Anzünders wird gesperrt, bis die Stromquelle 35a wieder aufgeladen oder ersetzt wird. Die Spannung der Stromquelle 35a wird auch während des Zündens der Heizelemente 37 überwacht und das Zünden der Heizelemente 37 wird unterbrochen, wenn die Spannung unter einen vorbestimmten Wert abfällt.
Wenn die Stromquelle 35a aufgeladen ist und die Spannung ausreichend ist, sendet die Logikschaltung 195 ein Signal durch den Anschlusspunkt 225 zum Rauchzüge-Sensor 45, um zu bestimmen, ob ein Raucher an der Zigarette 23 zieht. Gleichzeitig sendet die Logikschaltung 195 ein Signal durch den Anschlusspunkt 227 zum Anzeiger 51, sodass die LCD die Ziffer „8" anzeigt, was reflektiert, dass acht Rauchzüge erhältlich sind.
Wenn die Logikschaltung 195 durch Anschlusspunkt 221 ein Signal vom durch Rauchzüge betätigten Sensor 45 erhält, dass ein anhaltender Druckabfall oder Luftstrom erfasst wurde, sendet die Logikschaltung 195 ein Signal durch Anschlusspunkt 231 an das Zeitgebernetz 197, um das Zeitgebernetz zu aktivieren, das dann beginnt Phase um Phase wie bereits beschrieben zu funktionieren. Die Logikschaltung 195 bestimmt auch anhand einer Rückzählroutine, welches der acht Heizelemente erhitzungsfällig ist, und sendet ein Signal durch einen zutreffenden Anschlusspunkt 211–218, um einen zutreffenden der FET-Heizkörperschalter 201–208 einzuschalten. Der zutreffende Heizkörper bleibt eingeschaltet, während der Zeitgeber läuft.
Wenn das Zeitsteuerungsnetz 197 ein Signal durch Anschlusspunkt 229 zur Logikschaltung 195 sendet, das anzeigt, dass der Zeitgeber nicht mehr läuft, wird der betreffende eingeschaltete FET-Heizkörperschalter 211–218 ausgeschaltet, wodurch die Stromversorgung des betreffenden Heizelements 37 abgestellt wird. Die Logikschaltung 195 zählt auch rückwärts und sendet ein Signal durch Anschlusspunkt 227 zum Anzeiger 51, sodass der Anzeiger anzeigt, dass ein Zug weniger übrig bleibt (z. B. „7" nach dem ersten Zug). Wenn der Raucher das nächste Mal an der Zigarette 23 zieht, schaltet die Logikschaltung 195 einen weiteren vorbestimmten der FET-Heizkörperschalter 211–218 ein, wodurch ein weiteres vorbestimmtes der Heizelemente mit Strom versorgt wird. Der Vorgang wird wiederholt, bis der Anzeiger 51 „0" anzeigt, was bedeutet, dass die Zigarette 23 keine weiteren Rauchzüge mehr bietet. Wenn die Zigarette 23 aus dem Anzünder 25 entfernt wird, zeigt der Zigarettensensor 57 an, dass keine Zigarette vorhanden ist, und die Logikschaltung 195 wird rückgesetzt.
Andere Merkmale, wie z. B. die in den US-Patenten Nr. 5.505.214, Nr. 5.388.594 und Nr. 5.372.148 beschriebenen, die durch Bezugnahme eingebunden sind, können anstelle der oben beschriebenen Merkmale oder zusätzlich zu diesen in die Steuerschaltung 41 eingebunden werden. Beispielsweise können auf Wunsch verschiedene Deaktivierungsmerkmale bereitgestellt werden. Eine Art von Deaktivierungsmerkmal hat eine Zeitschaltungsanordnung (nicht gezeigt), um zu verhindern, dass aufeinander folgende Rauchzüge zu schnell hintereinander stattfinden, sodass die Stromquelle 35a Zeit hat sich zu erholen. Ein weiteres Deaktivierungsmerkmal hat ein Mittel zum Deaktivieren der Heizelemente 43, wenn ein unzulässiges Produkt in die Heizvorrichtung 39 eingesteckt wird. Beispielsweise könnte die Zigarette 23 mit einer Kennungseigenschaft versehen sein, die der Anzünder 25 erkennen muss, bevor die Heizelemente 37 unter Strom gesetzt werden.
Die Heizvorrichtung 39, wobei jetzt auf 6 Bezug genommen wird, umfasst vorzugsweise ein Basisteil 300, eine allgemein zylindrische Gehäusehülse 310, die sich koaxial von dem Basisteil 300 erstreckt, und eine Gehäusekappe 320 an dem Ende der Gehäusehülse 310, das dem Basisteil 300 entgegengesetzt ist.
