EP3426070A1 - Electronic cigarette product and cartridge for an electronic cigarette product - Google Patents

Electronic cigarette product and cartridge for an electronic cigarette product

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EP3426070A1
EP3426070A1 EP17708765.7A EP17708765A EP3426070A1 EP 3426070 A1 EP3426070 A1 EP 3426070A1 EP 17708765 A EP17708765 A EP 17708765A EP 3426070 A1 EP3426070 A1 EP 3426070A1
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EP
European Patent Office
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cigarette product
electronic cigarette
liquid
product according
adding device
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EP17708765.7A
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German (de)
French (fr)
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EP3426070B1 (en
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Jürgen Dick
Marc Kessler
Rene Schmidt
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Koerber Technologies GmbH
Original Assignee
Hauni Maschinenbau GmbH
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Publication date
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    • A24F40/30—Devices using two or more structurally separated inhalable precursors, e.g. using two liquid precursors in two cartridges
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Definitions

  • the present invention relates to an electronic cigarette product, comprising a housing having a mouth end, at least one air inlet opening and an air channel extending in the housing between the at least one air inlet opening and the mouth end, a liquid tank, an electrical energy store and an adding device connected to the liquid tank Generation of vapor and / or aerosol of liquid removed from the liquid tank and addition of the vapor and / or aerosol to an air stream flowing in the air channel.
  • a wick e.g. made of glass fiber
  • a heating coil When heating the heating coil, the liquid in the wick evaporates in the heating coil. Due to the capillary action, the evaporated liquid is fed from the liquid storage.
  • Such an electronic cigarette is described by way of example in US 2016/0021930 A1.
  • the object of the invention is to provide a safe, high-quality and certifiable electronic cigarette product and a cartridge in which the described disadvantages of the potential risk of overheating and the associated pollutant emissions are avoided.
  • the invention solves this problem with the features of the independent claims.
  • the execution of at least essential parts of the adding device as a microsystem unit according to the invention allows the complete decoupling of the liquid delivery or dosing of their heating for the purpose of evaporation.
  • Liquid is conveyed or injected by microdosing, advantageously by means of a free-jet atomizer in accordance with the inkjet or bubble jet principle, into a chamber in the interior of the adding device.
  • Spaced apart and functionally separate from it can advantageously be provided as part of an evaporator an exactly heatable heating element.
  • the temperature of the heating element can be adjusted or regulated completely independently of the volume flow of the liquid.
  • the amount of liquid delivered and thus the amount of vapor / aerosol can be set as desired.
  • exact temperature control / regulation of the evaporator heating element overheating and resulting pollutants, such as acrylic compounds can be completely avoided.
  • the microsystem technology used in accordance with the invention enables micrometer-accurate and exactly reproducible production of different electromechanical functional groups, including sensors and actuators, on a substrate, for example of a polymer, glass, ceramic, metal, semimetal, z.
  • silicon silicon compounds or metal oxide compounds, in a single manufacturing process. In this way, according to the invention, the product quality required for mass production and certifiability can be ensured.
  • the atomizer more advantageously also the evaporator of the adding device is designed as a microsystem unit.
  • the evaporator may alternatively be made of less expensive materials.
  • the liquid tank and the adding device are arranged in a replaceable cartridge.
  • the adding device as part of the cartridge has the considerable advantage that a defined interface is thereby created, which allows a leak-free replacement of the cartridge without elaborate sealing measures, since the microstructure of the microsystem unit can be easily sealed or even self-sealing due to the surface tension.
  • the cartridge can advantageously comprise a data or information storage unit for storing information and / or parameters relating to the cartridge.
  • the ratio of the greatest extension of the microsystem unit to the mean diameter of the substantially rod-shaped housing in the region of the addition device is less than 0.5 and more preferably less than 0.4 and even more preferably less than 0.3 and especially advantageously less than 0.2.
  • a compact construction of the microsystem unit increases the flexibility with regard to possible arrangements of the microsystem unit in the cigarette product or in the cartridge.
  • the nebulizer is preferably a free jet nebulizer with a thermal or piezo actuator and a downstream nozzle.
  • the atomizer may comprise an electric preheating element and a preheating chamber for preheating the liquid entering the adding device from the liquid tank. It may also be advantageous if a metallic, liquid-contacting part of the atomizer is set to a DC electrical voltage to effect ionization of the atomized liquid.
  • the heating power of the evaporator heating element can be controlled and / or regulated to a defined desired temperature.
  • the evaporator may comprise a piezoelectric element which is coupled to the electrical heating element.
  • the heating element which vibrates due to the piezo excitation can lead to an improvement of the evaporation effect and / or achievement of self-cleaning effects, ie avoidance of burning or adhesion.
  • different liquids can be atomized from a plurality of liquid tanks with a plurality of atomizers, the atomizers preferably being associated with a corresponding plurality of evaporators and heating elements.
  • At least one liquid reservoir in the form of a liquid-on-chip device is provided.
  • This technology which is also based on microsystems technology, enables small quantities of liquid to be stored directly on a chip, comparable to a drop that is enclosed in a kind of blister and can be released by targeted activation.
  • a free-jet atomizer could be provided for atomizing a base liquid and the actual metering of flavors and / or active substances could take place via a liquid-on-chip device.
  • a plurality of atomizers in particular in matrix or array form, can be arranged in the adding device.
  • the plurality of atomizers may have a corresponding plurality of evaporators, for example se also be in matrix form.
  • a plurality of addition devices or microsystem units may be arranged in the cigarette product.
  • Fig. 2 is a cross-sectional view of a cartridge for an electronic cigarette product
  • FIG. 14 is a functional diagram of a cigarette product according to the invention.
  • the atomizer / doser 48 is adjusted so that an advantageous amount of liquid in the range between 1 .mu. ⁇ to 1 0 ⁇ , typically 4 ⁇ per Cei of Konsu elements added.
  • the atomizer / doser 48 is designed to provide a (dosing) reserve.
  • the atomizer / doser 48 may be adjustable in the amount of liquid per train.
  • liquid 50 from the liquid tank 118 to the atomizer 48 may be used, for example in the form of at least one pump, for example a diaphragm pump, peristaltic pump, positive displacement pump, for example a spindle drive, gear pump , Alternatively, the negative pressure in the from Consumers generated airflow 30 are used to convey the liquid 50, for example via a connecting pipe.
  • a pump for example a diaphragm pump, peristaltic pump, positive displacement pump, for example a spindle drive, gear pump
  • the negative pressure in the from Consumers generated airflow 30 are used to convey the liquid 50, for example via a connecting pipe.
  • the air sucked in through the inlet opening 31 is conducted in the air channel 30, optionally via the interface or separating surface 57, to the dispensing device 20.
  • a filter in particular a fine filter for filtering out dust particles from the sucked air can be arranged.
  • a pressure or flow switch 44 for activating the atomizer 48 and the evaporator 49 due to the generation of an air flow 34 by the consumer is arranged so that the air flow 34 flows past it.
  • the flow switch 44 may be arranged in the flow-through variant in the evaporator chamber 24, see for example FIG. 5 and FIG. 6. Alternatively, the flow switch 44 can be arranged at a suitable location in the air duct 30 outside the evaporator chamber 24.
  • the vapor or aerosol 40 is either supplied to the air flow 34 by flowing past the outside of the outlet opening 42 of the evaporator chamber 24, see Fig. 1, Fig.3, Fig.4, Fig.7, Fig.8, Fig.9 11 and 12.
  • the air flow 34 flows through the adding device 20 and the vapor or aerosol 40 is taken up and taken up in the evaporator chamber 24 by the air flow 30, see FIGS. 5, 6 and FIG. 10.
  • the vapor or aerosol 40 is added perpendicular to the airflow 34 flowing eccentrically and in the axial direction of the cigarette product 10.
  • the air flow 34 flows through the adding device 20 perpendicular to the axial direction of the cigarette product 10.
  • the cigarette product 10 preferably contains one or more pressure sensors for measuring and / or controlling the pressure or vapor pressure in the evaporator chamber 24, the pressure in the air duct 30, for example for activating or switching the tensioning device 20, and / or for leak testing between adding device 20 and liquid tank 18.
  • the embodiment according to FIG. 4 differs from that according to FIG. 3 in that in this case the heating element 36 consists of a plurality of heating rods 41 protruding perpendicularly from the corresponding surface of the substrate 39, ie a quasi "standing" three-dimensional heating element structure.
  • the adding device 20 is flowed through by the consumer-generated air stream 34 and thereby entrains the vapor or aerosol generated in the evaporation chamber 24. It's one for that Air inlet opening 42 and an air outlet opening 43 in the adding device 20 is provided.
  • the pressure switch 44 for example a capacitor switch, for activating the atomizer 48 and the evaporator 49 as a result of the generation of an air flow 34 by the consumer, is advantageously integrated in the microsystem unit 45, for example in the evaporator component 23 (see FIG. 5), alternatively in the atomizer component 22 (see Fig. 6).
  • liquid channel 27 can advantageously be arranged preheating with an electric preheating element 46 and a Vormérmkam mer 47, as exemplified in the embodiment according to the Fig. 5 and 6 is shown.
  • the atomizer component 22 is designed as a microsystem unit 45, while the substrate 39 of the evaporator component 23 is made of a non-conductive material, in particular glass, ceramic or a plastic. This structure can be cheaper and thus advantageous.
  • the evaporator component 23 is advantageously connected or bonded to the atomizer component 22.
  • the liquid tank 18, which is preferably made of a plastic, for example PDMS (polydimethylsiloxane), is advantageously also firmly bonded to the atomizer component 22 or the microsystem unit 45 and liquid-tight, for example glued or welded.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • FIGS. 7 and 8 relate to an advantageous variant of the invention, in which different liquids 50, 50 A, for example the liquid 50 and a separate liquid active substance 50 A, are composed of a plurality of liquid tanks 18, 18A with a plurality of atomizers 48, 48A, here free-jet atomizers according to the inkjet or Bubblejet principle with actuators 25, 25A, atomized and evaporated with a plurality of corresponding evaporators 49, 49A or heating elements 36, 36A.
  • the atomizer component 22 and the evaporator component 23 are designed as a uniform microsystem unit or assembly 45.
  • the structure is comparable to that of Figure 6, ie only the atomizer 22 is designed as a microsystem unit, while the substrate 39 of the evaporator component 23 is made of a non-conductive material, in particular glass, ceramic or a plastic ,
  • evaporators 49 All embodiments shown in the figures have one or more evaporators 49. However, embodiments without an evaporator are conceivable, for example for medical applications. Here it may be sufficient to produce an aerosol by means of atomizer 48 and to supply it to the air flow 30.
  • atomizer 48 With a Free-jet atomizers according to the inkjet or Bubblejet principle, for example, droplets having a mean size in the range between 10 ⁇ and 50 ⁇ , preferably between 20 ⁇ and 40 ⁇ , typically produce about 30 ⁇ .
  • the metering frequency is typically in the kHz range.
  • a plurality of atomizers 48 for example in matrix form, can advantageously be arranged in the adding device 20.
  • the plurality of atomizers 48 may be associated with a corresponding plurality of evaporators 49, for example likewise in matrix form.
  • the adding device 20 can therefore also be referred to as an array, in microsystem design as an MST array.
  • the number of atomizers 48 is preferably between two and twenty, preferably between three and ten.
  • a plurality of adding devices 20 or microsystem units 45 can be arranged in the cigarette product.
  • Information about the ingredient, ie the composition of the liquid stored in the liquid tank 18, is advantageously stored in the information store 53; Information about the process profile, in particular power / temperature control; Data for condition monitoring or system test, for example leak test; Data relating to copy protection and security against counterfeiting, in particular comprising an ID for unambiguously informing the consumption unit 17 or cartridge 21; Serial number, date of manufacture and / or expiry date; and / or number of trains (number of inhalation trains by the consumer) or the period of use.
  • An electrical connection 54 is advantageously provided between the consumption unit 17 or the cartridge 21 and the energy supply unit 12 via a corresponding electrical interface 55, which makes it possible to replace the cartridge 21.
  • the electrical connection 54 serves on the one hand for the data exchange between the consumption unit 17 or the cartridge 21 and the power supply unit 12, on the other hand the power supply of the consumption unit 17 or the cartridge 21 through the electrical energy storage 14.
  • the data exchange can via a direct electrical coupling, for example by means Spring contact elements, a radio link or an optical connection done.
  • the electrical / electronic unit 1 5 of the base 56 is advantageously set up to carry out statistical evaluations, in particular by software. These may relate, for example, to consumer behavior, for example the number of trains over time, the fluid consumption in general and / or per cartridge, nicotine absorption, fluid composition and the like. Other aspects of a statistical analysis may relate to market developments and trends. It is also possible to provide an API interface for application programming which, for example, makes it possible to display all sensor information in any combination.
  • FIG. 14 An essentially self-explanatory functional circuit diagram of the cigarette product 10 according to the invention, based on the above-described reference numerals with the aid of the inserted reference symbols, is shown in FIG. 14.

Abstract

The invention relates to an electronic cigarette product, comprising a housing having a mouth end (32), at least one air inlet opening (31), and an air channel (30) extending in the housing (11) between the at least one air inlet opening (31) and the mouth end (32), a liquid reservoir (18), an electrical energy store (14), and an adding device (20) connected to the liquid reservoir (18) for generating vapor and/or aerosol from liquid extracted from the liquid reservoir (18), and adding the vapor and/or aerosol to an air flow (34) flowing in the air channel (30). The adding device (20) is at least partly a micro-system technical unit.

Description

Elektronisches Zigarettenprodukt und Kartusche für ein elektronisches Zigarettenprodukt  Electronic cigarette product and cartridge for an electronic cigarette product
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Zigarettenprodukt, umfassend ein Gehäuse mit einem Mundende, mindestens einer Lufteinlassöffnung und einem in dem Gehäuse zwischen der mindestens einen Lufteinlassöffnung und dem Mundende verlaufen- den Luftkanal, einen Flüssigkeitstank, einen elektrischen Energiespeicher und eine mit dem Flüssigkeitstank verbundene Zugabevorrichtung zur Erzeugung von Dampf und/oder Aerosol von aus dem Flüssigkeitstank entnommener Flüssigkeit und Zugabe des Dampfs und/oder Aerosols zu einem in dem Luftkanal strömenden Luftstrom. The present invention relates to an electronic cigarette product, comprising a housing having a mouth end, at least one air inlet opening and an air channel extending in the housing between the at least one air inlet opening and the mouth end, a liquid tank, an electrical energy store and an adding device connected to the liquid tank Generation of vapor and / or aerosol of liquid removed from the liquid tank and addition of the vapor and / or aerosol to an air stream flowing in the air channel.
