DE2343327A1

DE2343327A1 - Filter, insbesondere tabakrauchfilter

Info

Publication number: DE2343327A1
Application number: DE19732343327
Authority: DE
Inventors: Richard Malcolm Berger
Original assignee: Cigarette Components Ltd
Current assignee: Filtrona Richmond Inc
Priority date: 1972-09-11
Filing date: 1973-08-28
Publication date: 1974-03-21
Also published as: CH573720A5; CA991046A; GB1420116A; US3811451A; DE2343327C2; FR2199251A5; IT998580B

Description

CIGARETTE COMPONENTS LIMITED, Friendly House, 21-24 Chiswell Street, London, E.C.1, England

Filter, insbesondere Tabakrauchfilter.

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Filtern und richtet sich insbes. auf Tabakrauchfilterelemente. Vorzugsweise befaßt sich die Erfindung mit Filterspitzen für Zigaretten, obwohl die erfindungsgemäßen Produkte allgemein als Filter verwendbar sind, insbes. als Tabakrauchfilter, unabhängig davon, ob es sich um Zigaretten-, Zigarren-, Pfeifen- oder ähnliche Tabakrauchfilter handelt, Da Filter für Zigaretten wirtschaftlich besonders interessant sind, werden die Grundelemente der Erfindung anhand der Herstellung von Filterzigaretten diskutiert.

409812/0877

Man kennt bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung von Filtern im Zusammenhang mit Tabakrauchprodukten _f beispielsweise Zigaretten, obwohl die sich ergebenden Produkte im allgemeinen mehrere Kachteile aufweisen. Die wichtigste Eigenschaft eines Filters ist seine Filtervjirksamkeit, d.h. seine Fähigkeit, unerwünschte Bestandteile aus Tabakrauch zu entfernen. Die Filterwirksamkeit wird gewöhnlich in Prozentsätzen einer total zerkleinerten Masse (TPM) gemessen, die aus dem Rauch entfernt wird, obwohl es es auch einige Prozentsätze an gasförmigen Bestandteilen betrifft, die das Filter ebenfalls zu entfernen vermag. Während die Filterwirksamkeit vermutlich die wichtigste Eigenschaft von Zigarettenfiltern ist, ist es erforderlich,, bei bekannten Filtern hinsichtlich der Filterwirksamkoit einen Kompromiß zu schließen, um solchen Filtern andere Eigenschaften zu geben, beispielsweise Dmickabf all, Geschasck, Härte, Aussehen und Kosten, die eine Rolle bei der wirtschaftlichen Annehmbarkeit solcher Filter spielen« Beispielsweise v/eisen die heute allgemein benutzten Zellulose-Azetatfilter eine verhältnismäßig niedrige Filterwirksamkeit auf, obwohl man eine vergrößerte Wirksamkeit erreichen kann, entweder durch Erhöhen der Dichte des Filtermaterials oder der Länge des Filterelementes, wobei jedoch in beiden Fäll on ein Druckabfall längs des Filters entsteht, der zu übermäßig groß ist und daher vom wirtschaftlichen Standpunkt, her nicht akzeptiert werden kann. Obwohl bereits verschiedene Vorschläge für die Herstellung eines Filters gemacht wurden, das verbesserte Filtereigenschaften aufweist, waren die bisherigen Verbesserungen meistenteils wirtschaftlich annehmbar, da die sich ergebenden Filter nachteilige Geschmackseigenschaften aufwiesen, so daß die mit einem solchen Filter versehenen Zigaretten einen großen Anteil des rauchenden Publikums nicht ansprachen. Andere Nachteile sind die Techniken und/oder Materialien, die bei der Herstellung solcher Filter

-409812/087?

zur Anwendung kommen mußten, wobei die Kosten übermäßig stiegen.