Ein Teil der Gehäusekappe 320 und freiliegende Teile eines Kappenstücks 321 stellen Flächen bereit, die die Öffnung 55 der Zigarettenaufnahme 27 definieren. Eine ringförmige Ausnehmung 322 ist um einen Innenteil des Kappenstücks 321 gebildet. Vorzugsweise liegt die Ausnehmung 322 konzentrisch um die Öffnung 55. Ein Schlitzring 330 und ein zweiter Dichtungsring 340 sind koaxial mit dem Kappenstück 321 und an die Ausnehmung 322 der Gehäusekappe 320 angrenzend positioniert, sodass das Kappenstück 321 und angrenzende Teile des Schlitz- und des Dichtungsrings 330, 340 einen Verteiler 350 definieren. Luft wird durch einen Ansaugkanal 324, der sich durch einen angrenzenden Teil der Gehäusekappe 320 und des Kappenstücks 321 erstreckt, in den Verteiler 350 gezogen. Der Dichtungsring 340 und der Schlitzring 330 stehen miteinander in Eingriff, vorzugsweise durch Einschnappen oder durch Gewinde, wobei der Schlitzring 330 um den Dichtungsring 340 herum angeordnet ist. Das Kappenstück 321 ist, vorzugsweise gewindet, in wenigstens einen der Ringe 330, 340, eingepasst.
Eine Queröffnung 325 erstreckt sich durch den Schlitz- und den Dichtungsring 330, 340 zum Einsetzen des Zigarettendetektors 57.
Im Schlitzring 330 ist eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung länglichen Kanälen 352 gebildet, wobei jetzt auch auf 7A Bezug genommen wird. Die Kanäle 352 verlaufen in einer axialen Richtung auf den Basisteil 300 der Heizvorrichtung 39 zu. Die Kanäle 352 des Dichtungsrings 360 sind vorzugsweise jeweils in der Umfangsrichtung länglich und können wahlweise einen Steg 353 für Steifigkeit und/oder zum Teilen des Luftstroms beim Durchströmen des Schlitzrings 330 aufweisen. Die Kanäle 352 sind geformt, um den Luftstrom in Umfangsrichtung zu verteilen, während er in Richtung auf den Basisteil 300 der Heizvorrichtung 39 gezogen wird. In der bevorzugten Ausgestaltung münden die Kanäle 352 durch einen ringförmigen Verteiler 357, der im stromabwärts liegenden Teil des Schlitzrings 330 gebildet ist. Die Ausführung der vorliegenden Erfindung kann aber ohne den Verteiler 357 erreicht werden und die Kanäle 352 können mit verschiedenen anderen Formen und Größen versehen sein, um die gewünschte Strömungsverteilung und -richtung zu erzielen, wie sie mit dem Schlitzring 330 der bevorzugten Ausgestaltung erzielt wird.
An einer zwischen den Kanälen 352 und dem Verteiler 350 liegenden Stelle befindet sich eine planare, ringförmige Fritte 360, sodass jegliche durch den Ansaugkanal 324 in den Verteiler 350 gesaugte Luft durch die Fritte 360 strömen muss, bevor sie in die Kanäle 352 des Schlitzrings einströmt. Vorzugsweise ist der Außenrand der Fritte 360 in einer ringförmigen Rille 367 im Kappenstück 321 aufgenommen, während ein innerer ringförmiger Randteil der Fritte 360 zwischen einander entgegengesetzten ringförmigen Teilen des Kappenstücks 321 und dem Schlitz- und dem Dichtungsring 330, 340, vorzugsweise dem Letzteren, aufgenommen ist, wobei ein ringförmiger Abstandhalter 364 zwischen den einander entgegengesetzten Teilen des inneren Rings 340 und der Fritte 360 eingesetzt ist. Durch eine solche Anordnung ist ein radial zwischenliegender, ringförmiger Teil der Fritte 360 über die ringförmige Ausnehmung 322 des Kappenstücks 321 angeordnet, sodass die Fritte 360 die Beziehung zwischen der Geschwindigkeit, mit der Luft aus dem Verteiler 350 gezogen werden kann, und dem entsprechenden Druckabfall (oder Ziehwiderstand) bestimmt.
Um Verformungen der Fritte 360 zu minimieren, ist der ringförmige Abstandshalter 364 vorzugsweise konfiguriert, um Kontakt zwischen den Rändern der Kanäle 352 und angrenzenden Teilen der Fritte 360 zu verhindern, sodass ein genau festgelegter Anteil der Fritte 360 funktionell über den Verteiler 350 zwischengelegt ist. Eine solche Anordnung sorgt für eine präzisere Anordnung pro Flächeneinheit der Fritte 360, sodass Strömgeschwindigkeit und Ziehwiderstand von Anzünder zu Anzünder genau übereinstimmend sein können. Die Ausführung der Erfindung könnte zwar ohne den Abstandshalter 364 durchgeführt werden, bei seinem Fehlen würde aber der Kontakt zwischen den Rändern der Kanäle 352 und der Fritte 360 dazu neigen, angrenzende Teile der Fritte 360 zu verformen und Strömgeschwindigkeit und Druckabfall zu beeinträchtigen. Dementsprechend fördert der Abstandshalter die Einheitlichkeit von Anzünder zu Anzünder.
Außerdem stellt der Abstandshalter 364 einen ringförmigen Zwischenraum 368 zwischen der Fritte 360 und den Einlässen der Kanäle 352 her. Ohne uns durch die Theorie binden zu wollen, glauben wir, dass der ringförmige Zwischenraum 368 wie ein Verteiler für die durch die Fritte 360 gezogene Luft wirkt, sodass die Strömgeschwindigkeit und der Druckabfall an der Fritte nicht durch die Größe der Kanäle 352 bestimmt werden, sondern stattdessen von den Eigenschaften der Fritte 360 bestimmt werden, wie z. B. der Maschengröße, der physikalischen Aufmachung und den Abmessungen.