Der überwiegende Teil der aktuell am Markt befindlichen elektronischen Zigarettenprodukte basiert auf dem sogenannten Dochtwendelprinzip. Ein Docht, z.B. aus Glasfaser, ist partiell mit einer Heizwendel umwickelt und steht mit einem Flüssigkeitsspeicher in Kon- takt. Bei Erwärmung der Heizwendel verdampft die in dem Docht befindliche Flüssigkeit im Bereich der Heizwendel. Aufgrund der Kapillarwirkung wird die verdampfte Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsspeicher nachgefördert. Eine solche elektronische Zigarette ist beispielhaft in der US 2016/0021930 A1 beschrieben. The vast majority of electronic cigarette products currently on the market are based on the so-called wick spiral principle. A wick, e.g. made of glass fiber, is partially wrapped with a heating coil and is in contact with a liquid storage. When heating the heating coil, the liquid in the wick evaporates in the heating coil. Due to the capillary action, the evaporated liquid is fed from the liquid storage. Such an electronic cigarette is described by way of example in US 2016/0021930 A1.
Die Förderung der Flüssigkeit und die Dampfmenge sind dabei über den Docht untrennbar miteinander gekoppelt. Die Verdampfungsleistung bestimmt die Dampfmenge; von Rauchern wird jedoch häufig eine hohe Dampfmenge zur Erzielung eines nachhaltigen Raucher- lebnisses gewünscht. Infolge der dafür erforderlichen hohen, im Wesentlichen systembedingten inhomogenen Temperatur- Flüssigkeits-Verteilung kommt es zu einer möglichen partiellen Überhitzungsgefahr und somit zu unerwünschter Schadstoffemission. Ein weiterer Nachteil bekannter elektronischer Zigaretten ist die Leckageanfälligkeit bei Luftdruckschwankungen. The promotion of the liquid and the amount of steam are inseparably coupled via the wick. The evaporation rate determines the amount of steam; However, smokers often want a high volume of steam to achieve a sustainable smoking experience. As a result of the high, essentially systemic inhomogeneous temperature Liquid distribution leads to a possible partial risk of overheating and thus to undesirable pollutant emission. Another disadvantage of known electronic cigarettes is the susceptibility to leakage in the event of air pressure fluctuations.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein sicheres, hochqualitatives und zertifizierbares elektronisches Zigarettenprodukt und eine Kartusche bereitzustellen, bei denen die geschilderten Nachteile der potenziellen Überhitzungsgefahr und der damit verbundenen Schad- Stoffemission vermieden werden. The object of the invention is to provide a safe, high-quality and certifiable electronic cigarette product and a cartridge in which the described disadvantages of the potential risk of overheating and the associated pollutant emissions are avoided.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Ausführung mindestens wesentlicher Teile der Zugabevorrichtung als mikrosystemtechnische Einheit ermöglicht erfindungsgemäß die vollständige Entkopplung der Flüssigkeitsförderung bzw. -dosierung von deren Erwärmung zwecks Verdampfung. Flüssigkeit wird per Mikrodosierung, vorteilhaft mittels eines Freistrahlzerstäubers nach dem Inkjet- oder Bubblejet-Prinzip, in eine Kammer im Inneren der Zugabevorrichtung gefördert bzw. ein- gespritzt. Beabstandet und funktionell getrennt davon kann vorteilhaft ein exakt temperierbares Heizelement als Teil eines Verdampfers vorgesehen sein. Die Temperatur des Heizelements kann dabei vollkommen unabhängig von dem Volumenstrom der Flüssigkeit eingestellt oder geregelt werden. Bei fest eingestellter Temperatur kann die geförderte Flüssigkeitsmenge und somit die Menge an Dampf/Aerosol wie gewünscht eingestellt werden. Durch exakte Temperatursteuerung/-regelung des Verdampfer-Heizelements können Überhitzung und dadurch entstehende Schadstoffe, beispielsweise Acrylverbindungen, vollständig vermieden werden. Die erfindungsgemäß verwendete Mikrosystem-Technologie ermöglicht dabei die mikrometergenaue und exakt reproduzierbare Fertigung unterschiedlicher elektromechanischer Funktionsgruppen einschließlich Sensorik und Aktuatoren auf einem Substrat, beispiels- weise aus einem Polymer, Glas, Keramik, Metall, Halbmetall, z. B. Silizium, Siliziumverbindungen oder Metalloxidverbindungen, in einem einheitlichen Herstellungsvorgang. Auf diese Weise kann erfindungsgemäß die für eine Massenfertigung und Zertifizierbarkeit erforderliche Produktqualität sichergestellt werden. Vorteilhaft ist min- destens der Zerstäuber, weiter vorteilhaft auch der Verdampfer der Zugabevorrichtung als mikrosystemtechnische Einheit ausgebildet. I nsbesondere der Verdampfer kann jedoch alternativ aus kostengünstigeren Materialien hergestellt sein. Vorzugsweise sind der Flüssigkeitstank und die Zugabevorrichtung in einer auswechselbaren Kartusche angeordnet. Wenn der Flüssigkeitstank geleert ist, muss somit nicht das gesamte Zigarettenprodukt entsorgt werden, sondern es muss nur die leere Kartusche gegen eine gefüllte ausgewechselt werden. Ein erheblicher Teil des Zigarettenprodukts einschließlich des Energiespeichers kann somit wiederverwendet werden. Die Zugabevorrichtung als Teil der Kartusche hat den erheblichen Vorteil, dass hierdurch eine definierte Schnittstelle geschaffen wird, die eine leckagefreie Auswechselung der Kartusche ohne aufwändige Dichtmaßnahmen ermöglicht, da die Mikrostruktur der mikrosystemtechnischen Einheit leichter abgedichtet werden kann oder sogar aufgrund der Oberflächenspannung selbstdichtend ist. The invention solves this problem with the features of the independent claims. The execution of at least essential parts of the adding device as a microsystem unit according to the invention allows the complete decoupling of the liquid delivery or dosing of their heating for the purpose of evaporation. Liquid is conveyed or injected by microdosing, advantageously by means of a free-jet atomizer in accordance with the inkjet or bubble jet principle, into a chamber in the interior of the adding device. Spaced apart and functionally separate from it can advantageously be provided as part of an evaporator an exactly heatable heating element. The temperature of the heating element can be adjusted or regulated completely independently of the volume flow of the liquid. When the temperature is fixed, the amount of liquid delivered and thus the amount of vapor / aerosol can be set as desired. By exact temperature control / regulation of the evaporator heating element overheating and resulting pollutants, such as acrylic compounds can be completely avoided. The microsystem technology used in accordance with the invention enables micrometer-accurate and exactly reproducible production of different electromechanical functional groups, including sensors and actuators, on a substrate, for example of a polymer, glass, ceramic, metal, semimetal, z. As silicon, silicon compounds or metal oxide compounds, in a single manufacturing process. In this way, according to the invention, the product quality required for mass production and certifiability can be ensured. Advantageously, at least the atomizer, more advantageously also the evaporator of the adding device is designed as a microsystem unit. However, in particular, the evaporator may alternatively be made of less expensive materials. Preferably, the liquid tank and the adding device are arranged in a replaceable cartridge. Thus, when the liquid tank is emptied, not all of the cigarette product needs to be disposed of, but only the empty cartridge needs to be replaced with a filled one. A significant portion of the cigarette product including the energy storage can thus be reused. The adding device as part of the cartridge has the considerable advantage that a defined interface is thereby created, which allows a leak-free replacement of the cartridge without elaborate sealing measures, since the microstructure of the microsystem unit can be easily sealed or even self-sealing due to the surface tension.
Die Kartusche kann vorteilhaft einen Daten- bzw. I nformationsspei- eher zu m Speichern von die Kartusche betreffender I nformation und/oder Parametern umfassen. Vorzugsweise ist das Verhältnis der größten Erstreckung der mikro- systemtechnischen Einheit zum mittleren Durchmesser des im Wesentlichen stabförmigen Gehäuses im Bereich der Zugabevorrich- tung kleiner als 0,5 und weiter vorzugsweise kleiner als 0,4 und noch weiter vorzugsweise kleiner als 0,3 und besonders vorteilhaft kleiner als 0,2. Eine kompakte Bauweise der mikrosystemtechni- schen Einheit vergrößert die Flexibilität hinsichtlich möglicher Anordnungen der mikrosystemtechnischen Einheit in dem Zigaretten- produkt bzw. in der Kartusche. The cartridge can advantageously comprise a data or information storage unit for storing information and / or parameters relating to the cartridge. Preferably, the ratio of the greatest extension of the microsystem unit to the mean diameter of the substantially rod-shaped housing in the region of the addition device is less than 0.5 and more preferably less than 0.4 and even more preferably less than 0.3 and especially advantageously less than 0.2. A compact construction of the microsystem unit increases the flexibility with regard to possible arrangements of the microsystem unit in the cigarette product or in the cartridge.
Der Zerstäuber ist vorzugsweise ein Freistrahl-Zerstäuber mit einem Thermo- oder Piezo-Aktuator und einer nachgeordneten Düse. In vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung kann der Zerstäuber ein elektrisches Vorheizelement und eine Vorwärmkammer zum Vorwärmen der aus dem Flüssigkeitstank in die Zugabevorrichtung eintretenden Flüssigkeit aufweisen. Es kann auch vorteilhaft sein, wenn ein metallisches, die Flüssigkeit kontaktierendes Teil des Zerstäubers auf eine elektrische Gleichspannung gelegt ist, um eine Ionisierung der zerstäubten Flüssigkeit zu bewirken. The nebulizer is preferably a free jet nebulizer with a thermal or piezo actuator and a downstream nozzle. In advantageous embodiments of the invention, the atomizer may comprise an electric preheating element and a preheating chamber for preheating the liquid entering the adding device from the liquid tank. It may also be advantageous if a metallic, liquid-contacting part of the atomizer is set to a DC electrical voltage to effect ionization of the atomized liquid.
Vorzugsweise ist die Heizleistung des Verdampfer-Heizelements auf eine definierte Solltemperatur Steuer- und/oder regelbar. In vorteilhaften Ausführungsformen kann der Verdampfer ein mit dem elektri- sehen Heizelement gekoppeltes Piezoelement umfassen. Das aufgrund der Piezo-Anregung vibrierende Heizelement kann zu einer Verbesserung der Verdampfungswirkung und/oder Erzielung von Selbstreinigungseffekten, d.h. Vermeidung von Anbrennen oder An- haftungen, führen. In vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindu ng können unterschiedliche Flüssigkeiten aus einer Meh rzahl von Flüssigkeitstanks mit einer Mehrzahl von Zerstäubern zerstäubt werden, wobei den Zerstäu bern vorzugsweise eine entsprechende Mehrzahl von Ver- dampfern und Heizelementen zugeordnet sind. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Wirkstoff gezielt zu einer Grundflüssigkeit zudosiert werden. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn die Heizleistung der Heizelemente individuell auf definierte Solltemperaturen Steuer- und/oder regelbar ist, da dies eine Anpassung und optimale Wahl der jeweiligen Heiztemperatur für jede Flüssigkeit ermöglicht. Preferably, the heating power of the evaporator heating element can be controlled and / or regulated to a defined desired temperature. In advantageous embodiments, the evaporator may comprise a piezoelectric element which is coupled to the electrical heating element. The heating element which vibrates due to the piezo excitation can lead to an improvement of the evaporation effect and / or achievement of self-cleaning effects, ie avoidance of burning or adhesion. In advantageous embodiments of the invention, different liquids can be atomized from a plurality of liquid tanks with a plurality of atomizers, the atomizers preferably being associated with a corresponding plurality of evaporators and heating elements. In this way, for example, an active substance can be added in a targeted manner to a base liquid. In this case, it is particularly advantageous if the heating power of the heating elements can be controlled and / or regulated individually to defined nominal temperatures, since this allows an adaptation and optimum choice of the respective heating temperature for each liquid.
Besonders vorteilhaft ist der Flüssigkeitstank ein flexibler Beutel. Hierdurch wird mit einfachen Mitteln erreicht, dass der Flüssig- keitstank lageunabhängig und leckagefrei vollständig entleerbar ist. Particularly advantageously, the liquid tank is a flexible bag. As a result, it is achieved with simple means that the liquid tank can be completely emptied independently of location and without leakage.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist mindestens ein Flüssigkeitsspeicher in Form einer Liquid-on-Chip-Vorrichtung vorgesehen. Bei dieser ebenfalls mikrosystemtechnisch-basierten Technologie besteht die Möglichkeit, kleine Mengen Flüssigkeit direkt auf einem Chip zu speichern , vergleichbar mit einem Tropfen, der in einer Art Blister eingeschlossen ist und durch gezielte Aktivierung freigesetzt werden kann. Beispielsweise könnte ein Freistrahl- Zerstäu ber zum Zerstäuben einer Grundflüssig keit vorgesehen sein und die eigentliche Zudosierung von Aromen u nd/oder Wirkstoffen über eine Liquid-on-Chip-Vorrichtung erfolgen. In an advantageous development of the invention, at least one liquid reservoir in the form of a liquid-on-chip device is provided. This technology, which is also based on microsystems technology, enables small quantities of liquid to be stored directly on a chip, comparable to a drop that is enclosed in a kind of blister and can be released by targeted activation. For example, a free-jet atomizer could be provided for atomizing a base liquid and the actual metering of flavors and / or active substances could take place via a liquid-on-chip device.