Von der Industrie wird eine hohe Filterwirksamkeit angenommen, wenn 6Q56 und mehr der Gesamtteilchenmaterie entfernt werden. Zigarettenfilter mit solchen Eigenschaften wurden kürzlich in Übereinstimmung mit den Lehren der TJS-Patentschriften 3 533 416, 3 599 646 und 3 648 711 produziert. Jedoch ist die Herstellung eines Zigarettenfiltei'!.* mit noch etwas verbesserter Filterwirksarakeit ohne nachteilige Beeinflussung anderer wünschenswerte!" Eigenschaften, beispielsweise Druckabfall u. dgl., wirtschaftlich interessant. Darüber hinaus ist auch die Produktion eines Zigarettenfilters mit gleichwertiger Filterwirksarakeit, jedoch unter Verwendung v/esentlich weniger Materials _t wodurch die Herstellungskosten herabgesetzt werden, wirtschaftlich ebenfalls von Bedeutung. Es ist außerordentlich wichtig, daß eine verberserte Filterwirksamkeit für einen gegebenen Wert des Druckabfalls vorgesehen wird. Darüber hinaus ist es außerordentlich wünschenswert, Verfahren für die Herstellung von Zigarettenfiltern o. dgl. in Vorschlag zu bringen, die leicht zur Herstellung der Filterelemente mit einer Vielzahl von Eigenschaften geeignet sind, die es dem Hersteller ermöglichen, verschiedene Merkmale für diese Filtereinrichtungen nach Bedarf auszuwählen.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Rauchfilterelement bestehend aus einem axial langgestrecktem, hohlen äußeren Glied, einem axial langgestrecktem inneren Glied aus Filter material, das innerhalb des äußeren Gliedes angeordnet ist, wobei sich ein einstückiger Teil des inneren Gliedes quer über den vollen Durchmesser des inneren Gliedes in Form eines ungefalzten Stopfens aus Filtermaterial erstreckt, während die äußere Oberfläche dieses einstückigen Teils des inneren Gliedes einen Teil der Innenoberfläche des äußeren

409812/0877

Gliedes so gegenüberliegt, daß im wesentlichen ein axialer Durchgang des Rauches über den dazwischen liegenden Bereich verhindert wird, und wobei wenigstens ein vollständig umschlossener Hohlraum vorhanden ist, der von dem Filtermaterial des inneren Gliedes einschließlich des einstückigen Teiles umgeben wird. Dieser Hohlraum liefert weniger Widerstand gegen die Strömung des Rauches als das Filtermaterial und der Rauch, der durch das Filterelement von einem Endteil des inneren Gliedes zum anderen hindurchströmt, passiert den Hohlraum und fließt wenigstens zweimal durch das Filtermaterial.

Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 einen vergrößerten Längsschnitt zur Wiedergabe eines Teiles einer Vorrichtung und einer Einrichtung zur Herstellung von Filterelementen gemäß der Erfindung, wobei ausgewählte Elemente in abwechselnden Stellungen ■in gestrichelten Linien wiedergegeben sind;

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt zur Wiedergabe der Ablage eines Zusatzes in abwechselnde Hohlräume eines FiIterStabes bei der Produktion;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Form eines Filterstabes, der sich gemäß der Erfindung herstellen läßt, wobei zu erkennen ist, wie ein solcher Stab unterteilt werden kann, um einzelne. Filterlemente mit ausgewählten Eigenschaften zu erzielen;

Fig. 4 eine vergrößerte perspektivische Ansicht, teilweise im Querschnitt, zur Wiedergabe eines Teiles einer Filterzigarette mit einem Filterlement gemäß der Erfindung, wobei einige Teile zur besseren Veranschaulichung aufgebrochen gezeichnet sind;

409812/0877

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform eines Filterelementes gemäß der Erfindung unter schematischer Darstellung des Weges, der vom Rauch bei Durchgang genommen wird;

Fig. 6 einen Schnitt durch das Element nach Fig. 5 längs der Linie 6-6 der Fig. 5»

Fig. 7 eine vergrößerte perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt, durch eine weitere abgeänderte Ausführungsform eines Filterelementes gemäß der Erfindung; und in den

Fig. 8-14 Ansichten verschiedener Filterelemente, die sich gemäß der Erfindung herstellen lassen, wobei sich unterschiedliche Ausgestaltungen aus ästhetischen oder funktioneilen Gründen ergeben.

Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen.

Vor der weiteren Erörterung der besonderen Verfahren, Einrichtungen und Produkte der vorliegenden Erfindung, wird auf die oben aufgeführten US-Patentschriften Bezug genommen, deren Hauptgegenstand hier mit als voll beschrieben gelten soll.

Vergleicht man die Zeichnungen mit den Zeichnungen der US-PS 3 637 447, so erkennt man, daß Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen einen Teil einer Vorrichtung wiedergibt, die in außerordentlich bedeutsamer Weise gegenüber der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 19 der US-PS 3 637 '+47 abgeändert worden ist. Die verbleibenden Teile der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sowie die angewendeten Techniken entsprechen vollständig denjenigen nach der US-PS 3 6;" 447. Da es sich hier um eine öffentlich zugängliche

409812/0877

Druckschrift handelt, kann auf diese Patentschrift Bezug genommen werden, ohne daß die entsprechenden Passagen wiederholt zu werden brauchen.

Obwohl die Produkte gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise aus einem kontinuiavlichen Tau aus Zelluloseazetat-Fasermaterial hergestellt werden, ist die Erfindung nicht auf die Verwendung dieses Materials beschränkt, ά& rnxt geringfügigen Abänderungen, die für den Fachmann offensichtlich sind, das Fasertau.auch aus anderen Materialien, beispielsweise aus Polyäthylen, Polypropylen u. dgl, bestehen kann. Man kann auch nicht verwebte Stapelfasern derart, wie sie im einzelnen in den US-PSn 3 297 041 und 3 552 400 beschrieben werden, einsetzen. Da jedoch Zelluloseazetat-Fasertaue das bevorzugte Material von wirtschaftlicher Sicht her sind, soll dieses Material in der ,folgenden Beschreibung besonders angesprochen werden.

Nach Fig. 1 ist ein Teil eines Verfahrens zur Herstellung von Filterelementen gemäß der vorliegenden Erfindung ganz allgemein mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet. Diener Teil enthält eine Luftdüse 22, die längs des Laufweges des Filtermaterials 24 angeordnet ist, das zu einer ersten Aushärtestation 26 läuft.

Einzelheiten der Konstruktion der Düse 22 entsprechen grundsätzlich dem ähnlichen Element, das in der US-PS 3 636 447 mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet ist, so daß sich eine ins einzelne gehende Beschreibung dieser Düse erübrigt.

Die erste Aushärtestation 26 ist in ihrem Aufbau ähnlich dem Element 60 nach der US-PS 3 636 447, obwohl diese Station in den vorliegenden Zeichnurgen etwas genauer da:

409812/0877

— Sf —

geste3.lt ist. Insbes. enthält diese erste Aushärtestation, die auch als Bindezone bezeichnet, werden könnte, einen im allgemeinen zylindrischen Teil 23 und einen abgeflachten oder konischen Eintrittsteil 30,

Wenn Luft in die Strangdüse oder Luftdüse 22 durch die Leitung 32 eingeführt wird, die mit einer Verteilerleitung 34 in Verbindung steht, uro in das Tau 24 in Ringrichtung zu gelangen, wird Dampf oder ein anderes Mittel, das' das Bindemittel im Filtermaterial zu aktivieren imstande ist, durch eine Löitung 36 in eine Verteilerleitung 3S eingeführt, von wo dieses Medium durch eine Vielzahl von im Abstand angeordneten Öffnungen 40 in das Tau zwischen dem Laufweg des Taus durch den zylindrischen Teil 28 der Bindezone 26 eintritt.