Die oben beschriebene Anordnung ist insofern vorteilhaft, als sie Ziehwiderstand und Gesamtströmgeschwindigkeit mit einem ersten Element (der Fritte 360) regelt, das selbst genau und leicht reproduzierbar ist, und Zerstreuung und Richtung des Luftstroms mit einem zweiten Element (dem Schlitzring 330) regelt. Die Funktionalitäten der zwei Elemente sind durch das Zwischensetzen eines ringförmigen Zwischenraums 368 zwischen den zwei Elementen, wie er vom Abstandshalter 364 hergestellt wird, der die Fritte 360 von den Schlitzen 352 des Schlitzrings 330 beabstandet, im Wesentlichen voneinander getrennt. Vorteilhafterweise wird der gesamte in das System zum Rauchen 22 gesaugte Luftstrom nicht von der Größe der Kanäle 352 bestimmt, sondern stattdessen von dem relativ großen ringförmigen Bereich der Fritte 360.
Vorzugsweise umfasst die Fritte 360 einen planaren Kreisring aus Dünndrahtgewebe, das im Handel bei Quellen wie der Newark Wire Cloth Company of Newark, New Jersey, erhältlich ist. In der bevorzugten Ausgestaltung ist das Drahtgewebe vorzugsweise wie folgt aufgebaut:
Die Fritte 360, wobei jetzt auf 7B Bezug genommen wird, kann aus anderen Materialien, wie z. B. einer Papierscheibe 360' mit einem perforierten ringförmigen Bereich 361' hergestellt sein, der den gewünschten Ziehwiderstand bei der gewünschten Gesamtströmgeschwindigkeit erzielt. Andere mögliche Materialien und Ausführungen sind poröse Metalle, poröse oder perforierte Kunststoffe, Web- und Vliesstoffmatten, verdichtetes Acetatkabel (Tow) und andere Formen von Celluloseacetat. Jedes beliebige luftporöse Material, das zum Bereitstellen der hierin beschriebenen Luftstromeigenschaften konfiguriert ist, kann anstelle oder in Verbindung mit den in den bevorzugten Ausgestaltungen beschriebenen spezifischen Materialien verwendet werden. Es ist vorgesehen, dass der Begriff „Fritte", wie er hierin verwendet wird, alle derartigen Ausführungen und Materialien umfasst.
Die Materialien, Geometrie und anderen physikalischen Merkmale der Fritte 360, wobei jetzt auf 8 Bezug genommen wird, sind so ausgewählt, dass die Fritte einen gewünschten Ziehwiderstand („RTD") bei einer vorbestimmten Strömgeschwindigkeit ergibt. Vorzugsweise ist die Fritte 360 ausgeführt, um einen Ziehwiderstand im Bereich von etwa 70 bis 100 mm Wasser, vorzugsweise im Bereich von 80 bis 115 mm Wasser bei einer gewünschten Strömgeschwindigkeit zu erzeugen. Beispielsweise könnte man vorzugsweise einen Ziehwiderstand von etwa 100 mm Wasser bei einer anhaltenden Ziehrate von 1050 cm³/min wählen. Stattdessen können auch andere Auslegungspunkte verwendet werden. Vorzugsweise nimmt der Ziehwiderstand der Fritte 360 mit zunehmender Strömgeschwindigkeit ähnlich der Art zu, wie Änderungen der Ziehrate den Ziehwiderstand traditioneller Filterzigaretten vergrößern.
In 8 zeigt beispielsweise die mit ee bezeichnete Linie das Verhältnis zwischen Druckabfall und Änderung der Strömgeschwindigkeit einer traditionellen Filterzigarette. Die Linien aa und bb zeigen das Verhältnis zwischen Druckabfall und Strömgeschwindigkeit für ein elektrisches System zum Rauchen des Typs vom Stand der Technik, das in dem US-Patent Nr. 5.388.594 derselben Zessionarin beschrieben wird und einen Schlitz-Luftstromeinlass ohne eine Frittenanordnung der vorliegenden Erfindung hat. Bei zunehmender Strömgeschwindigkeit weichen die Linien aa und bb zunehmend von Linie ee ab.
Die Linien cc und dd, immer noch mit Bezug auf 8, zeigen das Verhältnis zwischen Druckabfall und Strömgeschwindigkeit für einen elektrischen Artikel zum Rauchen, der gemäß bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Die Linie cc entspricht den mit einer Frittenscheibe aus Metall erhaltenen Ergebnissen, während Linie dd einer perforierten Frittenscheibe aus Papier entspricht. Beide Linien cc und dd liegen näher an der Linie ee der traditionellen Filterzigarette als die Linien aa und bb der elektrischen Systeme zum Rauchen vom Stand der Technik. Die vorliegende Erfindung stellt eine Ziehwiderstandsreaktion bereit, die derjenigen, die mit einer traditionellen Filterzigarette erfahren wird, ähnlicher ist.
Der Basisteil 300 des Heizkörpers 39, wobei jetzt auf die 6 und 9 Bezug genommen wird, umfasst vorzugsweise ein Anschlussbasisstück 380 und einen Anschlussring 382, die beide Flächen, Aussparungen, Rillen und Löcher zum Platzieren und Beabstanden von Konstruktionsteilen, elektrischen Elementen und Luftwegen aufweisen.