I n praktischen Ausführungsformen der Erfindung kann eine Mehrzahl von Zerstäubern insbesondere in Matrix- oder Arrayform in der Zugabevorrichtung angeordnet sein . Der Mehrzahl von Zerstäubern kann eine entsprechende Mehrzahl von Verdampfern , beispielswei- se ebenfalls in Matrixform, zugeordnet sein. Für die Erzeugung größerer Dampfmengen können eine Mehrzahl von Zugabevorrichtungen bzw. mikrosystemtechriische Einheiten in dem Zigarettenprodukt angeordnet sein. In practical embodiments of the invention, a plurality of atomizers, in particular in matrix or array form, can be arranged in the adding device. The plurality of atomizers may have a corresponding plurality of evaporators, for example se also be in matrix form. For the generation of larger quantities of steam, a plurality of addition devices or microsystem units may be arranged in the cigarette product.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines elektronischen Zigarettenprodukts in einer Ausführungsform der Erfindung; The invention will be explained below with reference to preferred embodiments with reference to the accompanying figures. 1 is a cross-sectional view of an electronic cigarette product in an embodiment of the invention;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Kartusche für ein elektronisches Zigarettenprodukt; Fig. 2 is a cross-sectional view of a cartridge for an electronic cigarette product;
Fig. 3-9 Querschnittsansichten von mindestens teilweise mikro- systemtech nisch-basierten Zugabevorrichtungen für ein elektronisches Zigaretten produkt in unterschiedlichen Ausführungsformen ; FIGS. 3-9 are cross-sectional views of at least partially microsystem technology-based adding devices for an electronic cigarette product in different embodiments;
Fig. 10-12 Querschnittsansichten eines elektronischen Zigarettenprodukts in weiteren Ausführungsformen der Erfindung; FIGS. 10-12 are cross-sectional views of an electronic cigarette product in further embodiments of the invention;
Fig. 1 3 Zeitdiagramme zur Erläuterung einer vorteilhaft gepuls- ten Verdampfer-Temperaturregelung ; und FIG. 1 shows timing diagrams for explaining an advantageous pulsed evaporator temperature control; FIG. and
Fig. 14 ein Funktionsschaltbild eines erfindungsgemäßen Zigarettenprodukts. 14 is a functional diagram of a cigarette product according to the invention.
Das elektronische Zigarettenprodukt 10 umfasst ein im Wesentlichen stabförmiges oder zylindrisches Gehäuse 1 1 , das im Quer- schnitt rund, oval , elliptisch , quadratisch , rechteckig, vieleckig oder anders geformt sein kann. I n dem Gehäuse 1 1 ist ein Luftkanal 30 zwischen mindestens einer Lufteinlassöffnung 31 und dem Mundende 32 des Zigarettenprodukts 1 0 vorgesehen . Das M undende 32 des Zigarettenprodukts 1 0 bezeichnet dabei das Ende, an dem der Konsument zwecks I nhalation zieht und dadurch das Zigarettenprodukt 1 0 mit einem Unterdruck beaufschlagt und eine Luftströmung 34 in dem Luftkanal 30 erzeugt. Mindestens eine Lufteinlassöffnung 31 kann an der Mantelseite des Gehäuses 1 1 angeordnet sein. Zu- sätzlich oder alternativ kann mindestens eine Lufteinlassöffnung 31 A am entfernten Ende 33 des Zigarettenprodukts 10 angeordnet sein . Das entfernte Ende 33 des Zigarettenprodukts 1 0 bezeichnet das dem Mundende 32 entgegengesetzte Ende des Zigarettenprodukts 10. The electronic cigarette product 10 comprises a substantially rod-shaped or cylindrical housing 1 1, which in the transverse may be round, oval, elliptical, square, rectangular, polygonal or otherwise shaped. In the housing 11, an air channel 30 is provided between at least one air inlet opening 31 and the mouth end 32 of the cigarette product 10. The M undende 32 of the cigarette product 10 designates the end at which the consumer pulls for the purpose of inhaling I and thereby applies a negative pressure to the cigarette product 10 and generates an air flow 34 in the air channel 30. At least one air inlet opening 31 can be arranged on the shell side of the housing 11. Additionally or alternatively, at least one air inlet opening 31 A can be arranged at the far end 33 of the cigarette product 10. The distal end 33 of the cigarette product 10 denotes the end of the cigarette product 10 opposite the mouth end 32.
Die Luftzuführung durch die Lufteinlassöffnung(en) 31 , 31 A kann einstellbar sein, insbesondere durch veränderbaren Strömungswiderstand , beispielsweise mittels verstellbarer Luftschlitze oder einem drehbaren Ring mit Regulierungsöffnung. Des Weiteren kann ein (Fein-)Filter an der oder den Lufteinlassöffnung(en) 31 , 31 A zum Reinigen der angesaugten Luft vorgesehen sein . Auch eine lonisie- rungseinrichtung zum Ionisieren der angesaugten Luft ist möglich, was eine bessere Tröpfchenaufnahme und eine bessere biologische Verträglichkeit bewirken kann. Schließlich ist eine Einrichtung zum Vorwärmen bzw. Vortemperieren der angesaugten Luft denkbar. The air supply through the air inlet opening (s) 31, 31 A may be adjustable, in particular by variable flow resistance, for example by means of adjustable louvers or a rotatable ring with a regulating opening. Furthermore, a (fine) filter on the or the air inlet opening (s) 31, 31 A may be provided for cleaning the sucked air. An ionization device for ionizing the intake air is also possible, which can bring about better droplet uptake and better biocompatibility. Finally, a device for preheating or pre-tempering the sucked air is conceivable.
Das Zigarettenprodukt 1 0 ist vorzugsweise so gestaltet, dass der Zugwiderstand an dem Mundende 32 vorzugsweise im Bereich zwischen 50 und 130 mm Wassersäule, weiter vorzugsweise zwischen 80 und 120 mm Wassersäule, noch weiter vorzugsweise zwischen 90 und 1 1 0 mm Wassersäule und optimalerweise zwischen 95 und 105 mm Wassersäule liegt. Der Zugwiderstand bezieht sich dabei auf den Druck, der benötigt wird, um Luft durch die volle Länge des Zigarettenprodukts 10 mit einer Rate von 1 7.5 ml/s bei 22 °C u nd 101 kPa (760 Torr) zu ziehen, und der in Übereinstimmung mit I SO 6565:201 1 gemessen wird. The cigarette product 10 is preferably designed such that the draw resistance at the mouth end 32 is preferably in the range between 50 and 130 mm water column, more preferably between 80 and 120 mm water column, even more preferably between 90 and 110 mm water column and optimally between 95 and 105 mm water column. The draw resistance here refers to the pressure needed to draw air through the full length of the cigarette product 10 at a rate of 1 7.5 ml / s at 22 ° C and 101 kPa (760 torr) and in line with I SO 6565: 201 1 is measured.
Das Zigarettenprod ukt 1 0 umfasst einen ersten (Axial-)Abschnitt 1 3, vorteilhaft am entfernten Ende 33 des Zigarettenprodukts 10, in dem eine elektronische Energieversorgungseinheit 12 mit einem elektri- sehen Energiespeicher 14 und einer elektrischen/elektronischen Einheit 1 5 angeordnet ist. Der Energiespeicher 14 erstreckt sich vorteilhaft in axialer Richtung des Zigarettenprodukts 1 0. Die elektrische/elektronische Einheit 1 5 ist vorteilhaft seitlich neben dem Energiespeicher 14 angeordnet. Der Energiespeicher 14 kann eine elektrochemische Einweg-Batterie, ein wiederaufladbarer elektrochemischer Akku , z. B. ein Li-Ionen-Akku, oder eine Brennstoffzelle sein . The cigarette product ukt 1 0 comprises a first (axial) section 1 3, advantageously at the distal end 33 of the cigarette product 10, in which an electronic energy supply unit 12 with an electrical energy store 14 and an electrical / electronic unit 1 5 is arranged. The energy storage 14 advantageously extends in the axial direction of the cigarette product 1 0. The electrical / electronic unit 1 5 is advantageously arranged laterally next to the energy storage 14. The energy storage 14 may include a disposable electrochemical battery, a rechargeable electrochemical battery, e.g. As a Li-ion battery, or a fuel cell.
Das Zigarettenprodukt 1 0 umfasst des Weiteren einen zweiten (Axial-)Abschnitt 16, vorteilhaft am Mundende 32 des Zigarettenprodukts 10, in dem eine Verbrauchseinheit 1 7 mit einem Flüssigkeitstank 18, einer elektrischen Einheit 19 und einer Zugabevorrichtung 20 angeord net ist. Der Flüssigkeitstank 18 erstreckt sich vorteilhaft in axialer Richtung des Zigarettenprodukts 10. The cigarette product 10 further comprises a second (axial) portion 16, advantageously at the mouth end 32 of the cigarette product 10, in which a consumption unit 1 7 with a liquid tank 18, an electrical unit 19 and an adding device 20 is angeord net. The liquid tank 18 advantageously extends in the axial direction of the cigarette product 10.
Anstelle der getrennten elektrischen/elektronischen Einheiten 1 5, 19 kann auch eine einheitliche elektrische/elektronische Einheit vorgesehen sein, die entweder in der Energieversorgungseinheit 12 oder in der Verbrauchseinheit 1 7 angeordnet sein kann. Die Gesamtheit der elektrischen/elektronischen Einheiten des Zigarettenprodukts 10 wird im Folgenden als Steueranord nung 29 bezeichnet. I n dem Gehäuse 1 1 ist vorteilhaft ein Sensor, beispielsweise ein Drucksensor oder ein Druckschalter, angeordnet, wobei die Steueranordnung auf der Grund lage eines von dem Sensor ausgegebenen Sensorsignals einen Betriebszustand des Zigarettenprodukts 1 0 feststellen kann, in dem ein Konsument am Mu ndende 32 des Zigarettenprodukts 1 0 zieht, um zu inhalieren . I n diesem Betriebszustand steuert die Steueranordnung 29 die Zugabevorrichtung 20 an , um Flüssigkeit 50 aus dem Flüssigkeitstank 1 8 als Zugabe 40 in Form kleiner Flüssigkeitstropfen als Nebel/Aerosol und/oder gasförmig als Dampf in den Luftstrom 34 zuzugeben. Die in dem Flüssigkeitstank 1 8 gespeicherte, zu dosierende Flüssigkeit ist beispielsweise eine Mischung aus 1 ,2-Propylenglykol, Glycerin und Wasser, der ein oder mehrere Aromen und/oder Wirkstoffe, wie bei- spielsweise Nikotin, zugemischt sein können. Instead of the separate electrical / electronic units 1 5, 19, a uniform electrical / electronic unit can be provided, which can be arranged either in the power supply unit 12 or in the consumption unit 1 7. The entirety of the electrical / electronic units of the cigarette product 10 is referred to hereinafter as Steueranord Regulation 29. A sensor, for example a pressure sensor or a pressure switch, is advantageously arranged in the housing 1 1, wherein the control arrangement can determine an operating state of the cigarette product 1 0 on the basis of a sensor signal output by the sensor, in which a consumer at the end 32 of the cigarette product 10 draws to inhale. In this operating state, the control arrangement 29 activates the adding device 20 in order to add liquid 50 from the liquid tank 18 as an addition 40 in the form of small liquid droplets as mist / aerosol and / or as vapor into the air stream 34. The liquid to be metered stored in the liquid tank 118 is, for example, a mixture of 1,2-propylene glycol, glycerol and water, to which one or more flavors and / or active substances, such as, for example, nicotine, can be admixed.
Der den Flüssigkeitstank 18 enthaltende Abschnitt 16 oder die Verbrauchseinheit 17 ist vorteilhaft als vom Konsumenten auswechselbare Kartusche 21 , d . h. als Einwegteil ausgeführt. Der Rest des Zi- garettenprodukts 10, insbesondere der den Energiespeicher 14 enthaltende Abschnitt 1 3 ist vorteilhaft als vom Konsumenten wiederverwendbares Grundteil 56, d . h . als Meh rwegteil ausgeführt. Die Kartusche 21 ist vom Konsumenten mit dem Grundteil 56 verbindbar und vom Grundteil 56 lösbar ausgebildet. Zwischen der Kartusche 21 und dem wiederverwendbaren G rundteil 56 ist somit eine Trennfläche bzw. Schnittstelle 57 gebildet. Das Kartuschengehäuse 58 kann einen Teil des Gehäuses 1 1 des Zigarettenprodukts 10 bilden. The liquid tank 18 containing portion 16 or the consumption unit 17 is advantageous as replaceable by the consumer cartridge 21, d. H. designed as a disposable part. The remainder of the cigarette product 10, in particular the portion 1 3 containing the energy store 14, is advantageous as the consumer reusable base 56, d. H . executed as a meh rwegteil. The cartridge 21 can be connected by the consumer to the base part 56 and detachably formed by the base part 56. Between the cartridge 21 and the reusable G round part 56 thus a separation surface or interface 57 is formed. Cartridge housing 58 may form part of housing 1 1 of cigarette product 10.
In anderen Ausführungsformen, siehe Fig . 2, ist die Verbrauchsein- heit 17 als Kartusche 21 ausgeführt, die in den wiederverwendbaren Grundteil 56 des Zigarettenprodukts 10 durch den Konsumenten einsetzbar und aus diesem entnehmbar ist. Das Kartuschengehäuse 58 ist in diesem Fall ein von dem Gehäuse 1 1 des Zigarettenprodukts 1 0 separates Gehäuse. Die Kartusche 21 umfasst mindestens den Flüssigkeitstank 18 und die Zugabevorrichtung 20. Die Kartusche 21 kann, wie in Fig. 2 gezeigt, die elektrische/elektronische Einheit 19 umfassen. In anderen Ausführungsformen ist die elektrische/elektronische Einheit 1 9 ganz oder teilweise fester Bestandteil des Grundteils 56. Die Kartusche 21 kann neben der Verwendung in stabförmigen Zigarettenprodukten 1 0 auch in anderen Produkten eingesetzt werden, beispielsweise in einer elektronischen Pfeife. Der Energiespeicher 14 ist in der Regel nicht Teil der Kartusche 21 , sondern Teil des wiederverwendbaren G rundteils 56. In other embodiments, see FIG. 2, the consumer unit 17 is embodied as a cartridge 21 which is inserted into the reusable base 56 of the cigarette product 10 by the consumer can be used and removed from this. The cartridge case 58 is in this case a separate from the housing 1 1 of the cigarette product 1 0 housing. The cartridge 21 includes at least the liquid tank 18 and the adding device 20. As shown in FIG. 2, the cartridge 21 may include the electric / electronic unit 19. In other embodiments, the electrical / electronic unit 1 9 is wholly or partially an integral part of the base 56. The cartridge 21 can be used in addition to the use in rod-shaped cigarette products 1 0 in other products, such as in an electronic whistle. The energy storage 14 is usually not part of the cartridge 21, but part of the reusable G round part 56th
Der Flüssigkeitstank 1 8 ist zur Vermeidung von Leckage vorzugsweise flüssigkeitsdicht geschlossen und behält diese Eigenschaft unter sämtlichen auftretenden Umgebungsbedingungen, d. h. über einen weiten Temperatur- und Umgebungsdruckbereich. Vorteilhaft wird somit der Zutritt von Umgebungsluft in den Flüssigkeitstank 18 vermieden , so dass aus dem Flüssigkeitstank 1 8 ausschließlich Flüssigkeit entnommen wird. Des Weiteren soll der Flüssig keitstank 1 8 lageunabhängig möglichst vollständig entleerbar sein. Vorzugsweise ist der Flüssigkeitstank 18 zertifiziert befüllt und nicht nach- füllbar ausgebildet, um Missbrauch und Manipulation sicher zu verhindern. The liquid tank 1 8 is preferably closed to prevent leakage liquid-tight and retains this property under all environmental conditions occurring, d. H. over a wide temperature and ambient pressure range. Advantageously, the access of ambient air is thus avoided in the liquid tank 18, so that only fluid is removed from the liquid tank 1 8. Furthermore, the liquid should keitstank 1 8 location independent as completely emptied. The liquid tank 18 is preferably filled in a certified manner and is not refillable in order to reliably prevent abuse and manipulation.