Man erkennt somit, daß ein langgestrecktes Band aus Filtermaterial 24 in das hintere Ende der Strangdüse 22 eintritt und einen Dornträger 42 zur Bildung eines im allgemeinen hohlen rohrförmigen Elementes passiert, das sich dann weiter nach vorne um einen Dorn 44 bewegt, der tatsächlich innerhalb der Strangdüse 22 eingesetzt ist und wenigstens teilweise in die Bindezone 26 reicht. Wenn nunmehr das Tau aus dem vorderen Ende der Strangdüse 22 austritt, ist es mit Luft gemischt, das von der Leitung 32 zugeführt wird. Die Einstellungen der verschiedenen Elemente der Strangdüse entsprechend den Vorschriften nach der US-PS 3 636 447 erzeugen eine vsnturiartige öffnung am Austritt der Strangdüse 22, so daß das austretende Tau explodiert oder aufbläht, wie es bei 46 wiedergegeben ist. Es entsteht eine gleichmäßig zufällige flauschige Masse, bevor das Tau in die Bindezone oder Aushärtstation 26 gelangt.

Es ist darauf hinzuweisen, daß, da das Bindemittel in dem

409812/0877

faserigen Tau während des Durchganges durch die Strangdüse 22 noch nicht aktiviert ist, die endgültige Gestalt, die dem Tau mitgeteilt wird, welches aus einer Vielzahl plastifizierter zufällig angeordneter Faserglieder besteht, an dieser Stelle noch nicht beeinflußt wird.

Erst bei dem in Berührungkommen des Taus mit einem Bindemittel, in diesem Falle Dampf, werden die faserigen Glieder des Filtermaterials miteinander an im Abstand befindlichen Kontaktstellen gebunden, so daß ein langgestreckter, rauchdurchlässiger Strang entsteht, welcher den Labyrinthweg für den Durchgang des Rauches liefert.

Man erkennt, daß die Heiz- und Formvorrichtung für die Bindezone 26 so konstruiert ist, daß das sich bewegende Tau, das eine im allgemeinen strangförmige Form aufweist, mit dem Dampf während des Durchganges durch den zylindrischen Teil in Berührung kommt. Die Anwendung des Dampfes auf das faserige Tau bei der Zusammenfassung führt zu einer Erweichung der Taufasern und des darin befindlichen Plastifizierungsmittels und hat die Wirkung einer gleichmäßigen Bindung der Faserglieder des Taus an im Abstand befindlichen Stellen. Durch Hindurchleiten des Dampfes in das Tau unter Druck in einem begrenzten Bereich und vorzugsweise unter einem Winkel zur Längsachse in einer der Bewegungsrichtung des Taues entgegengesetzten Richtung dringt der Dampf in das Tau zwischen die Fasern ein und berührt die Fasern, wenn sie zusammengefaßt werden. Alle faserigen Glieder und das gesamte Plaatifizierungsmaterial werden somit im wesentlichen gleichmäßig erhitzt, wobei eine im wesentlichen gleichmäßige Bindung an im Abstand befindlichen Berührungsstellen der faserigen Glieder erfolgt.

409812/0877

Beim Fehlen des Domes 44 wird ein rauchdurchlässiger, im allgemeinen zylindrischer kontinuierlicher Strang hergestellt, wenn das Tau durch die erste Aushärtestation läuft. Jedoch verursacht das Vorhandensein des Dornes 44 innerhalb der Bindezonge 26 einen Ringraum, durch welchen das Filtermaterial hindurchgehen muß, so daß dabei statt eines festen Stranges ein solcher mit einer inneren öffnung, d.h. ein hohler Strang entsteht.

Gemäß der Lehre der US-PS 3 637 447 ist das Produkt, das aus der ersten Aushärtestation austritt, tatsächlich ein kontinuierliches hohles oder Ringelement. Hier weicht nun die vorliegende Erfindung von der Lehre der genannten US-Patentschrift ab.

Man erkennt insbes. aus Fig. 1, daß der Dorn 44 mit Einrichtungen 48 versehen ist, welche den Dorn innerhalb seines Tragelementes 42 hin- und herbev/egen und insbes. so wirken, daß der vordere Endteil 50 des Dornes 44 sich zwischen einer ersten Stellung, die sich wenigstens soweit vorwärts der Laufbahn des Filtermaterials 24 wie der Punkt, an dem das Filtermaterial mit dem Bindemittel in Berührung kommt, befindet, und einer zweiten Stellung hin- und herbewegt, die durch die gestrichelte Linie 52 angedeutet ist und sich im Abstand rückwärts von diesem Punkt befindet.