Im Besonderen hat das Anschlussbasisstück 380 eine äußere ringförmige Rille 384 zum Aufnehmen eines Endteils der Gehäusehülse 310 (die zum Zweck der Deutlichkeit in 9 nicht abgebildet ist). Die Region 386 des Anschlussrings 382 ist zum Aufnehmen eines Endteils 396 des sekundären Heizelements (Reinigungsbüchse) 400 ausgeführt, während eine Innenfläche 388 des Anschlussrings 382 zum Aufnehmen des gemeinsamen Verbindungsrings 110 der Heizelemente 37 konfiguriert ist, vorzugsweise so, dass die Gehäusehülse 310, die Reinigungsbüchse 400 und die Heizelemente 37 zueinander konzentrisch sind. Ein Loch 105a im Anschlussbasisstück 380 ist für den Stift 105 für die elektrische Verbindung des gemeinsamen Rings 110 mit dem Pluspol der Stromquelle 35a bereitgestellt. Desgleichen ist eine Mehrzahl von Löchern 104a für das Einsetzen der Stifte 104 bereitgestellt, um eine elektrische Verbindung zwischen dem länglichen Element 56a jedes Heizblatts 120 mit einem der Feldeffekttransistor- (FET) Heizkörperschalter 201–208 zu bewirken.
In der Stirnfläche des Anschlussbasisstücks 380 ist eine radial gerichtete Umgehungsrinne 390 gebildet, um für eine zusätzliche Luftführung während des ersten Zugs an der Zigarette 23 zu sorgen. Die Umgehungsrinne 390 beginnt an einer Stelle am Anschlussbasisstück 380, die radial außerhalb des Anschlussrings 382 liegt und sich radial in die Region des Anschlags 182 erstreckt, wo das freie Ende der Zigarette 23 an den mittleren Stirnflächenteil des Anschlussbasisstücks 380 anstößt.
Der Anschlussring 382 hat einen ringförmigen Teil 392, der zwischen der Reinigungsbüchse 400 und dem Verbindungsring 110 der Heizelemente 37 liegt. Im ringförmigen Teil 392 befindet sich eine Mehrzahl von umfangsmäßig voneinander beabstandeten Luftdurchlässen in der Form von Kerben 394. In der bevorzugten Ausgestaltung stößt ein Endteil 396 der Reinigungsbüchse 400 an einem äußeren Rand 398 neben den Kerben 394 an, sodass die Kerben 394 Luftdurchlässe um den Endteil 396 der Reinigungsbüchse 400 bereitstellen.
Der Schlitzring 330 hat auch Flächen zum Aufnehmen des entgegengesetzten Endteils der Reinigungsbüchse 400.
Wenn sie zusammengefügt sind, definieren der Schlitzring 330 und der Dichtungsring 230 eine ringförmige Rille 358, die die Spitzen 118 der Heizblätter 120 aufnimmt.
Vorzugsweise sind durch eine derartige Anordnung die Zigarettenaufnahme 27, der Schlitz- und der Dichtungsring 330 und 340, die Heizelemente 37 und das Reinigungselement 400 alle vorzugsweise in einer konzentrischen Beziehung zueinander und zur Gehäusehülse 310 befestigt. Die resultierende Anordnung ist dergestalt, dass zwischen der Gehäusehülse 310 und der Reinigungsbüchse 400 ein äußerer ringförmiger Durchgang definiert wird und zwischen der Reinigungsbüchse 400 und den Heizelementen 37 ein innerer ringförmiger Durchgang 410 definiert wird. Der äußere ringförmige Durchgang 410 steht durch jede der Kerben 394 im Kreisring 392 des Anschlussrings 382 mit dem inneren ringförmigen Durchgang 420 in Verbindung.
Vorzugsweise ist an einem an die Reinigungsbüchse 400 angrenzenden Teil der Gehäusehülse 310 ein Wärmereflektor 412 bereitgestellt.
Die Reinigungsbüchse 400, wobei jetzt auf die 6 und 9 Bezug genommen wird, umfasst eine zylindrische, vorzugsweise gestauchte Hülse 450 und eine elektrisch widerstandsbehaftete Spiralwicklung 452, die entlang der Hülse 450 angeordnet ist. Vorzugsweise beginnt die Wicklung 450 an einem positiven Anschlusspunkt 452 auf einer Seite der Hülse 450 und endet an einer entgegengesetzten Seite der Hülse 450 an einem negativen Anschlusspunkt 456. Der positive Anschlusspunkt 452 kann durch einen positiven Anschlussstift 458, der sich durch ein im Basisteil 300 der Heizvorrichtung 39 befindliches Loch 458a erstreckt, mit einer Stromquelle verbunden werden. Desgleichen kann der negative Anschlusspunkt 456 durch einen negativen Anschlussstift 460, der sich durch ein im Basisteil 300 der Heizvorrichtung 39 befindliches Loch 460a erstreckt, mit dem Minuspol und der Steuerlogik einer Stromquelle und/oder Masse verbunden werden.
Die Aufgabe der Reinigungsbüchse 400 ist die Durchführung eines Reinigungszyklus der Heizvorrichtung 39, bei der die Wicklung 452 mit elektrischer Energie versorgt wird, um die Hülse 450 zu erhitzen, die wiederum durch Konvektion und/oder Wärmestrahlung verschiedene andere Bauteile der Heizvorrichtung 39 erhitzt, insbesondere die Flächen der Heizblätter 120, um daran abgelagerte Kondensate während eines Reinigungszyklus thermisch freizusetzen.