Der Flüssigkeitstank 1 8 kann zur Realisierung der zuvor genannten Anforderungen eine vorteilhaft viskositätsabhängige Kapillarstruktur aufweisen und/oder zur Erzeugung einer Mikro-Fluidik eingerichtet sein. Eine Entleerung über einen beispielsweise elektrisch, etwa mittels Spindelantrieb, angetriebenen Verdränger, vorzugsweise unter Verwendung eines Kolbens in einem zylinderförmigen Tank, ist möglich. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Flüssigkeitstank 18 ein flexibler Beutel. Hierdurch wird mit einfachen Mitteln erreicht, dass der Flüssigkeitstank 18 lageunabhängig und leckagefrei vollständig entleerbar ist. Der Flüssigkeitstank 18 kann einen Behälter, eine Halterung oder eine Strukturkomponente umfassen, in die die oben genannte Kapillarstruktur und/oder der Beutel eingelegt ist. Ein typisches Tankvo- lumen des Flüssigkeitstanks 1 8 liegt im Bereich zwischen 0,5 ml und 2 ml. Das Zigarettenprodukt 10 kann vorteilhaft eine Füllstandskon- trolle für den Flüssigkeitstank 18 umfassen, die beispielsweise an die Zugzahl gekoppelt sein kann . Der Flüssigkeitstank 18 ist vorzugsweise aus einem inerten und/oder lebensmittelverträglichen bzw. pharmatauglichen Material, insbesondere einem Kunststoff, gefertigt, wobei das Material optisch transparent oder undurchsich- tig sein kann. The liquid tank 1 8 may have an advantageous viscosity-dependent capillary structure for the realization of the aforementioned requirements and / or be set up to produce a micro-fluidics. An emptying over a example, electrically, for example by means of spindle drive, driven displacer, preferably using a piston in a cylindrical tank, is possible. In an advantageous embodiment, the liquid tank 18 is a flexible bag. As a result, it is achieved by simple means that the liquid tank 18 can be completely emptied completely independently of location and leak-free. The liquid tank 18 may comprise a container, a holder or a structural component, in which the above-mentioned capillary structure and / or the bag is inserted. A typical tank volume of the liquid tank 18 is in the range between 0.5 ml and 2 ml. The cigarette product 10 can advantageously comprise a fill level control for the liquid tank 18, which can be coupled, for example, to the number of passes. The liquid tank 18 is preferably made of an inert and / or food-compatible or pharmaceutically acceptable material, in particular a plastic, wherein the material may be optically transparent or impermeable.
Der Flüssigkeitstank 1 8 kann an die Zugabevorrichtung 20 mechanisch gekoppelt oder von dieser entkoppelt sein . I m Falle einer mechanischen Kopplung dient die Zugabevorrichtung 20 vorteilhaft als Deckel oder Auslaufschutz für den Flüssigkeitstank 18. Im Falle einer Entkopplung ist insbesondere eine Flüssigkeitsleitung, d .h. eine kapillare Verbindung zwischen dem Flüssigkeitstank 18 und der Zugabevorrichtung 20 vorgesehen. Sofern der Flüssigkeitstank 18 von der Zugabevorrichtung 20 trennbar ausgeführt ist, muss dies lecka- gefrei möglich sein , d.h. der Flüssigkeitstank 18 weist einen Verschließmechanismus auf, der infolge der Trennung des Flüssigkeits- tanks 18 von der Zugabevorrichtung 20 automatisch eine Abgabeöffnung des Flüssigkeitstanks 18 flüssigkeitsdicht verschließt, etwa mittels eine federbelasteten Kugel, einem Rückschlagventil oder dergleichen. The liquid tank 18 may be mechanically coupled to or decoupled from the adding device 20. In the case of a mechanical coupling, the adding device 20 advantageously serves as a cover or leakage protection for the liquid tank 18. In the case of a decoupling, in particular a liquid line, ie. a capillary connection between the liquid tank 18 and the adding device 20 is provided. If the liquid tank 18 is designed to be separable by the adding device 20, this must be possible in a leak-free manner, ie the liquid tank 18 has a closing mechanism which, due to the separation of the liquid tanks 18 of the adding device 20 automatically closes a discharge opening of the liquid tank 18 liquid-tight, such as by means of a spring-loaded ball, a check valve or the like.
Das Verhältnis der größten Erstreckung a der mikrosystemtechni- schen Einheit 45 (siehe Fig . 3) zum mittleren Durchmesser D des im Wesentlichen stabförmigen Gehäuses 1 1 im Bereich der Zugabevorrichtung 20 (siehe Fig. 12) ist vorteilhaft kleiner als 0,5. The ratio of the greatest extent a of the microsystem unit 45 (see FIG. 3) to the mean diameter D of the substantially rod-shaped housing 1 1 in the region of the adding device 20 (see FIG. 12) is advantageously less than 0.5.
Eine vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zugabevorrichtung 20 ist in Fig . 3 gezeigt. Die Zugabevorrichtung 20 um- fasst ein Zerstäu berbauteil 22 mit einem Zerstäu ber 48 und ein Verdampferbauteil 23 mit einem Verdampfer 49, die in Bezug zu einer Kammer 24 im I nneren der Zugabevorrichtung 20 angeordnet sind . An advantageous embodiment of an adding device 20 according to the invention is shown in FIG. 3 shown. The adding device 20 comprises a nebulizer component 22 with a nebulizer 48 and an evaporator component 23 with an evaporator 49, which are arranged in relation to a chamber 24 in the inside of the adding device 20.
Der Zerstäuber 48 ist vorzugsweise ein Freistrahl-Zerstäuber nach dem I nkjet- oder Bubblejet-Prinzip, mit einem in einem Flüssigkeitskanal 27 angeordneten Aktuator 25 und nachfolgend angeordneten Düse 26, die in die Kammer 24 mündet. Der mit einer geeigneten Ansteuerfrequenz typischerweise im kHz-Bereich elektrisch angesteuerte Aktuator 25 kann ein piezoelektrisches Element oder ein Heizelement sein. Bei Feststellung eines durch Ziehen des Konsumenten versursachten Luftstroms 34 d urch den Luftkanal 30 steuert die Steueranordnung 29 den Aktuator 25 an, wobei durch plötzliche Erhitzung (im Falle eines Heizelements) oder durch Erschütterung (im Falle eines Piezo-Elements) die in dem Flüssigkeitskanal 27 befindliche Flüssigkeit in Form von kleinen Tröpfchen aus der Düse 26 in die Kammer 24 geschleudert wird . Alternativ zu einem Freistrahl-Zerstäuber nach dem I nkjet- oder Bubblejet-Prinzip können andere Zerstäubertypen eingesetzt werden, beispielsweise Druckdifferenz-getrieben , entweder aus dem Luftstrom 30 selbst oder mittels Vordruck auf oder in dem Flüssig- keitstank 18 oder Ultraschallzerstäuber. The atomizer 48 is preferably a free-jet atomizer according to the jet or bubble jet principle, with an actuator 25 arranged in a fluid channel 27 and subsequently arranged nozzle 26, which opens into the chamber 24. The actuator 25, which is electrically controlled with a suitable drive frequency, typically in the kHz range, may be a piezoelectric element or a heating element. Upon detection of an airflow 34 through the air channel 30 caused by the consumer pulling, the control assembly 29 actuates the actuator 25, causing sudden heating (in the case of a heating element) or vibration (in the case of a piezo element) in the liquid channel 27 Liquid in the form of small droplets from the nozzle 26 is thrown into the chamber 24. As an alternative to a free-jet atomizer according to the jet or bubblejet principle, other types of atomizers can be used, for example pressure-difference-driven, either from the air stream 30 itself or by means of admission pressure to or in the liquid tank 18 or ultrasonic atomizer.
Der Zerstäuber 48 dient in der Ausführung als Freistrahl-Zerstäuber nach dem Inkjet- oder Bubblejet-Prinzip zugleich zur Förderung der Flüssigkeit 50 aus dem Flüssigkeitstank 1 8 durch den Flüssigkeits- kanal 27 sowie der Dosierung der Flüssigkeit in die Kammer 24. Der Zerstäuber 48 kann daher auch als Freistrahl-Dosierer bezeichnet werden. Zusätzlich und/oder alternativ können zur Förderung und/oder Dosierung der Flüssigkeit auch Mikropumpen und -ventile, eine Förderung mit integrierter Flüssigkeits-(Vor-)temperierung, die weiter unten noch illustriert wird , und/oder Druckdifferenz-getrieben , entweder aus dem Luftstrom 30 selbst oder mittels Vordruck auf oder in dem Flüssigkeitstank 18. The atomizer 48 is used in the embodiment as a free-jet atomizer according to the inkjet or Bubblejet principle at the same time for conveying the liquid 50 from the liquid tank 1 8 through the liquid channel 27 and the metering of the liquid in the chamber 24. The atomizer 48 can therefore also be referred to as a free-jet dispenser. Additionally and / or alternatively, for pumping and / or metering of the liquid also micropumps and valves, a promotion with integrated liquid (pre-) tempering, which will be illustrated below, and / or pressure difference driven, either from the air stream 30 itself or by form on or in the liquid tank 18.
Der Zerstäuber/Dosierer 48 ist so eingestellt, dass eine vorteilhafte Flüssigkeitsmenge im Bereich zwischen 1 μΙ bis 1 0 μΙ , typischerweise 4 μΙ pro Zug des Konsu menten , zudosiert wird. Vorzugsweise ist der Zerstäuber/Dosierer 48 so ausgelegt, dass eine (Dosierungs- )Reserve vorhanden ist. Vorzugsweise kann der Zerstäuber/Dosierer 48 hinsichtlich der Flüssigkeitsmenge pro Zug einstellbar sein . The atomizer / doser 48 is adjusted so that an advantageous amount of liquid in the range between 1 .mu.Ι to 1 0 μΙ, typically 4 μΙ per Zug of Konsu elements added. Preferably, the atomizer / doser 48 is designed to provide a (dosing) reserve. Preferably, the atomizer / doser 48 may be adjustable in the amount of liquid per train.
Zusätzlich oder alternativ zu dem Freistrahl-Dosierer 48 können andere Mittel zum Zuführen der Flüssigkeit 50 von dem Flüssigkeitstank 1 8 zu dem Zerstäuber 48 verwendet werden , beispielsweise in Form von mindestens einer Pumpe, beispielsweise Membranpumpe, Peristaltikpumpe, Verdrängerpumpe, zum Beispiel mit Spindelantrieb, Zahnradpumpe. Alternativ könnte der Unterdruck in dem vom Konsumenten erzeugten Luftstrom 30 zur Förderung der Flüssigkeit 50 verwendet werden , beispielsweise über ein Verbindungsrohr. In addition or as an alternative to the free-jet metering device 48, other means for supplying the liquid 50 from the liquid tank 118 to the atomizer 48 may be used, for example in the form of at least one pump, for example a diaphragm pump, peristaltic pump, positive displacement pump, for example a spindle drive, gear pump , Alternatively, the negative pressure in the from Consumers generated airflow 30 are used to convey the liquid 50, for example via a connecting pipe.
Die Steueranordnung 29 kann vorteilhaft zur Einstellung unter- schiedlicher Konsumprofile eingerichtet sein. Insbesondere kann vorteilhaft die Dampf-Dosierungsrate in gewissen Bereichen für den Konsumenten einstellbar sein. Beispielsweise könnten drei Dampf- Leistungsstufen mit viel, mittel und wenig Dampf wäh lbar sein, entsprechend beispielsweise 400, 500 und 600 Zügen pro 2 ml-Kartu- sehe 21 . Realisiert werden kann dies beispielsweise über die Frequenz der Ansteuerung des Zerstäubers 48. Die Dimensionierung des Heizelements 36 ist in solchen Ausführungsformen auf die größte wählbare Dampfleistung ausgelegt. Alternativ zu einem separaten Flüssigkeitstank 1 8 kann eine einheitliche Speicher-/Zerstäubereinheit in Form eines sogenannten Liquid- on-Chip-Systems eingesetzt werden. Dabei handelt es sich um eine Vielzahl einzelner Flüssigkeitsreservoire, die auf einer Platine integriert angeordnet sind und einzeln elektrisch angesteuert bzw.„ge- schössen" werden können, um die darin gespeichert Flüssigkeit freizusetzen. Typische Blistergrößen liegen im Bereich zwischen 1 50 μΙ und 5 ml. Ein Liquid-on-Chip-System kann auch zum Zudosieren von Wirkstoff parallel zu einem Flüssigkeitstank zum Zugeben von Basisflüssigkeit vorgesehen sein. The control arrangement 29 can advantageously be set up for setting different consumption profiles. In particular, the steam metering rate can be advantageously adjustable to the consumer in certain areas. For example, three steam power levels with high, medium, and low steam could be selectable, corresponding to, for example, 400, 500, and 600 trains per 2 ml cartridge. This can be realized, for example, via the frequency of the control of the atomizer 48. The dimensioning of the heating element 36 is designed in such embodiments to the largest selectable steam power. As an alternative to a separate liquid tank 1 8, a uniform storage / atomizer unit in the form of a so-called liquid-on-chip system can be used. These are a large number of individual liquid reservoirs, which are arranged integrated on a circuit board and can be individually electrically driven or "fired" in order to release the liquid stored therein. Typical blister sizes lie in the range between 1 50 μΙ and 5 ml A liquid-on-chip system may also be provided for metering active ingredient in parallel with a liquid tank for adding base liquid.