Die die Hin- und Herbewegung ausführenden Einrichtungen können eine einfache mechanische Konstruktion sein, die in der Lage ist, den Dorn 44 längs der Achse der Verarbeitungsmaschine nach vorne und rückwärts zu bewegen. Bei der wiedergegebenen Ausführungsform, die lediglich als AusführungsbeispiPl gedacht ist, ist ein Lenker 54 an einem Ende 56 mit einer Konsole 58 gelenkig verbunden, die von dem hinteren Teil des Dornes 44 getragen wird. Außerdem ist der

409812/0877

Lenker zwischen seinen Enden bei 60 an einem nicht gezeichneten festen Träger gelenkig angeschlossen.

Das andere £nde des Lenkers 54 trägt eine Nockenrolle 62, die durch eine Feder 66 normalerweise in Eingriff mit einem Exzenter 64 gedrückt wird.

Befindet sich der Dorn 44 in seiner vordersten Stellung, dann wird das Filtermaterial 24 in einem Ringraum zwischen der Außenwandung des Domes 44 und der Innenwandung des zylindrischen Teiles 28 der Bindezone 26 begrenzt. Da das Filtermaterial mit Dampf oder einem ähnlichen Bindemittel an dieser Stelle in Berührung kommt, werden die faserigen Glieder des Filtermaterial zu einem rauchdurchlässigen ringförmigen Wandungsteil 58 geformt.

Wird jedoch der Dorn 44 auf seinem Rückwärtshub in die Stellung abgezogen, wo das vordere Endteil an der mit den gestrichelten Linien 52 bezeichneten Stellung steht, dann kann sich ein Teil des Filtermaterials in Querrichtung vollständig über die Bindezone ausbreiten, bevor es mit dem Bindemittel in Berührung kommt. Dies gilt insbes., wenn der Punkt 52 so gewählt ist, daß er in den konischen Abschnitt 30 der ersten Aushärtestation 26 fällt. Auf diese Weise wird ein rauchdurchlässiger Stopfen aus gebundenen faserigen Gliedern 70 einstückig mit der Ringwandung 68 in dem Teil des Filtermaterials gebildet, der während der Vorwärtsbewegung mit dem Bindemittel in Berührung steht.

Selbstverständlich müssen die verschiedenen Elemente zur Erzeugung einer Vorwärtsbewegung des Filtermaterials und einer Hin- und Herbewegung des Domes synchronisiert und seitlich so abgestimmt werden, daß sich das richtige Verhältnis ergibt, und zwar abhängig von den gewünschten Funk-

409812/0877

tionseigenschaften des Produktes. Jedoch liegt diese Abstimmung im Rahmen des fachmännischen Könnens, so daß darauf nicht im einzelnen eingegangen zu werden braucht.

Man erkennt somit, daß das erfindungsgeciäße Verfahren und die zu seiner Durchführung vorgeschlagene Vorrichtung die Herstellung von absatzweisen Innenhohlräumen erlaubt, die vollständig von der Ringwandimg 68 und von vorderen und hinteren Stopfen 79 verschlossen und umgeben sind.

Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung lassen sich die Innenhohlräume ganz oder teilweise füllen oder man kann ausgewählte Hohlräume mit einem zusätzlichen Material füllen, beispielsweise einem absorbierenden, den Rauch modifizierenden Material. Zu diesem Zweck kann der Dorn 44, wie in Fig. 1 wiedergegeben, hohl ausgebildet werden und mann kann eine Quelle 74 für dieses Zusatzmaterial mit dem hinteren Ende des Dornes 44 über eine biegsame Leitung 76 in Verbindung bringen. Durch nicht gezeichnete übliche Betätigungsvorrichtungen läßt sich eine vorgewählte Menge des Zusatzma-.terials durch den Dorn in einen oder mehrere ausgewählte Hohlräume einführen, wenn sich der Dorn bei seinem Rückhub nach rückwärts bewegt. Offensichtlich kann die Wirkungsweise der Zuführungsvorrichtung für dieses Zusatzmaterial mit der Herstellung von Filterstäben koordiniert werden, so daß Zusatzmaterial in jeder gewünschten Menge in jeden oder irgendeinen gebildeten Hohlraum oder nur in ausgewählte, beispielsweise abwechselnde Hohlräume eingespeist wird. Darüber hinaus kann es sich bei dem Zusatzmaterial um kleinkörniges Material, beispielsweise aktivierte Kohle oder ggfls. Silikagel oder andere Absorptionsmittel handeln. Ein Zusatzstoff dieser Art ist allgemein mit dem Bezugszeichen 78 bezeichnet. Man kann auch ein Gemisch aus solchen Materialien und/oder flüssigen Materialien einführen, solange dieses

AQ9812/O87

I**

Geraisch die Eigenschaften des hergestellten Filterstabes nicht nachteilig beeinflußt.

Die Größe der gebildeten Hohlräume, die Dicke der Ringwand, die Erstreckung der Stopfen zwischen den Hohlräumen, die Verwendung, die Größe der Beladung und die Art der Zusatzstoffe lassen sich im Rahmen des fachmännischen Könnens leicht ändern. Zusätzlich kann nach vollständiger Herstellung eines Filterstranges, wie später noch näher im einzelnen erläutert werden wird, dieser wahlweise an jedem beliebigen Punkt längs seiner Länge unterteilt werden, wie es beispielsweise in Fig. 3 durch die gestrichelten Linien 80 angedeutet ist, um einzelne Filterelemente herzustellen. Gewöhnlich erfolgt jedoch ein Trennen des Filterstabes erst, venn er mit Papier oder dergleichen umwickelt ist, wie es in der US-PS 3 637 447 beschrieben wird. Es ist jedoch wichtig,darauf hinzuweisen, daß Filterelemente mit einer einzigen Innenöffnung oder mit einer Vielzahl innerer Öffnungen oder Hohlräume hergestellt werden können, wobei im letzteren Falle ein oder mehrere dieser Hohlräume mit einem Zusatzmaterial gefüllt werden können, um Filterelemente zu schaffen, die jede wünschenswerte Kombination von Eigenschaften abhängig vom beabsichtigten Verwendungszweck aufweisen.

Die anschließende Verarbeitung des Filterstranges kann entsprechend den Lehren der US-PS 3 637 447 erfolgend So kann irgendeine gewünschte Einrichtung, beispieüswweise die gemeinsame Anordnung 70 nach der oben genannten Patentschrift vorgesehen werden, um den Filterstrang durch die Bearbeitungsapparatur nach Fig. 1 der vorliegenden Patentanmeldung zu ziehen. Darüber hinaus kann eine anschließende Aushärtestation, wie sie bei 114 in der US-PS 3 637 447 angedeutet ist, vorgesehen werden, insbes. wenn der Filterstrang, wie bei 118 nach dieser Patentschrift vor dem Härten und Um-

409812/0877

lh

wickeln gekrimpt werden soll, wie es bei 146 und 152 in der US-PS 3 637 447 angedeutet ist.