Alternativ wird die Hülse 450 während eines Reinigungszyklus von den Heizelementen 37 oder von einer separaten Heizeinrichtung erhitzt, die während eines kombinierten Reinigungs- und Aufladevorgangs in thermische Nähe zu der Hülse 450 gebracht wird.
Die zylindrische Hülse 450 kann jede beliebige geometrische Form definieren, die eine Fläche zum Kondensieren, Sammeln und/oder Aufspeichern von wenigstens einigen der Aerosolen umfasst, die nicht an einen Raucher abgegeben werden, und umfasst vorzugsweise ein Material, das eine geeignete Aerosolsperre zwischen der eingesteckten Zigarette und anderen Bauteilen bildet, insbesondere der relativ äußeren Hülse 84. Für die Hülse 450 kann Keramik, z. B. Aluminiumoxid, z. B. ein etwa 94-prozentiges Aluminiumoxid, das im Handel von Kyocera America, Co. von San Diego, California, oder Coors Technical Ceramics Co. von Oak Ridge, Tennessee, erhältlich ist, oder Metall, z. B. Haynes^® Alloy No. 214, eine Nickellegierung, die 16,0 Prozent Chrom, 3,0 Prozent Eisen, 4,5 Prozent Aluminum und Spuren von Yttrium enthält und wobei angenommen wird, dass der Rest (etwa 75 Prozent) Nickel ist, das im Handel von Haynes International von Kokomo, Indiana, erhältlich ist, vorzugsweise mit einer keramischen Kapsel- und Isolierbeschichtung beschichtet, eingesetzt werden. Für die Konstruktion der Reinigungsbüchse 400 eignen sich verschiedene Edelstahllegierungen.
Außerdem sollte das Material der Heizhülse 450 dauerhaft sein und dem unten beschriebenen Heizzyklus eine akzeptable Zeit lang standhalten können, z. B. für die Lebensdauer des elektrischen Anzünders, z. B. etwa 6 bis 18 Monate. Die Hülse 450 kann passend zur inneren Krümmung der Blätter 120 profiliert sein.
Alternativ kann die Reinigungsbüchse 400 als ein Metallhülsenlaminat ähnlich den Heizkörperkonstruktionen aufgebaut sein, die in der am 9. Januar 1995 angemeldeten US-Anmeldung der Serien-Nr. 08/370.125 derselben Zessionarin dargelegt werden, die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingebunden ist. Weitere alternative Konstruktionen sind in der am 25. November 1996 angemeldeten US-Anmeldung der Serien-Nr. 08/756.223 derselben Zessionarin dargelegt.
Das Heizelement ist vorzugsweise in engem thermischem Kontakt mit der zylindrischen Hülse 200. Alternativ ist die Hülse 450 selbst elektrisch widerstandsbehaftet, z. B. ein Metall, das direkt widerstandsgeheizt wird. Das Heizelement 452 kann einen Draht oder Drähte in einer Vielfalt anderer Konfigurationen an einer oder beiden Seiten der Hülse 450 entlang umfassen. Beispielsweise könnte das Heizelement 452 eine Mehrzahl von axial ausgerichteten linearen Elementen oder zueinander parallelen linearen Elementen, die relativ zur Symmetrieachse der Büchse 400 schräg verlaufen, umfassen.
Vorzugsweise sind die Windungen der Wicklung 452 voneinander isoliert, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Beispielsweise kann die Widerstandswicklung 452 in wenigstens einer spiralförmigen Rille an wenigstens einer der Flächen der Hülse 450 entlang liegen, um die angemessene Trennung der Windungen zu gewährleisten.
Beim Ziehen eines Rauchers an einer Zigarette 23 während des Rauchens, wobei jetzt auf 10 Bezug genommen wird, wird Luft aus dem Verteiler 350 durch die Fritte 360 und die Kanäle 352 des Dichtungsrings 340 und den äußeren ringförmigen Durchgang 410 entlang gezogen. An diesem Punkt wird die Luft in eine Richtung gezogen (wie durch den Pfeil 464 in 10 allgemein angedeutet wird), die der allgemeinen Richtung, in der Rauch vom Raucher aus der Zigarette gezogen wird (wie durch den Pfeil 466 in 10 allgemein angedeutet wird), allgemein entgegengesetzt ist (Gegenstrom). Wie bereits beschrieben wurde, wird die Luft, nachdem sie den äußeren ringförmigen Durchgang 410 entlang gezogen wurde, um den Endteil 396 des sekundären Heizelements (Reinigungsbüchse) 400 herum durch die im Basisteil 300 befindlichen Kerben 394 zum Einströmen in den inneren ringförmigen Durchgang 420 gezogen. Dieses Wenden der Luft um den Endteil 396 verleiht dem Luftstrom eine Richtung (wie durch den Pfeil 468 in 10 allgemein angedeutet wird), die allgemein wie die Richtung 466 verläuft, in der Rauch vom Raucher aus der Zigarette 23 gezogen wird. Die Heizvorrichtung wendet die Luft an einer Stelle (um den Endteil 396 der Büchse 400), die stromaufwärts und beabstandet von dem Ort ist, an dem am aktiven Heizelement 37 Tabakaerosol erzeugt wird, sodass am Erhitzungsort weniger Wirbelströmung auftritt und an den Heizelementen 120 oder um sie weniger unerwünschte Streuung von Tabakaerosol auftritt. Nicht evakuiertes Tabakaerosol kann um die Innenfunktionsteile des Anzünders Kondensate erzeugen.