Vorzugsweise können metallische, die Flüssigkeit kontaktierende Teile des Zerstäubers 22, beispielsweise das Heizelement 25 und/oder die Düse 26, auf eine elektrische Gleichspannung gelegt sein, um eine Ionisierung der zerstäubten Flüssigkeit zu bewirken. Dadurch können feinere Tropfen, eine bessere räumliche Verteilung der zerstäubten Flüssigkeit und/oder eine Anziehungskraft der Trop- fen in Richtung zu einem Heizelement 36 des Verdampfers 23 (siehe unten) vorteilhaft erzielt werden. Dies kann insbesondere für pharmazeutische Anwendungen vorteilhaft sein. Der Verdampfer 49 weist ein Heizelement 36 auf, das bei Feststellung eines durch Ziehen des Konsumenten versursachten Luftstroms 34 durch den Luftkanal 30 von der Steueranordnung 29 angesteuert wird, um mittels Strom aus der Energiequelle beheizt zu werden und die aus der Düse 26 austretenden Tröpfchen zu verdampfen , d . h. in den gas- bzw. dampfförmigen Zustand zu versetzen. Zur Erzielung einer optimalen Verdampfung ist das Heizelement 36 vorzugsweise gegenüberliegend der Düse 26 angeordnet. Das elektrische Heizelement 36 kann insbesondere als Heizplatte mit ebener oder strukturierter Oberfläche ausgeführt sein. Die Größe und Oberflächenbe- schaffenheit bzw. Struktur des Heizelements 36 ist vorzugsweise an die Viskosität u nd Oberflächenspannung bzw. Benetzungsfähigkeit der Flüssigkeit angepasst. Auch eine polare Beschichtung ist möglich . Das Heizelement 36 wird von der Steueranordnung 29, insbesondere der elektrischen/elektronische Einheit 19, so angesteuert, dass dieses eine im Wesentlichen konstante Verdampfungstemperatur vorzugsweise im Bereich zwischen 1 00 °C und 400 °C aufweist. Dies kann vorteilhaft durch eine Regelung der Heizleistung gesche- hen . Vorzugsweise ist eine Leistungsreserve für das Heizelement 36 vorgesehen. Die Verdampfungsleistung liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 1 W bis 20 W, weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 2 W und 10 W. I m Falle einer Mehrzahl von Verdampfer-Heizelementen 36, 36A (siehe Fig. 7 bis Fig. 9) zur Verdampfung einer Mehrzahl von Flüs- sigkeiten 50, 50A, werden die Heizelemente 36, 36A vorzugsweise getrennt geregelt, um für jede Komponente eine optimale Verdampfungstemperatur sicherstellen zu können. Auch eine zeitlich versetzte Verdampfung verschiedener Flüssigkeiten 50, 50A ist denkbar, wobei die Tröpfchen alternierend bzw. wechselweise getaktet aus den verschiedenen Düsen auf die Heizelemente 36, 36A geschossen werden. Dies kann zu einer gleichmäßigeren Verdampfung führen. Des Weiteren ist es in einer solchen Ausführung möglich, eine angepasste Verdampfungstemperatur auch nur mit einem Heizele- ment zu erreichen. Preferably, metallic liquid contacting parts of the nebulizer 22, such as the heating element 25 and / or the nozzle 26, may be connected to a DC electrical voltage to effect ionization of the nebulized liquid. This can result in finer drops, a better spatial distribution of the atomized liquid and / or an attraction of the droplets. fen in the direction of a heating element 36 of the evaporator 23 (see below) can be advantageously achieved. This may be advantageous in particular for pharmaceutical applications. The evaporator 49 has a heating element 36 which, upon detection of an influx of air caused by pulling the consumer 34 through the air duct 30 is controlled by the control assembly 29 to be heated by means of electricity from the power source and evaporate the emerging from the nozzle 26 droplets , d. H. put in the gas or vapor state. To achieve optimum evaporation, the heating element 36 is preferably arranged opposite the nozzle 26. The electric heating element 36 can be designed, in particular, as a heating plate with a planar or structured surface. The size and surface quality or structure of the heating element 36 is preferably adapted to the viscosity and surface tension or wettability of the liquid. A polar coating is also possible. The heating element 36 is controlled by the control arrangement 29, in particular the electrical / electronic unit 19, so that this has a substantially constant evaporation temperature, preferably in the range between 1 00 ° C and 400 ° C. This can be done advantageously by regulating the heating power. Preferably, a power reserve is provided for the heating element 36. The evaporation power is preferably in the range between 1 W to 20 W, more preferably in the range between 2 W and 10 W. In the case of a plurality of evaporator heating elements 36, 36A (see Fig. 7 to Fig. 9) for the evaporation of a plurality from Fluids 50, 50A, the heating elements 36, 36A are preferably separately controlled in order to ensure an optimum evaporation temperature for each component. A staggered evaporation of various liquids 50, 50A is also conceivable, the droplets being fired alternately or alternately clocked from the various nozzles onto the heating elements 36, 36A. This can lead to a more even evaporation. Furthermore, it is possible in such an embodiment to achieve an adapted evaporation temperature even with only one heating element.
Die Zerstäuber/Verdampfer-Kombination kann vorteilhaft so eingestellt sein, dass überwiegend Flüssigkeitspartikel im Bereich zwischen 0,25 μΐη bis 10 μΐη entstehen, für die eine optimale Wirkstoff- aufnähme bzw. Lungengängigkeit gegeben ist. The atomizer / evaporator combination can advantageously be adjusted so that predominantly liquid particles in the range between 0.25 μΐη to 10 μΐη arise, for which an optimal drug uptake or respiratory tract is given.
Da die Kammer 24 insbesondere zur Verdampfung der aus der Düse 26 austretenden Tröpfchen dient, kann die Kammer 24 auch als Verdampferkammer bezeichnet werden. Die Kammer 24 ist im Quer- schnitt vorteilhaft länglich, wie beispielsweise in Fig.3 gezeigt, wobei die Düse 26 und das Heizelement 36 vorteilhaft an gegenüberliegenden Längsseiten angeordnet sind. Vorzugsweise senkrecht oder seitlich zu der Austrittsrichtung des Flüssigkeitsstrahls aus der Düse 26 ist eine Austrittsbohrung 37 vorgesehen, durch die der von dem Verdampfer 49 erzeugte Dampf aus der Verdampferkammer 24 austritt, wo er von dem vorzugsweise senkrecht zu der Bohrung 37 verlaufenden Luftstrom 34 mit- und aufgenommen wird. Since the chamber 24 is used in particular for the evaporation of the emerging from the nozzle 26 droplets, the chamber 24 may also be referred to as the evaporator chamber. The chamber 24 is advantageously oblong in cross-section, as shown for example in Figure 3, wherein the nozzle 26 and the heating element 36 are advantageously arranged on opposite longitudinal sides. Preferably, perpendicular or laterally to the discharge direction of the liquid jet from the nozzle 26, an outlet bore 37 is provided, through which the steam generated by the evaporator 49 exits the evaporator chamber 24, where he mit- and from the preferably perpendicular to the bore 37 extending air flow 34 and is recorded.
Das Heizelement 36 kann in vorteilhaften Ausführungsformen mit einem Piezoelement ausgestattet sein. Das aufgrund der Piezo- Anregung vibrierende Heizelement 36 kann zu einer Verbesserung der Verdampfungswirkung und/oder Erzielung von Selbstreinigungseffekten , d. h. Vermeidung von Anbrennen oder An haftungen , führen. The heating element 36 may be equipped in advantageous embodiments with a piezoelectric element. The vibrating due to the piezo excitation heating element 36 can be an improvement the evaporation effect and / or achievement of self-cleaning effects, ie avoid burning or adhesion to lead.
Optional kann eine Temperierung oder Vorwärmung des Dampfes auf eine gewünschte Temperatur, beispielsweise Körpertemperatur (37 °C), vorgesehen sein . Dies kann vorteilhaft mittels eines entsprechenden Heizelements oder eines Wä rmetauschers geschehen . Ebenfalls optional kann eine Verwirbelung des Dampfes vorgesehen sein, beispielsweise in einer Mischkammer mit Umgebungsluft, oder durch geeignetes Design eines Mundstücks des Zigarettenprodukts 10, etwa durch Bohrungen unter 45°, Helixstrukturen , Lavaldüse u nd dergleichen . Optionally, a temperature control or preheating of the steam to a desired temperature, for example, body temperature (37 ° C), may be provided. This can advantageously be done by means of a corresponding heating element or a heat exchanger. Also optionally, a swirling of the steam may be provided, for example in a mixing chamber with ambient air, or by suitable design of a mouthpiece of the cigarette product 10, such as through holes at 45 °, helical structures, Laval nozzle and the like.
Da der Aktuator 25 des Zerstäubers 22 und das Heizelement 36 des Verdampfers 23 separat elektrisch mit der Steueranordnu ng 29 verbunden sind und separat voneinander a ngesteuert werden, ist eine vorteilhafte funktionale Trennung zwischen der Förderung / Dosierung / Zerstäubung einerseits und der Verdampfung andererseits realisiert. Since the actuator 25 of the atomizer 22 and the heating element 36 of the evaporator 23 are separately electrically connected to the Steueranordnu 29 and are controlled separately from each other a n, an advantageous functional separation between the promotion / dosage / atomization on the one hand and the evaporation on the other hand realized.
Der Flüssigkeitskanal 27 ist vorzugsweise mittels einer zwischen der Zugabevorrichtung 20 und dem Flüssigkeitstank 1 8 angeordneten , die Münd ung des Flüssigkeitskanals 27 nach außen umgebenden Dichtung 28 abgedichtet. The liquid channel 27 is preferably sealed by means of a between the adding device 20 and the liquid tank 1 8 arranged, the mouth of the liquid passage 27 surrounding the outside seal 27.
I m Folgenden werden unterschiedliche Sensoriken in dem Zigarettenprodukt 1 0 zur sensorischen Überwachung und/oder Regelung beschrieben . Vorzugsweise ist eine Sensorik zur Messung und/oder Regelung der Temperatur der Heizplatte 36 vorgesehen. Dies kann beispielsweise über einen Temperaturfühler, eine widerstands-veränderliche leitende Beschichtung des Heizelements 36 oder Messung des Energie- verlusts nach Abkühlung der Heizplatte 36 durch auftreffende Flüssigkeit erfolgen . Des Weiteren ist vorzugsweise eine Sensorik zur Messu ng und/oder Regelung der Temperatur der Zuluft, d.h. des Luftstroms 34 vor der Zugabe der Flüssigkeit durch die Zugabevorrichtung 20, vorgesehen. Ebenfalls vorteilhaft ist eine Temperaturmessung und/oder -regelung des Dampfes bzw. Aerosols 40 vorgesehen, insbesondere in der Kammer 24 und/oder in dem Luftstrom 34 nach der Zugabe der Flüssigkeit durch die Zugabevorrichtung 20. Auch der Einsatz eines pH-Sensors ist denkbar. In the following, different sensor systems in the cigarette product 10 for sensory monitoring and / or regulation will be described. Preferably, a sensor for measuring and / or regulating the temperature of the heating plate 36 is provided. This can be, for example via a temperature sensor, a resistance-changing conductive coating of the heating element 36 or measurement of the energy loss after cooling of the heating plate 36 by impinging liquid. Furthermore, a sensor system for measuring and / or regulating the temperature of the supply air, ie, the air flow 34 before the addition of the liquid by the adding device 20, is preferably provided. Also advantageously, a temperature measurement and / or regulation of the vapor or aerosol 40 is provided, in particular in the chamber 24 and / or in the air stream 34 after the addition of the liquid by the adding device 20. The use of a pH sensor is conceivable.
Die durch die Einlassöffnung 31 angesaugte Luft wird in dem Luftkanal 30, ggf. über die Schnittstelle bzw. Trennfläche 57 zu der Zu- gabevorrichtung 20 geleitet. I n dem Luftkanal 30 kann ein Filter, insbesondere ein Feinfilter zum Herausfiltern von Staubpartikeln aus der angesaugten Luft angeordnet sein . In dem Luftkanal 30 ist des Weiteren ein Druck- oder Strömungsschalter 44 zur Aktivierung des Zerstäubers 48 und des Verdampfers 49 infolge der Erzeugung ei- nes Luftstroms 34 durch den Konsumenten so angeordnet, dass der Luftstrom 34 daran vorbeiströmt. Der Strömungsschalter 44 kann in der Durchströmungsvariante in der Verdampferkammer 24 angeordnet sein , siehe beispielsweise Fig . 5 und Fig. 6. Alternativ kann der Strömungsschalter 44 an geeigneter Stelle in dem Luftkanal 30 au- ßerhalb der Verdampferkammer 24 angeordnet sein. Der Strömungsschalter 44 kann vorteilhaft in die elektrische/elektronische Einheit 1 9 integriert sein, in diesem Fall ist der Luftkanal 30 vorteilhaft so angeordnet, dass der Luftstrom 34 an der elektrischen/elektronischen Einheit 1 9 vorbeiströmt. Der Strömungsschal- ter 44 kann beispielsweise ein Unterdruckschalter, etwa nach dem Prinzip des Kondensatormikrofons sein. Zusätzlich oder alternativ zu dem Strömungsschalter 44 kann das Zigarettenprodukt mittels eines mechanischen Schalters, eines kapazitiven Schalters, der auf Berührung des Gehäuses 11 oder des Mundendes 32 durch den Konsumenten empfindlich ist, oder eines Touchscreens ein- und ausschaltbar sein. The air sucked in through the inlet opening 31 is conducted in the air channel 30, optionally via the interface or separating surface 57, to the dispensing device 20. In the air duct 30, a filter, in particular a fine filter for filtering out dust particles from the sucked air can be arranged. Furthermore, in the air channel 30, a pressure or flow switch 44 for activating the atomizer 48 and the evaporator 49 due to the generation of an air flow 34 by the consumer is arranged so that the air flow 34 flows past it. The flow switch 44 may be arranged in the flow-through variant in the evaporator chamber 24, see for example FIG. 5 and FIG. 6. Alternatively, the flow switch 44 can be arranged at a suitable location in the air duct 30 outside the evaporator chamber 24. The flow switch 44 can advantageously be integrated into the electrical / electronic unit 19, in which case the air duct 30 is advantageously arranged so that the air flow 34 flows past the electrical / electronic unit 19. The flow switch 44 may be, for example, a vacuum switch, for example according to the principle of the condenser microphone. Additionally or alternatively to the flow switch 44, the cigarette product may be switched on and off by means of a mechanical switch, a capacitive switch sensitive to the consumer's touch of the housing 11 or mouth end 32, or a touch screen.