Während des Umwicklungsvorganges ist es wichtig, daß ein Teil der Außenoberfläche eines der Stopfen 70 des Pilterstranges in dauerndem Umfangskontakt mit der Innenoberfläche des Umwickelungsmaterials steht. Dadurch entsteht eine abgedichtete Fläche, durch welche der Rauch nicht hindurchgelangen kann. Für das bessere Verständnis einer solchen Anordnung wird auf Fig. 4 Bezug genommen, wo ein Teil einer Filterzigarette allgemein mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet ist. Diese Filterzigarette enthält einen üblichen Tabakstrang 102, der mit Zigarettenpapier 104 umwickelt und mit einem Filterelement voreinanderstoßend entsprechend dem Erfindungsprinzip verbunden ist, wobei das Filterelement das Bezugszeichen 106 trägt. Bei der in Fig. 4 wiedergegebenen Ausführungsform des Filtere3.ementes ist das innere Glied, welches ein abgeschnittener Teil des erfindungsgemäß nach Fig. 1 hergestellten Filterstranges darstellt, allgemein mit dem Bezugszeichen 108 bezeichnet und enthält einen Stopfen 110 am Mundstück, während die Außenoberfläche des Stopfens der Innenoberfläche des Umwicklungsmaterials 112 gegenüberliegt, so daß der vorhin erwähnte abgedichtete Bereich entsteht. Schließlich ist ein Spitzenpapier 114 angedeutet, welches den Filterteil mit dem Tabakteil in üblicher Weise verbindet« Die Ringwandung des Filterelementes 106 ist bei 116 erkennbar, der Innenhohlraum bei 118. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist ein Ende des Filterelementes 106 gekrimpt,. wie es in der US-PS 3 637-447 beschrieben ist, um eine Vielzahl kreuzförmiger Rippen 120 zu bilden, deren äußere oder Umfangskanten mit der Innenoberfläche des Umwiokelungspapieres 112 in Berührung stehen, um das Zentrieren des inneren Gliedes innerhalb des äußeren Gliedes zu unterstützen«

409812/087Ϊ

Aus den Fig. 8-14 sind einige Ausgestaltungen für das gekrümmte Ende des Filterelementes zu ersehen. In jedem Fall braucht nur die Form der Krimpvorrichtung geändert zu werden, um zu der gewünschten Form zu gelangen, was wiederum eine Angelegenheit für den Fachmann ist, der hinsichtlich der Ausgestaltung der Werkzeuge keiner weiteren Lehren bedarf.

Die Filtereinrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung können einzeln oder doppelt, ja manchmal sogar in Mehrfacheinheiten verwendet werden. Es soll auf die Ausführungen nach Fig. 5 und 6 verwiesen werden, aus denen man erkennen kann, daß der Filterstab zwischen einem Hohlraum gekrümmt ist, so daß mehrere unabhängige Hohlräume 122, 124 entstehen, zwischen denen sich die gekrimpte Trennwand 126 befindet« Bei den vorhergehenden Ausführungsformen war es für den Rauch erforderlich, daß er von einem Ende des Filterelementes zu dem anderen strömte, um durch den Stopfen und in den Innenhohlraum zu gelangen, der einen geringeren Durcbtrittswiderstand für den Rauch aufweist,, als das Filtermaterial selbst und dann wiederum aus dem Filterelement durch das Filtermaterial, so daß in jedem Fall der Rauch mindestens zweimal das Filtermaterial passieren muß« Bei dem in Fig. 4 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist ein Teil des Filterelementes gekrümmt, εο daß ein Außenhohlraum, in diesem Falle eine Vielzahl von Außenhohlräumen 128 entsteht, wobei der Rauch durch diese Hohlräume vom Tabak bis zum Mund des Rauchers passieren muß.

Bei der Ausführungsform nach Fig, 5 passiert der Hauch viermal das Filterelement, wenn man in Betracht zieht, daß er durch einen der Endstopfen strömt _} dnnn in den Innenhohlraurc* 122, durch das Filtermaterial erneut in den Außenhohlraura 180, zurück durch das Filtermaterial in den Innenhohlraum 124 und schließlich durch das Filtermaterial de« Stopfens

409812/0877

If

am Mundstückende des Filterelementes.

Die Änderungen der oben erwähnten Anordnungen sind nur beschränkt durch den Einfallsreichtum des Verarbeiters und weichen in keiner Weise vom Erfindungsprinzip ab, gemäß dem Filterelemente von unendlicher Vielfalt hinsichtlich funktioneller und ästhetischer Eigenschaften geschaffen werden sollen.