Wie bereits besprochen, beinhaltet das Luftstromregelsystem der vorliegenden Erfindung ferner das Fördern einer einheitlichen umfangsmäßigen Verteilung von Luft, da sie durch die Kanäle 352 des Schlitzrings 330 und den äußeren ringförmigen Durchgang 420 entlang zum Endteil 396 der Reinigungsbüchse 400 gezogen wird. Eine derartige Anordnung fördert die Einheitlichkeit unter den Funktionen der einzelnen Heizelemente. Auch ermöglicht das Anordnen einer Fritte 360 an einer Stelle stromaufwärts vom Schlitzring wieder die genaue wiederholbare Bestimmung der Gesamtströmgeschwindigkeits- und Ziehwiderstandscharakteristik im System zum Rauchen 21. Alle diese Eigenschaften tragen einzeln und zusammen zu einer Verbesserung des Rauchgenusses bei.
Gewöhnlich wird Luft aus dem inneren ringförmigen Durchgang 420 durch Brüche in der Umhüllung 71 und der Tabakbahn 66, die durch das Verkohlen von den unmittelbar erfolgenden oder vorhergehenden Rauchzügezyklen verursacht wurden, quer in die Zigarette 23 gezogen. Für den ersten Zug an einer Zigarette 23 bestehen derartige Durchbrüche aber noch nicht. Um Unterschiede zwischen dem ersten Zug und anderen zu minimieren, wird von der Umgehungsrinne 390 ein anderer Luftdurchgang bereitgestellt, der die Luft stattdessen aus dem äußeren ringförmigen Durchgang 410 zum freien Endteil der Zigarette 21 lenkt, das an den Anschlag 182 anstößt. Im Verlauf des ersten Zugs und für anschließende Züge, wenn die Zigarettenumhüllung 71 und die Tabakbahn 66 durchbrochen worden sind, kürzt ein derartiger Durchbruch den von der Umgehungsrinne 390 definierten Luftströmungsweg ab und die Strömung folgt charakteristisch dem bereits beschriebenen Strömungsmuster.
Die Fritte 360 verleiht eine Fähigkeit zum Regeln der Beziehung der Strömgeschwindigkeit und des Ziehwiderstands. Die physikalische Ausdehnung der Fritte 360 über eine relativ große ringförmige Fläche ist dergestalt, dass kleinere Variationen der Konstruktion der Fritte 360 diese Beziehung nicht drastisch beeinflussen. Die Fritte eliminiert auch das Pfeifen, das entsteht, wenn Luft zum Durchströmen der winzigen zylindrischen Rinnen des Stands der Technik gebracht wird. Die Anordnung lässt auch zu, dass man die Kanäle 352 des Schlitzrings 330 zu einer für die gleichmäßige Verteilung und Lenkung der Luft ohne Beschränkungen bezüglich Gesamtströmgeschwindigkeit und Druckabfall günstigsten Konfiguration formt und bemisst, wobei die letzteren Faktoren von der Fritte 360 separat geregelt werden.
Falls erwünscht, können die Spiralwicklung 452 der Reinigerbüchse 400 und ihre assoziierten Rillen so aufgebaut sein, dass sie wenigstens einen winzigen Luftdurchgang in dem Bereich bilden, in dem die Reinigungsbüchse 400 an den Schlitzring 330 anstößt, sodass ein kleiner vorbestimmter Bruchteil der Luft direkter zur Zigarette gezogen werden kann.
Die Heizvorrichtung 39, wobei immer noch auf 10 Bezug genommen wird, hat vorzugsweise ein Zigarettenausstoßsystem 500, das vorzugsweise einen axial beweglichen Stößel 510 hat, um das eingesteckte Ende einer Zigarette 23 nach Beenden des Rauchens vom Basisteil 300 weg und wenigstens teilweise aus der Zigarettenaufnahme 27 zu drücken. Vorzugsweise ist der Stößel durch manuelles Betätigen eines federvorgespannten Schiebers 520, der sich entlang dem vorderen Gehäuseteil 33 befindet, zwischen einer zurückgezogenen Stellung am Basisteil 300 der Heizvorrichtung 39 (in 10 gezeigt) und seiner ganz ausgefahrenen Stellung neben dem Dichtungsring 340 beweglich. Weitere Einzelheiten zum Ausstoßsystem 500 sind in der am 7. Juni 1995 angemeldeten mitanhängigen US-Anmeldung der Seriennummer 08/483.363 derselben Zessionarin dargelegt, die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingebunden ist.
Vorzugsweise hat das Ausstoßsystem 500 eine Abdichtung 511 in der Form einer dünnen Dichtung aus flexiblem Material an der Rückseite des Basisteils 300. Die Dichtung 511 hindert Fremdstoffe, einschließlich Tabak, am Entweichen durch die verschiedenen Löcher und Kanäle des Basisteils 300, besonders an dem oder um den Ort 525 neben dem Stößel 510, aus der Heizvorrichtung.