Der Dampf bzw. das Aerosol 40 wird entweder der Luftströmung 34 zugeführt, indem diese außen an der Austrittsöffnung 42 der Verdampferkammer 24 vorbeiströmt, siehe Fig. 1, Fig.3, Fig.4, Fig.7, Fig.8, Fig.9, Fig. 11 und Fig. 12. In alternativen Ausführungsformen durchströmt der Luftstrom 34 die Zugabevorrichtung 20 und der Dampf bzw. das Aerosol 40 wird in der Verdampferkammer 24 von der Luftströmung 30 mit- und aufgenommen, siehe Fig.5, Fig.6 und Fig. 10. In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird der Dampf bzw. das Aerosol 40 senkrecht zu der exzentrisch und in Axialrichtung des Zigarettenprodukts 10 strömenden Luftströmung 34 zugegeben. In der Ausführungsform gemäß Fig. 10 durchströmt der Luftstrom 34 die Zugabevorrichtung 20 senkrecht zu der Axialrichtung des Zigarettenprodukts 10. In der Ausführungsform gemäß Fig. 11 wird der Dampf bzw. das Aerosol 40 axial zentrisch in Gegenrichtung zu der axialen Hauptströmungsrichtung der durch das Zigarettenprodukt 10 strömenden Luftströmung 34 zugegeben. In der Ausführungsform gemäß Fig. 12 wird der Dampf bzw. das Aerosol 40 axial zentrisch in der axialen Hauptströmungsrichtung der durch das Zigarettenpro- dukt 10 strömenden Luftströmung 34 zugegeben. The vapor or aerosol 40 is either supplied to the air flow 34 by flowing past the outside of the outlet opening 42 of the evaporator chamber 24, see Fig. 1, Fig.3, Fig.4, Fig.7, Fig.8, Fig.9 11 and 12. In alternative embodiments, the air flow 34 flows through the adding device 20 and the vapor or aerosol 40 is taken up and taken up in the evaporator chamber 24 by the air flow 30, see FIGS. 5, 6 and FIG. 10. In the embodiment of FIG. 1, the vapor or aerosol 40 is added perpendicular to the airflow 34 flowing eccentrically and in the axial direction of the cigarette product 10. In the embodiment according to FIG. 10, the air flow 34 flows through the adding device 20 perpendicular to the axial direction of the cigarette product 10. In the embodiment according to FIG. 11, the vapor or aerosol 40 becomes axially centric in the direction opposite to the axial main flow direction of the cigarette product 10 flowing air flow 34 was added. In the embodiment according to FIG. 12, the vapor or the aerosol 40 is added axially centrally in the axial main flow direction of the air flow 34 flowing through the cigarette product 10.
Die Zugabevorrichtung 20 kann fern vom Mundende 32 der Zigarettenvorrichtung 10, insbesondere im Bereich der Schnittstelle 57 zwischen der Kartusche 21 und dem Grundteil 56 angeordnet sein, wie in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1, Fig. 10 und Fig. 11. Die Zugabevorrichtung 20 kann alternativ nahe am Mundende 32 der Zigarettenvorrichtu ng 10 angeordnet sein, wie in dem Ausführungs- beispiel gemä ß Fig . 1 2. Auch eine zum Flüssigkeitstank 18 seitliche Anordnung insbesondere im Bereich der elektrischen/elektronischen Einheit 19 ist möglich. The adding device 20 can be arranged far away from the mouth end 32 of the cigarette device 10, in particular in the region of the interface 57 between the cartridge 21 and the base 56, as in the exemplary embodiments according to FIGS. 1, 10 and 11. The adding device 20 can alternatively close to the mouth end 32 of the Cigarette device 10 be arranged, as in the embodiment according to ß Fig. 1 2. A lateral arrangement for the liquid tank 18, in particular in the area of the electrical / electronic unit 19, is also possible.
Vorzugsweise ist eine Sensorik zur Messung und/oder Regelung des Flüssigkeits-Volumenstroms bzw. unterschiedlicher Flüssigkeiten bzw. flüssiger Komponenten (siehe unten) vorgesehen. Dies kann beispielsweise durch Zählung der Tröpfchenzahl und/oder Auswer- tung der Aktuationsfrequenz des Aktuators 25, oder über Auswertung der Heizleistung bzw. der Temperaturveränderung des Heizelements 36 geschehen. Preferably, a sensor system for measuring and / or regulating the liquid volume flow or different liquids or liquid components (see below) is provided. This can be done, for example, by counting the number of droplets and / or evaluating the actuation frequency of the actuator 25, or by evaluating the heating power or the temperature change of the heating element 36.
Ebenfalls vorteilhaft kann eine Sensorik zur Messung des Volumen- Stroms des Luftstroms 34 entweder vor oder nach der Zugabe von Flüssigkeit durch die Zugabevorrichtung 20 vorgesehen sein. Dies kann beispielsweise durch Auswertung der Aktivierungszeit eines Druckschalters unter Berücksichtigung der Strömungsgeometrie geschehen. Also advantageously, a sensor for measuring the volume flow of the air stream 34 may be provided either before or after the addition of liquid by the adding device 20. This can be done for example by evaluating the activation time of a pressure switch, taking into account the flow geometry.
Vorzugsweise enthält das Zigarettenprodukt 1 0 einen oder mehrere Drucksensoren zur Messung und/oder Kontrolle des Drucks bzw. Dampfdrucks in der Verdampferkammer 24, des Drucks in dem Luftkanal 30, beispielsweise zur Aktivierung bzw. Schaltung der Zuga- bevorrichtung 20, und/oder zur Dichtigkeitsprüfung zwischen Zugabevorrichtung 20 und Flüssigkeitstank 18. The cigarette product 10 preferably contains one or more pressure sensors for measuring and / or controlling the pressure or vapor pressure in the evaporator chamber 24, the pressure in the air duct 30, for example for activating or switching the tensioning device 20, and / or for leak testing between adding device 20 and liquid tank 18.
I n der Ausführungsform gemä ß Fig. 3 sind sowohl das Zerstäuberbauteil 22 als auch das Verdampferbauteil 23 in Mikrosystem- Technik auf einem Substrat, beispielsweise aus einem Polymer,In the embodiment according to FIG. 3, both the atomizer component 22 and the evaporator component 23 are in microsystem technology on a substrate, for example made of a polymer,
Glas, Keramik, Metall, Halbmetall, z.B. Silizium, Siliziumverbindun- gen oder Metalloxidverbindungen , ausgeführt. Mikrosystemtechni- sche Einheiten weisen elektrische und/oder mechanische Strukturen mit Abmessungen im Mikrometer- bzw. Sub-Millimeter-Bereich auf, die in einem einheitlichen Bearbeitungsvorgang in ein Substrat ein- gearbeitet werden. Im Falle eines Zerstäuberbauteils 22 werden insbesondere der Flüssigkeitskanal 27, der elektrische Aktuator 25 und ggf. in dem Zerstäuberbauteil 22 vorgesehene Sensorik in einem einheitlichen Bearbeitungsvorgang der Mikrosystem-Techno- logie in das Substrat 38 eingearbeitet. I m Falle eines Verdampfer- bauteils 23 wird insbesondere das Heizelement 36 und ggf. ein Pie- zoelement zum Vibrieren des Heizelements 36 und in dem Verdampferbauteil 23 vorgesehene Sensorik in einem einheitlichen Bearbeitungsvorgang der Mikrosystem-Technologie in das Substrat 38 eingearbeitet. I n der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist daher die gesamte Zugabevorrichtung 20 als ein heitliche mikrosystemtechni- sche Einheit 45 ausgefüh rt. Glass, ceramics, metal, semi-metal, eg silicon, silicon compounds or metal oxide compounds. Microsystems-technical units have electrical and / or mechanical structures with dimensions in the micrometer or sub-millimeter range, which are incorporated into a substrate in a uniform machining process. In the case of an atomizer component 22, in particular the liquid channel 27, the electric actuator 25 and optionally provided in the Zerstäuberbauteil 22 sensors in a uniform processing operation of the microsystem technology in the substrate 38 are incorporated. In the case of an evaporator component 23, in particular the heating element 36 and possibly a piezo element for vibrating the heating element 36 and sensor system provided in the evaporator component 23 are incorporated into the substrate 38 in a uniform processing operation of the microsystem technology. In the embodiment according to FIG. 3, therefore, the entire adding device 20 is designed as a unitary microsystem unit 45.
I n der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist das Heizelement 36 flach und parallel zu der Oberfläche des Substrats 39, also quasi„lie- gend" angeordnet. In the embodiment according to FIG. 3, the heating element 36 is arranged flat and parallel to the surface of the substrate 39, that is to say quasi "lying".
Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 3 dahingehend, dass hier das Heizelement 36 aus einer Mehrzahl von senkrecht von der entsprechenden Oberfläche des Substrats 39 abstehenden Heizstäben 41 , also aus einer quasi„stehenden" dreidimensionalen Heizelement-Struktur besteht. The embodiment according to FIG. 4 differs from that according to FIG. 3 in that in this case the heating element 36 consists of a plurality of heating rods 41 protruding perpendicularly from the corresponding surface of the substrate 39, ie a quasi "standing" three-dimensional heating element structure.
In den Ausführungsformen gemäß Fig. 5 und Fig. 6 wird die Zugabevorrichtung 20 von dem von dem Konsumenten erzeugten Luft- ström 34 durchströmt und nimmt dadurch den in der Verdampferkammer 24 erzeugten Dampf bzw. das Aerosol mit. Es ist dafür eine Lufteintrittsöffnung 42 und eine Luftaustrittsöffnung 43 in der Zugabevorrichtung 20 vorgesehen. Der Druckschalter 44, beispielsweise ein Kondensatorschalter, zur Aktivierung des Zerstäubers 48 und des Verdampfers 49 infolge der Erzeugung eines Luftstroms 34 durch den Konsumenten, ist vorteilhaft in die mikrosystemtechni- sche Einheit 45 integriert, beispielsweise in das Verdampferbauteil 23 (siehe Fig. 5), alternativ in das Zerstäuberbauteil 22 (siehe Fig. 6). In dem Flüssigkeitskanal 27 kann vorteilhaft eine Vorheizung mit einem elektrischen Vorheizelement 46 und einer Vorwärmkam mer 47 angeordnet sein , wie beispielhaft in der Ausführungsform gem äß den Fig . 5 und Fig. 6 gezeigt ist. In der Ausführungsform gemäß Fig. 6 ist nur das Zerstäuberbauteil 22 als mikrosystemtechnische Einheit 45 ausgebildet, während das Substrat 39 des Verdampferbauteils 23 aus einem nichtleitenden Material , insbesondere Glas, Keramik oder einem Kunststoff, gefertigt ist. Dieser Aufbau kann kostengünstiger und somit vorteilhaft sein. Das Verdampferbauteil 23 ist vorteilhaft an das Zerstäuberbauteil 22 angebunden bzw. gebondet. Der vorzugsweise aus einem Kunststoff, beispielsweise PDMS (Polydimethylsiloxan), bestehende Flüssigkeitstank 18 ist vorteilhaft ebenfalls an das Zerstäuberbauteil 22 bzw. die mikrosystemtechnische Einheit 45 fest und flüssigkeits- dicht angebunden bzw. gebondet, beispielsweise geklebt oder geschweißt. In the embodiments according to FIGS. 5 and 6, the adding device 20 is flowed through by the consumer-generated air stream 34 and thereby entrains the vapor or aerosol generated in the evaporation chamber 24. It's one for that Air inlet opening 42 and an air outlet opening 43 in the adding device 20 is provided. The pressure switch 44, for example a capacitor switch, for activating the atomizer 48 and the evaporator 49 as a result of the generation of an air flow 34 by the consumer, is advantageously integrated in the microsystem unit 45, for example in the evaporator component 23 (see FIG. 5), alternatively in the atomizer component 22 (see Fig. 6). In the liquid channel 27 can advantageously be arranged preheating with an electric preheating element 46 and a Vorwärmkam mer 47, as exemplified in the embodiment according to the Fig. 5 and 6 is shown. In the embodiment according to FIG. 6, only the atomizer component 22 is designed as a microsystem unit 45, while the substrate 39 of the evaporator component 23 is made of a non-conductive material, in particular glass, ceramic or a plastic. This structure can be cheaper and thus advantageous. The evaporator component 23 is advantageously connected or bonded to the atomizer component 22. The liquid tank 18, which is preferably made of a plastic, for example PDMS (polydimethylsiloxane), is advantageously also firmly bonded to the atomizer component 22 or the microsystem unit 45 and liquid-tight, for example glued or welded.
Die Ausführungsformen gemäß Fig. 7 und Fig. 8 betreffen eine vorteilhafte Variante der Erfindung, bei der unterschiedliche Flüssigkei- ten 50, 50A, beispielsweise die Flüssigkeit 50 und ein separater flüssiger Wirkstoff 50A, aus einer Mehrzahl von Flüssigkeitstanks 18, 18A mit einer Mehrzahl von Zerstäubern 48, 48A, hier Freistrahl- Zerstäuber nach dem Inkjet- oder Bubblejet-Prinzip mit Aktuatoren 25, 25A, zerstäubt und mit einer Mehrzahl entsprechender Verdampfer 49, 49A bzw. Heizelementen 36, 36A verdampft werden. Das Zerstäuberbauteil 22 und das Verdampferbauteil 23 sind im Falle der Fig.7 als einheitliche mikrosystemtechnische Einheit bzw. Baugruppe 45 ausgebildet. Im Falle der Fig.8 ist der Aufbau vergleichbar mit dem aus Fig.6, d.h. nur das Zerstäuberbauteil 22 ist als mikrosystemtechnische Einheit ausgeführt, während das Substrat 39 des Verdampferbauteils 23 aus einem nichtleitenden Material, insbesondere Glas, Keramik oder einem Kunststoff, gefertigt ist. The embodiments according to FIGS. 7 and 8 relate to an advantageous variant of the invention, in which different liquids 50, 50 A, for example the liquid 50 and a separate liquid active substance 50 A, are composed of a plurality of liquid tanks 18, 18A with a plurality of atomizers 48, 48A, here free-jet atomizers according to the inkjet or Bubblejet principle with actuators 25, 25A, atomized and evaporated with a plurality of corresponding evaporators 49, 49A or heating elements 36, 36A. In the case of FIG. 7, the atomizer component 22 and the evaporator component 23 are designed as a uniform microsystem unit or assembly 45. In the case of Figure 8, the structure is comparable to that of Figure 6, ie only the atomizer 22 is designed as a microsystem unit, while the substrate 39 of the evaporator component 23 is made of a non-conductive material, in particular glass, ceramic or a plastic ,
Eine alternative Variante zum Zuführen von Wirkstoff besteht darin, diesen als homogenes Gemisch in die Flüssigkeit 50 einzumischen. An alternative variant for supplying active ingredient is to mix it as a homogeneous mixture in the liquid 50.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 9 kann zum Zuführen derselben Flüssigkeit 50 oder unterschiedlicher Flüssigkeiten 50, 50A verwendet werden. Hier sind die Zerstäuber 48, 48A und die Verdampfer 49, 49A auf derselben mikrosystemtechnischen Einheit 45 angeord- net, die Verdampferkammer 24 wird gegenüberliegend von der mikrosystemtechnischen Einheit 45 von einem Deckel 51 aus einem geeigneten Material abgeschlossen. Die Heizelemente 36, 36A sind in diesem Fall an gegenüberliegenden Seiten einer senkrecht in die Verdampferkammer 24 ragenden Zwischenwand 52 angeordnet und bilden somit eine„stehende" Heizelement-Struktur. The embodiment of FIG. 9 may be used to supply the same liquid 50 or different liquids 50, 50A. Here, the atomizers 48, 48A and the evaporators 49, 49A are arranged on the same microsystem unit 45, and the evaporator chamber 24 is closed off from the microsystem unit 45 by a lid 51 made of a suitable material. The heating elements 36, 36A are arranged in this case on opposite sides of a vertically projecting into the evaporator chamber 24 intermediate wall 52 and thus form a "standing" heating element structure.