Die oben beschriebenen Ausgestaltungen sind nicht als einschränkend sondern als veranschaulichend zu betrachten und es ist zu beachten, dass Variationen, Änderungen und Äquivalente von anderen hergestellt werden können, ohne aus dem Umfang der vorliegenden Erfindung gemäß der Definition durch die folgenden Ansprüche zu kommen. Beispielsweise ist die bevorzugte Zigarettengestaltung zwar die Anordnung der Lückenfüllerzigarette 23, aber stattdessen könnten auch andere Zigarettenmodelle eingesetzt werden. Wie bereits erwähnt wurde, können Heizelemente verschiedener anderer Geometrien in der Heizvorrichtung 39 eingesetzt werden. Erfindungsgemäße Ausführungen ergeben bedeutende Vorteile beim Betrieb elektrischer Systeme zum Rauchen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Widerstands beim Ziehen an einer Zigarette, während die Zigarette in einem elektrischen System zum Rauchen geraucht wird, umfassend das funktionelle Einfügen eines luftdurchlässigen Körpers, das heißt einer Fritte, zwischen eine Umgebungsluftquelle für die Zigarette und die Zigarette.
Verfahren nach Anspruch 1 zum Betreiben eines elektrischen Systems zum Rauchen, umfassend: Einführen einer Zigarette in eine Zigarettenaufnahme eines elektrischen Anzünders, sodass ein funktioneller Teil eines Heizkörpers neben einem Teil der Zigarette liegt, und Ausführen eines Rauchzügezyklus in Reaktion auf ein Ziehen an der Zigarette, indem der funktionelle Teil des Heizkörpers betätigt wird, während Luft zu einem neben dem funktionellen Teil des Heizkörpers befindlichen Bereich im Anzünder übertragen wird, wobei das genannte Übertragen das Durchziehen von Luft durch einen stromaufwärts von dem. genannten Bereich befindlichen luftdurchlässigen Körper während des Rauchzügezyklus aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend den Schritt des Verteilens der Luft am Umfang um die Zigarette herum vor dem Schritt des Durchziehens von Luft durch den luftdurchlässigen Körper.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend: zuerst Ziehen der Luft in dem Anzünder in einer ersten Richtung auf ein eingeführtes Ende der genannten Zigarette zu und Umlenken der Luft, sodass die Luft in einer zweiten Gegenströmungsrichtung weiter auf den Bereich neben dem funktionellen Teil der Heizvorrichtung zu gezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend den Schritt des Lenkens von Luft für wenigstens einen Teil eines ersten Rauchzügezyklus einer vorbestimmten Rauchzügezyklenfolge zu der genannten eingeführten Spitze.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Fritte einen luftdurchlässigen faserigen Körper umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Fritte einen luftdurchlässigen metallischen Körper umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Fritte ein perforiertes Papier umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Fritte ein Gitter umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Fritte ein metallisches Köperbindungsgitter umfasst.
Vorrichtung zum Herstellen einer Strömgeschwindigkeit und eines Ziehwiderstands einer Zigarette in einem elektrischen System zum Rauchen, umfassend einen luftdurchlässigen Körper, z. B. eine Fritte, an einer Stelle entlang eines Luftdurchgangs, der sich zwischen einer Umgebungsluftquelle und der Zigarette erstreckt.
Anzünder eines elektrischen Systems zum Rauchen, umfassend eine Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Anzünder Folgendes umfasst: eine Zigarettenaufnahme mit einem an einer ersten Stelle entlang der Zigarettenaufnahme funktionellen Heizkörper, einen Luftdurchgang, der eine Luftquelle mit der ersten Stelle verbindet, sodass beim Ziehen an einer Zigarette in der Zigarettenaufnahme Luft entlang des Durchgangs zur Zigarette gezogen wird, und einen luftdurchlässigen Körper, z. B. eine Fritte, an einer Stelle entlang des Durchgangs.
Anzünder nach Anspruch 12, ferner umfassend eine Lufteinlassöffnung zum Einlassen von Luft in den Durchgang, wobei sich der luftdurchlässige Körper an einer Stelle entlang des Durchgangs befindet.
Anzünder nach Anspruch 13, bei dem die Zigarettenaufnahme einen Basisteil, einen offenen Endteil und einen Heizkörper umfasst, wobei der offene Endteil und der Heizkörper zum gleitenden Aufnehmen einer Zigarette ausgeführt sind.
Anzünder nach Anspruch 14, bei dem der Durchgang einen mit der Zigarettenaufnahme konzentrischen und mit der Lufteinlassöffnung in Verbindung stehenden ringförmigen Verteiler hat, der stromaufwärts vom luftdurchlässigen Körper angeordnet ist, sodass beim Einziehen von Luft in den Anzünder Luft am Umfang um den genannten Verteiler verteilt wird, bevor sie durch den luftdurchlässigen Körper passiert.
Anzünder nach Anspruch 15, bei dem der luftdurchlässige Körper einen ringförmigen Teil neben dem Verteiler hat, sodass die aus dem Verteiler gezogene Luft durch den ringförmigen Teil des luftdurchlässigen Körpers passiert.
Anzünder nach Anspruch 16, bei dem der offene Endteil eine Zigarettenaufnahmeöffnung hat und der Verteiler mit der Zigarettenaufnahmeöffnung konzentrisch ist und an sie angrenzt.
Anzünder nach Anspruch 15, 16 oder 17, bei dem der Durchgang stromabwärts vom luftdurchlässigen Körper einen Schlitzring hat, der eine Ringöffnung hat, die angeordnet ist, um Luft in einer ersten Richtung zum Basisteil hin zu lenken.
Anzünder nach Anspruch 18, bei dem der luftdurchlässige Körper vom Schlitzring beabstandet ist.
Anzünder nach Anspruch 19, bei dem der luftdurchlässige Körper ausreichend von der Ringöffnung beabstandet ist, um einen zweiten Verteiler zu definieren, der funktionell zwischen dem luftdurchlässigen Körper und dem Schlitzring angeordnet ist.
Anzünder nach Anspruch 15, 16 oder 17, bei dem der Schlitzring eine Mehrzahl von Ringöffnungen hat, die im Querschnitt in Umfangsrichtung länglich sind.
Anzünder nach einem der Ansprüche 17 bis 21, bei dem der Durchgang ferner Folgendes umfasst: einen radial äußeren, allgemein ringförmigen Durchgangsteil stromabwärts vom Schlitzring zum weiteren Lenken von Luft in Richtung auf das Basisteil, einen zweiten radial inneren, allgemein ringförmigen Durchgangsteil stromabwärts vom ersten radial äußeren Durchgangsteil, wobei der zweite radial innere Durchgangsteil Luft in einer zweiten Richtung auf die Heizvorrichtung lenkt, wobei die zweite Richtung mit Bezug auf die erste Richtung allgemein gegenstromig ist, und eine an den Gehäuseteil angrenzende Anordnung zum Zuführen Durchlassen von Luft aus dem ersten radial äußeren Durchgangsteil in den zweiten radial inneren Durchgangsteil.
Anzünder nach Anspruch 22, bei dem die Durchlassanordnung eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist, die am Umfang um den Basisteil angeordnet sind, wobei die Umlenkanordnung stromabwärts von einem elektrisch funktionellen Teil der Heizvorrichtung ist.
Anzünder nach einem der Ansprüche 17 bis 23, bei dem die Heizvorrichtung eine Mehrzahl von Heizelementen umfasst, die in einer zueinander parallelen, im Wesentlichen zylindrischen Anordnung angeordnet sind, wobei der Anzünder ferner einen im Wesentlichen zylindrischen Körper aufweist, der konzentrisch um die im wesentlichen zylindrische Anordnung von Heizelemenenten angeordnet ist, wobei der im Wesentlichen zylindrische Körper wenigstens teilweise einen radial äußeren Teil des Durchgangs definiert, wobei der radial äußere Teil des Durchgangs sich stromabwärts vom Schlitzring befindet und die Luft weiter in der ersten Richtung auf den Basisteil zu lenkt, wobei der Durchgang ferner einen radial inneren Durchgangsteil aufweist, der wenigstens teilweise zwischen dem im Wesentlichen zylindrischen Körper und der im Wesentlichen zylindrischen Anordnung von Heizelementen definiert ist, wobei der radial innere Durchgangsteil stromabwärts vom radial äußeren Durchgangsteil ist, wobei der Durchgang ferner eine Öffnung neben dem Basisteil aufweist zum Umlenken von Luft aus der ersten Richtung in eine zweite Gegenströmungsrichtung, wenn Luft aus dem radial äußeren Durchgangsteil in den inneren Durchgangsteil gezogen wird.
Anzünder nach Anspruch 24, bei dem die Öffnung neben dem Basisteil zum Umlenken von Luft eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist, die am Umfang um den Basisteil und neben einem Endteil des im Wesentlichen zylindrischen Körpers angeordnet sind.
Anzünder nach Anspruch 25, bei dem der Basisteil einen Zigarettenanschlag zum Aufnehmen eines freien Endes einer Zigarette und einen radial gerichteten Kanal zum Durchlassen von Luft aus dem radial äußeren Teil des Anzünders zu einem Zigarettenaufnahmeteil des Anschlags hat, wobei der radiale Kanal weiter von einem elektrisch funktionellen Teil der Heizvorrichtung entfernt ist als die Luftumlenköffnung.
Anzünder nach Anspruch 26, bei dem der im Wesentlichen zylindrische Körper einen sekundären Heizkörper hat, der während eines Reinigungszyklus des Anzünders betrieben werden kann.
Anzünder nach einem der Ansprüche 14 bis 27, ferner umfassend ein Auswurfsystem zum Wegdrücken einer Zigarette vom Basisteil und eine an einer Rückseite des genannten Basisteils befindliche Dichtung, wobei die genannte Dichtung eine Abdichtung zum genannten beweglichen Teil des genannten Auswurfsystems bildet.
Anzünder nach einem der Ansprüche 12 bis 26, bei dem die Fritte ein Gitter umfasst.
Anzünder nach einem der Ansprüche 12 bis 26, bei dem die Fritte ein metallisches Köperbindungsgitter umfasst.
Anzünder nach einem der Ansprüche 12 bis 26, bei dem die Fritte einen luftdurchlässigen faserigen Körper umfasst.
Anzünder nach einem der Ansprüche 12 bis 26, bei dem die Fritte einen luftdurchlässigen metallischen Körper umfasst.
Anzünder nach einem der Ansprüche 12 bis 26, bei dem die Fritte ein perforiertes Papier umfasst.