Sämtliche in den Figuren gezeigten Ausführungsformen weisen einen oder mehrere Verdampfer 49 auf. Es sind jedoch Ausführungsformen ohne Verdampfer denkbar, beispielsweise für medizinische Anwendungen. Hier kann es ausreichen, mittels Zerstäuber 48 ein Aerosol zu erzeugen und dem Luftstrom 30 zuzuführen. Mit einem Freistrahl-Zerstäuber nach dem Inkjet- oder Bubblejet-Prinzip lassen sich beispielsweise Tröpfchen mit einer mittleren Größe im Bereich zwischen 10 μηι und 50 μΐη, vorzugsweise zwischen 20 μηη und 40 μίτι, typischerweise etwa 30 μΐη erzeugen. Die Dosierfrequenz liegt typischerweise im kHz-Bereich. All embodiments shown in the figures have one or more evaporators 49. However, embodiments without an evaporator are conceivable, for example for medical applications. Here it may be sufficient to produce an aerosol by means of atomizer 48 and to supply it to the air flow 30. With a Free-jet atomizers according to the inkjet or Bubblejet principle, for example, droplets having a mean size in the range between 10 μηι and 50 μΐη, preferably between 20 μηη and 40 μίτι, typically produce about 30 μΐη. The metering frequency is typically in the kHz range.
In praktischen Ausführungsformen kann vorteilhaft eine Vielzahl von Zerstäubern 48, beispielsweise in Matrixform, in der Zugabevorrichtung 20 angeordnet sein. Der Vielzahl von Zerstäubern 48 kann eine entsprechende Vielzahl von Verdampfern 49, beispielsweise ebenfalls in Matrixform, zugeordnet sein. Die Zugabevorrichtung 20 kann daher auch als Array, in mikrosystemtechnischer Bauweise als MST- Array bezeichnet werden. Die Anzahl der Zerstäuber 48 beträgt vorzugsweise zwischen zwei und zwanzig, vorzugsweise zwischen drei und zehn. In practical embodiments, a plurality of atomizers 48, for example in matrix form, can advantageously be arranged in the adding device 20. The plurality of atomizers 48 may be associated with a corresponding plurality of evaporators 49, for example likewise in matrix form. The adding device 20 can therefore also be referred to as an array, in microsystem design as an MST array. The number of atomizers 48 is preferably between two and twenty, preferably between three and ten.
Für die Erzeugung größerer Dampfmengen können eine Mehrzahl von Zugabevorrichtungen 20 bzw. mikrosystemtechnischen Einheiten 45 in dem Zigarettenprodukt angeordnet sein. For generating larger quantities of steam, a plurality of adding devices 20 or microsystem units 45 can be arranged in the cigarette product.
Die Verbrauchseinheit 17 bzw. die Kartusche 21 umfasst vorteilhaft einen nichtflüchtigen Informationsspeicher 53 (siehe Fig. 1) zum Speichern von die Verbrauchseinheit 17 bzw. die Kartusche 21 betreffender Information bzw. Parametern, beispielsweise in Ausfüh- rung als EEPROM, RFID oder anderer geeigneter Form. Der Informationsspeicher 53 kann Teil der elektrischen/elektronischen Einheit 19 oder separat davon ausgebildet sein. In dem Informationsspeicher 53 gespeichert ist vorteilhaft Information zum Inhaltsstoff, d.h. zur Zusammensetzung der in dem Flüssigkeitstank 18 gespei- cherten Flüssigkeit; Information zum Prozessprofil, insbesondere Leistungs-/Temperatursteuerung; Daten zur Zustandsüberwachung bzw. Systemprüfung, beispielsweise Dichtigkeitsprüfung; Daten betreffend Kopierschutz und Fälschungssicherheit, insbesondere umfassend eine ID zur eindeutigen Information der Verbrauchseinheit 17 bzw. Kartusche 21; Seriennummer, Herstelldatum und/oder Ab- laufdatum; und/oder Zugzahl (Anzahl der Inhalationszüge durch den Konsumenten) bzw. der Nutzungszeit. The consumption unit 17 or the cartridge 21 advantageously comprises a nonvolatile information storage 53 (see FIG. 1) for storing information or parameters concerning the consumption unit 17 or the cartridge 21, for example in the form of an EEPROM, RFID or other suitable form , The information memory 53 may be part of the electrical / electronic unit 19 or separately formed therefrom. Information about the ingredient, ie the composition of the liquid stored in the liquid tank 18, is advantageously stored in the information store 53; Information about the process profile, in particular power / temperature control; Data for condition monitoring or system test, for example leak test; Data relating to copy protection and security against counterfeiting, in particular comprising an ID for unambiguously informing the consumption unit 17 or cartridge 21; Serial number, date of manufacture and / or expiry date; and / or number of trains (number of inhalation trains by the consumer) or the period of use.
Zwischen der Verbrauchseinheit 17 bzw. der Kartusche 21 und der Energieversorgungseinheit 12 ist vorteilhaft eine elektrische Verbin- dung 54 über eine entsprechende elektrische Schnittstelle 55, die eine Auswechslung der Kartusche 21 ermöglicht, vorgesehen. Die elektrische Verbindung 54 dient einerseits dem Datenaustausch zwischen der Verbrauchseinheit 17 bzw. der Kartusche 21 und der Energieversorgungseinheit 12, andererseits der Stromversorgung der Verbrauchseinheit 17 bzw. der Kartusche 21 durch den elektrischen Energiespeicher 14. Der Datenaustausch kann über eine direkte elektrische Ankopplung, beispielsweise mittels Federkontaktelementen, eine Funkverbindung oder eine optische Verbindung, erfolgen. An electrical connection 54 is advantageously provided between the consumption unit 17 or the cartridge 21 and the energy supply unit 12 via a corresponding electrical interface 55, which makes it possible to replace the cartridge 21. The electrical connection 54 serves on the one hand for the data exchange between the consumption unit 17 or the cartridge 21 and the power supply unit 12, on the other hand the power supply of the consumption unit 17 or the cartridge 21 through the electrical energy storage 14. The data exchange can via a direct electrical coupling, for example by means Spring contact elements, a radio link or an optical connection done.
Sämtliche elektrischen Kontakte der Kartusche 21 für die Energiezufuhr, ggf. auch für die Datenübertragung, sind vorteilhaft in Form einer einheitlichen elektrischen Schnittstelle 55 nach außen geführt, beispielsweise in Form eines Kontakt-Arrays, wobei eine sichere elektrische Verbindung zum Grundteil 56 vorteilhaft mittels Federkontaktelementen hergestellt wird. Die Stromversorgung kann alternativ zu einer direkten elektrischen Ankopplung, beispielsweise mittels Federkontaktelementen, beispielsweise auch induktiv erfolgen. Die mechanische Verbindung zwischen der Kartusche 21 und dem Grundteil 56 kann auf geeignete Weise gebildet sein, beispielsweise mittels Gewinde, Steckverbindung, Bajonettverschluss, magnetisch oder auf andere Weise. Auf die beschriebene Weise kann eine flexible Anbindung einer Standardkartusche 21 an einen individuell ausgeführten Grundteil 56 erfolgen. Die Energieversorgungseinheit 12 bzw. das Grundteil 56 umfasst vorteilhaft eine Kommunikationsschnittstelle 59 (siehe Fig. 1 ) zur externen Kommunikation mit einem externen Kommunikationsgerät, beispielsweise einem Mobiltelefon . Die KommunikationsschnittstelleAll electrical contacts of the cartridge 21 for the energy supply, possibly also for data transmission, are advantageously led outwards in the form of a uniform electrical interface 55, for example in the form of a contact array, wherein a secure electrical connection to the base 56 is advantageously made by means of spring contact elements becomes. The power supply can be carried out alternatively to a direct electrical coupling, for example by means of spring contact elements, for example, also inductively. The mechanical connection between the cartridge 21 and the base 56 may be formed in a suitable manner, for example by means of thread, plug connection, bayonet closure, magnetic or otherwise. In the manner described, a flexible connection of a standard cartridge 21 to an individually designed base 56 can take place. The power supply unit 12 or the base part 56 advantageously comprises a communication interface 59 (see FIG. 1) for external communication with an external communication device, for example a mobile telephone. The communication interface
59 weist vorzugsweise ein Funkmodul auf, beispielsweise ausgebil- det für Near Field Communication (NFC), Bluetooth, WiFi oder59 preferably has a radio module, for example for Near Field Communication (NFC), Bluetooth, WiFi or
ANT+. Zusätzlich oder alternativ ist eine externe Steckverbindung, beispielsweise eine USB-Steckbuchse für eine USB-Verbindung, möglich. Die Kommunikationsschnittstelle 59 kann Teil der elektrischen/elektronischen Einheit 1 5 oder separat davon ausgebildet sein. ANT +. Additionally or alternatively, an external plug connection, for example a USB socket for a USB connection, is possible. The communication interface 59 may be part of the electrical / electronic unit 1 5 or separately formed.
Die Energieversorgungseinheit 12 bzw. das Grundteil 56 kann vorteilhaft eine Ladeschnittstelle 60 zum Aufladen des Energiespeichers 14 aufweisen. Die Ladeschnittstelle 60 kann beispielsweise eine Aufladung per I nduktion ermöglichen. Alternativ kann es sich um eine Steckverbindung oder eine andere direkte elektrische An- kopplung , beispielsweise eine USB-Verbindung, handeln. Anstelle einer Ladeschnittstelle kann der Energiespeicher auch als Tauschakku oder Tauschbatterie ausgebildet sein , wobei ein entladener Energiespeicher 14 von dem Konsumenten aus dem Zigarettenpro- dukt 1 0 entnehmbar und ein geladener Energiespeicher 14 wieder einsatzbar ist. Es sind auch Ausführungsformen mit Einweg- Energiespeicher 14, insbesondere Batterie, ohne LadeschnittstelleThe power supply unit 12 or the base part 56 can advantageously have a charging interface 60 for charging the energy store 14. For example, the charging interface 60 may allow charging by induction. Alternatively, it can be a plug connection or another direct electrical connection, for example a USB connection. Instead of a charging interface, the energy store can also be designed as a replacement battery or replacement battery, wherein a discharged energy store 14 can be removed from the cigarette product 10 by the consumer and a charged energy store 14 can be used again. There are also embodiments with disposable energy storage 14, in particular battery, without charging interface
60 denkbar, wobei das G rundteil nach Entladung des Energiespei- chers 14 entsorgt wird . Die elektrische/elektronische Einheit 15 des Grundteils 56 ist vorzugsweise zur Durchführung von Diagnosefunktionen insbesondere per Software eingerichtet, beispielsweise zum Erkennen von Fehlfunktionen, beispielsweise Prüfen der Düsen 26, 37 und/oder Prüfen des Verdampfers 49, einschließlich Plausibilität der Verdampferleistung ; und/oder Prüfen des Ladezustands der Energiespeichers 14. Die elektrische/elektronische Einheit 15 kann des Weiteren eine Sicherung, beispielsweise eine Schmelzsicherung für Kurzschlussschutz, und/oder eine Missbrauchsschutzvorrichtung, beispielsweise einen Fingerabdrucksensor, aufweisen. 60 conceivable, wherein the G round part is disposed of after discharge of the energy storage 14. The electrical / electronic unit 15 of the base 56 is preferably configured to perform diagnostic functions, in particular by software, for example for detecting malfunctions, for example checking the nozzles 26, 37 and / or checking the evaporator 49, including plausibility of the evaporator performance; and / or checking the state of charge of the energy store 14. The electrical / electronic unit 15 may further comprise a fuse, for example a fuse for short-circuit protection, and / or an anti-abuse device, for example a fingerprint sensor.
Die elektrische/elektronische Einheit 1 5 des Grundteils 56 ist vorteilhaft zur Durchführung statistischer Auswertungen insbesondere per Software eingerichtet. Diese können beispielsweise das Kon- sumentenverhalten betreffen, beispielsweise die Zugzahl über der Zeit, den Flüssigkeitsverbrauch allgemein und/oder pro Kartusche, die Nikotin- bzw. Wirkstoffaufnahme, die Flüssigkeitszusammensetzung und dergleichen. Weitere Aspekte einer statistischen Auswertung können Marktentwicklungen und Trends betreffen. Es kann auch eine API-Schnittstelle zur Anwendungsprogrammierung vorgesehen sein, die beispielsweise eine Darstellbarkeit sämtlicher Sensorinformationen in beliebiger Kombination ermöglicht. The electrical / electronic unit 1 5 of the base 56 is advantageously set up to carry out statistical evaluations, in particular by software. These may relate, for example, to consumer behavior, for example the number of trains over time, the fluid consumption in general and / or per cartridge, nicotine absorption, fluid composition and the like. Other aspects of a statistical analysis may relate to market developments and trends. It is also possible to provide an API interface for application programming which, for example, makes it possible to display all sensor information in any combination.
Die elektrische/elektronische Einheit 15 des Grundteils 56 ist vor- teilhaft zur Visualisierung von Daten bzw. I nformationen auf einem Anzeigegerät insbesondere per Software eingerichtet. Dabei kann es sich um ein internes Anzeigegerät handeln, insbesondere ein Display, Bildschirm, Touchscreen oder LED-Anzeige in dem Gehäuse 1 des Grundteils 56. Zusätzlich oder alternativ kann die Visuali- sierung auf einem externen Anzeigegerät, beispielsweise einem Mobiltelefon, erfolgen. Die visualisierte I nformation kann die Abbil- dung der statistischen Auswertung, einen zeitlichen Trend und/oder I nformationen über ein aktuelles Konsumprofil, betreffend beispielsweise den Systemzustand (Ladezustand des Energiespeichers 14), Dampfvolumen, Kartuscheninhalt etc. beinhalten. The electrical / electronic unit 15 of the base part 56 is advantageously designed for the visualization of data or information on a display device, in particular by software. This can be an internal display device, in particular a display, screen, touchscreen or LED display in the housing 1 of the base part 56. Additionally or alternatively, the visualization can be carried out on an external display device, for example a mobile telephone. The visualized information can tion of the statistical evaluation, a temporal trend and / or I nformation about a current consumption profile, regarding, for example, the system state (state of charge of the energy storage 14), steam volume, cartridge contents, etc. include.
In Fig. 13 sind Diagramme zur Erläuterung einer möglichen Temperatur- und Heizleistungssteuerung bzw. -regelung gezeigt. Dabei ist oben der Zugwiderstand des Luftstroms 34, in der Mitte der Volumenstrom der Flüssigkeit 50 und unten die Temperatur des Heiz- elements 36 jeweils über der Zeit aufgetragen. Die Temperatur wird dabei beispielsweise über die Widerstandsänderung durch Abkühlung bei Benetzung mit Flüssigkeit erfasst und die Leistung dementsprechend nachgeregelt. Dabei kann eine gepulste Zufuhr der Wärmeenergie mit„tröpchenweisen" Spannungsimpulsen insbesondere im Sub-ms-Bereich vorteilhaft sein. In Fig. 13 are diagrams for explaining a possible temperature and Heizleistungssteuer- or regulation shown. In this case, the draw resistance of the air stream 34 is shown above, in the middle the volumetric flow of the liquid 50 and below the temperature of the heating element 36 are plotted over time. The temperature is detected, for example via the change in resistance by cooling when wetted with liquid and the power adjusted accordingly. In this case, a pulsed supply of heat energy with "droplet-shaped" voltage pulses, in particular in the sub-ms range, may be advantageous.
Ein auf der Grundlage des vorstehend Beschriebenen unter Zuhilfenahme der eingefügten Bezugszeichen im Wesentlichen selbsterklärendes Funktionsschaltbild des erfindungsgemäßen Zigarettenpro- dukts 10 ist in Fig. 14 gezeigt. An essentially self-explanatory functional circuit diagram of the cigarette product 10 according to the invention, based on the above-described reference numerals with the aid of the inserted reference symbols, is shown in FIG. 14.
Bei sämtlichen in den Figuren gezeigten Ausführungsformen weist die Verbrauchseinheit 17 bzw. die Kartusche 21 eine elektrische Steuereinheit 19 und weitere elektrische Komponenten, insbesonde- re Aktuatoren 25 und Heizelemente 36 auf. Es sind jedoch auchIn all the embodiments shown in the figures, the consumption unit 17 or the cartridge 21 has an electrical control unit 19 and further electrical components, in particular actuators 25 and heating elements 36. There are, however
Ausführungsformen möglich, bei denen die elektrische Steuereinheit 1 9 und/oder die weiteren elektrischen Komponenten vollständig in dem wiederverwendbaren Grundteil 56 angeordnet sind, so dass die Anzahl der elektrischen Komponenten in der Verbrauchseinheit 17 bzw. Kartusche 21 reduziert sind, oder die Verbrauchseinheit 1 7 bzw. Kartusche 21 höchstens passive elektrische Komponenten (passiver Datenspeicher 53 wie RFI D, Transponder oder dergleichen) umfasst, oder frei von elektrischen Komponenten ist. Diese Ausführungsformen haben den Vorteil, dass eine elektrische Kon- taktierung der Kartusche 21 über die elektrische Schnittstelle 55 vorteilhaft entfallen kann. Embodiments are possible in which the electrical control unit 1 9 and / or the further electrical components are arranged completely in the reusable base part 56, so that the number of electrical components in the consumption unit 17 or cartridge 21 is reduced, or the consumption unit 1 7 or Cartridge 21 at most passive electrical components (passive data memory 53 such as RFI D, transponder or the like), or is free of electrical components. These embodiments have the advantage that an electrical contact of the cartridge 21 via the electrical interface 55 can advantageously be dispensed with.

Claims

Ansprüche: Claims:
1 . Elektronisches Zigarettenprodukt (10), umfassend ein Gehäuse ( 1 1 ) mit einem M undende (32), mindestens einer Lufteinlassöffnung (31 ) und einem in dem Gehäuse zwischen der mindestens einen Lufteinlassöffnung (31 ) und dem Mundende (32) verlaufenden Luftkanal (30), einen Flüssigkeitstank (1 8) , einen elektrischen Energiespeicher (14) und eine mit dem Flüssigkeitstank (1 8) verbundene Zugabevorrichtung (20) zur Erzeugung von Dampf und/oder Aerosol von aus dem Flüssigkeitstank (18) entnommener Flüssigkeit (50) und Zugabe des Dampfs und/oder Aerosols (40) zu einem in dem Luftkanal (30) strömenden Luftstrom (34), dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabevorrichtung (20) mindestens teilweise aus einer mikro- systemtechnischen Einheit besteht. 1 . An electronic cigarette product (10) comprising a housing (1 1) having an M end (32), at least one air inlet opening (31) and an air channel (30) extending in the housing between the at least one air inlet opening (31) and the mouth end (32) ), a liquid tank (1 8), an electrical energy store (14) and an adding device (20) connected to the liquid tank (1 8) for generating steam and / or aerosol from liquid (50) withdrawn from the liquid tank (18) Adding the steam and / or aerosol (40) to an air stream (34) flowing in the air duct (30), characterized in that the adding device (20) consists at least partially of a microsystem unit.
2. Elektronisches Zigarettenprodukt nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitstank (18) und die Zugabevorrichtung (20) in einer auswechselbaren Einheit (21 ) verbunden sind. 2. An electronic cigarette product according to claim 1, characterized in that the liquid tank (18) and the adding device (20) are connected in a replaceable unit (21).
3. Elektronisches Zigarettenprodukt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kartusche (21 ) eine elektrische Einheit ( 19) umfasst. 3. Electronic cigarette product according to claim 2, characterized in that the cartridge (21) comprises an electrical unit (19).
4. Elektronisches Zigarettenprodukt nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kartusche (21 ) einen I nformationsspeicher (53) zum Speichern von die Kartusche (21 ) betreffender Information und/oder Parametern umfasst. 4. An electronic cigarette product according to claim 2 or 3, characterized in that the cartridge (21) comprises a I nformationsspeicher (53) for storing the cartridge (21) of relevant information and / or parameters.
Elektronisches Zigarettenprodukt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der größten Erstreckung der mikrosystemtechnischen Einheit (45) zum mittleren Durchmesser des im Wesentlichen stabför- migen Gehäuses (1 1 ) im Bereich der Zugabevorrichtung (20) kleiner als 0,5 ist. Electronic cigarette product according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio of the greatest extent of the microsystem unit (45) to the mean diameter of the substantially rod-shaped housing (1 1) in the region of the adding device (20) is less than 0.5 ,
Elektronisches Zigarettenprodukt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabevorrichtung (20) einen Zerstäuber (48) zum Zerstäuben der Fl üssigkeit (50) in Tropfen umfasst. An electronic cigarette product according to any one of the preceding claims, characterized in that the adding device (20) comprises a nebulizer (48) for nebulizing the liquid (50).
Elektronisches Zigarettenprodukt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zerstäuber (48) als mikrosystem- technische Einheit ausgebildet ist. Electronic cigarette product according to claim 6, characterized in that the atomizer (48) is designed as a microsystem technical unit.
Elektronisches Zigarettenprodukt nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zerstäuber (48) ein Freistrahl-Zerstäuber mit einem Thermo- oder Piezo-Aktuator (25) und einer nachgeordneten Düse (26) ist. An electronic cigarette product according to claim 6 or 7, characterized in that the atomizer (48) is a free-jet atomizer with a thermo or piezo actuator (25) and a downstream nozzle (26).
Elektronisches Zigarettenprodukt nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zerstäuber (22) ein elektrisches Vorheizelement (46) und eine Vorwärmkammer (47) zum Vorwärmen der aus dem Flüssigkeitstank (18) in die Zugabevorrichtung (20) eintretenden Flüssigkeit aufweist. An electronic cigarette product according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the atomizer (22) comprises an electric preheating element (46) and a preheating chamber (47) for preheating the liquid entering the adding device (20) from the liquid tank (18).
Elektronisches Zigarettenprodukt nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein metallisches, die Flüssigkeit kontaktierendes Teil des Zerstäubers (48) auf eine elektrische Gleichspannung gelegt ist, um eine Ionisierung der zerstäubten Flüssigkeit zu bewirken. An electronic cigarette product according to any one of claims 6 to 9, characterized in that a metallic, liquid-contacting part of the atomizer (48) is placed on a DC electrical voltage is applied to effect ionization of the atomized liquid.
1 1 . Elektronisches Zigaretten produkt nach einem der vora ngehen- den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabevorrichtung (20) einen Verdampfer (49) mit einem elektrischen Heizelement (36) umfasst. 1 1. Electronic cigarette product according to one of the preceding claims, characterized in that the adding device (20) comprises an evaporator (49) with an electric heating element (36).
12. Elektronisches Zigarettenprodukt nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (49) als mikrosystem- technische Einheit ausgebildet ist. 12. An electronic cigarette product according to claim 1 1, characterized in that the evaporator (49) is designed as a microsystem technical unit.
1 3. Elektronisches Zigarettenprodukt nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung des Heizele- ments (36) auf eine definierte Solltemperatur Steuer- und/oder regelbar ist. 1 3. Electronic cigarette product according to claim 1 1 or 12, characterized in that the heating power of the heating element (36) can be controlled and / or regulated to a defined desired temperature.
14. Elektronisches Zigarettenprodukt nach einem der Ansprüche14. Electronic cigarette product according to one of the claims
1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (23) ein mit dem elektrischen Heizelement (36) gekoppeltes Piezo- element umfasst. 1 1 to 13, characterized in that the evaporator (23) comprises a piezoelectric element with the electric heating element (36) coupled.
1 5. Elektronisches Zigarettenprodukt nach den Ansprüchen 6 und 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Zerstäuber (48) und Ver- dampfer (49) unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar sind . 1 5. Electronic cigarette product according to claims 6 and 1 1, characterized in that atomizer (48) and evaporator (49) are independently electrically controllable.
16. Elektronisches Zigarettenprodukt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedli- che Flüssigkeiten (50, 50A) aus einer Mehrzahl von Flüssig- keitstanks ( 1 8, 1 8A) mit einer Mehrzahl von Zerstäubern (48, 48A) zerstäubt werden . 16. An electronic cigarette product according to one of the preceding claims, characterized in that different liquids (50, 50A) from a plurality of liquid (1 8, 1 8A) with a plurality of atomizers (48, 48A) are atomized.
17. Elektronisches Zigaretten produkt nach Anspruch 1 6, dadurch gekennzeichnet, dass den Zerstäubern (48, 48A) eine entsprechende Mehrzahl von Verdampfern (49, 49A) mit Heizelementen (36, 36A) zugeordnet sind. 17. Electronic cigarette product according to claim 1 6, characterized in that the atomizers (48, 48A) are assigned a corresponding plurality of evaporators (49, 49A) with heating elements (36, 36A).
1 8. Elektronisches Zigarettenprodukt nach Anspruch 17 , dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung der Heizelemente (36,1 8. Electronic cigarette product according to claim 17, characterized in that the heating power of the heating elements (36,
36A) individuell auf definierte Solltemperaturen steuer- und/oder regelbar ist. 36A) can be controlled and / or regulated individually to defined nominal temperatures.
19. Elektronisches Zigarettenprodukt nach einem der vorangehen- den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitstank (1 8) mindestens einen flexiblen Beutel enthält. 19. An electronic cigarette product according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid tank (18) contains at least one flexible bag.
20. Elektronisches Zigarettenprodukt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flüssig- keitsspeicher-/Zerstäubereinheit in Form einer Liquid-on-Chip-20. An electronic cigarette product according to one of the preceding claims, characterized in that a liquid storage / atomizer unit in the form of a liquid-on-chip
Vorrichtung vorgesehen ist. Device is provided.
21 . Elektronisches Zigarettenprodukt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Zerstäubern (48) insbesondere in Matrix- oder Arrayform in der Zugabevorrichtung (20) parallel angeordnet sind. 21. Electronic cigarette product according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of atomizers (48), in particular in matrix or array form, are arranged in parallel in the adding device (20).
22. Elektronisches Zigarettenprodukt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Zugabevorrichtungen (20) in dem Zigarettenprodukt (10) parallel angeordnet sind. Elektronisches Zigarettenprodukt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zigarettenprodukt ( 10) eine Kommunikationsschnittstelle (59) zur externen Kommunikation umfasst. 22. An electronic cigarette product according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of adding devices (20) are arranged in parallel in the cigarette product (10). Electronic cigarette product according to one of the preceding claims, characterized in that the cigarette product (10) comprises a communication interface (59) for external communication.
Kartusche (21 ) für ein elektronisches Zigarettenprodukt, umfassend einen Flüssigkeitstank (18) und eine mit dem Flüssigkeitstank (1 8) verbundene Zugabevorrichtung (20) zur Erzeugung von Dampf und/oder Aerosol von aus dem Flüssigkeitstank (1 8) entnommener Flüssigkeit (50) und Zugabe des Dampfs und/oder Aerosols zu einem Luftstrom (34), dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabevorrichtung (20) mindestens teilweise eine mikrosystemtechnische Einheit (45)umfasst. Cartridge (21) for an electronic cigarette product, comprising a liquid tank (18) and an adding device (20) connected to the liquid tank (1 8) for generating steam and / or aerosol from liquid (50) removed from the liquid tank (1 8). and adding the vapor and / or aerosol to an air stream (34), characterized in that the adding device (20) at least partially comprises a microsystem unit (45).
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