Die Ausführungsform nach Fig. 7 entspricht v/eitgehendst den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen mit der Ausnahme, daß eine Vielzahl äußerer sich in Längsrichtung erstreckender Hohlräume 132 mit dazwischenliegenden Rippen 134 in Art eines Zahnrades vorgesehen ist. Selbstverständlich können sich diese Hohlräume nicht über die volle Länge der Außenseiten des Filterelementes erstrecken, da es notwendig ist, eine ununterbrochene Umfangsflache an einem Ende des Filterelementes herzustellen, um den erforderlichen abgedichteten Bereich zu erzeugen, welcher den Rauch durch das Filtermaterial hindurchdrückt und eine Überbrückung verhindert. Die Hohlräume 132 vergrößern den Außenoberflächenbereich des Filterelementes und schaffen damit eine größere Möglichkeit für den Rauch über die Länge des Filterelement es In den Innenhohlraum zu gelangen, welcher bei der Ausführungsform nach Fig. 7 mit einem absorbierenden, den Rauch modifizierenden Zusatzmaterial gefüllt ist.

Es ist darauf hinzuweisen, daß es zwei besonders wichtige Merkmale für jede Ausführungsform eines Filterelementes gibt, das gemäß der Erfindung hergestellt ist, Der erste Punkt, der zu beachten ist, besteht darin, daß es Hauptzweck des Filtermaterials ist, unerwünschte Bestandteile von dem durchgehenden Rauch zu beseitigen oder wenigstens ihren Anteil zu vermindern, und bezüglich der Fasern oder

409812/0877

Ii

des Faserteiles des Filterelementes ist es wesentlich, daß das besondere Kleinmaterial oder die in fester Phase befindlichen Bestandteile des Rauches nicht beeinträchtigt werden.

Eine wirksame Herabsetzung in der Filterwirksamkeit ergibt sich, wenn der rauchdurchlässige Strang aus Filtermaterial zusammengepreßt oder gekrimpt wird und aus diesem Grunde enthält jedes Filterelement gemäß der vorliegenden Erfindung wenigstens einen Teil der in Form eines rauchdurchlässigen ungekrümmten Stopfens vorliegt, wobei die Außenoberfläche dieses Teiles wenigstens teilweise die Abdichtfläche mit dem Umwickelmaterial darstellt. Durch Maximierung des ungekrimpten Teiles des Filterelementes wird die Filterwirksamkeit beträchtlich gesteigert, so daß das Filtermaterial seine Hauptfunktion in optimaler V/eise ausführen kann.

Ein anderes grundsätzliches Hauptmerkmal eines Filterelementes gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Vorhandensein wenigstens eines inneren vollständig umschlossenen Hohlraums, der von dem Filtermaterial umgeben ist. Bis jetzt war es nicht möglich, einen solchen inneren Hohlraum zu schaffen^ wobei das Filtermaterial, das den Hohlraum bildet oder begrenzt, einstückig mit den Endteilen und der Ring- oder Umfangswand zwischen den Endteilen ist. Dadurch, daß es möglich 1st, ein Filterelement gemäß der Erfindung herzustellen, bei dem der Innenhohlraum vollständig mit einstückigem Filtermaterial umgeben ist, das nicht notwendigerweise gekrümmt sein muß, noch in anderer Weise an anderem Material, beispielsweise durch Klebstoff o. dgl. befestigt sein muß, ergibt sich die höchst mögliche Filterwirksamkeit pro Längeneinheit des Filtermaterials.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit die Herstellung

409812/0877

eines Piltereleraentes mit gesteigerter Filterwirksamkeit für einen gegebenen Druckabfall, während alle anderen wünschenswerten Eigenschaften, insbes. im Hinblick auf Zigarettenfilter, einschließlich eines annehmbaren "Geschmacks", Aussehens und verminderten Kosten durch Einfach« keit in den Herstellungstechniken und Apparaturen sowie die Herabsetzung in der Menge des Filtermaterials für einen gegebenen Wirksamkeitswert erhalten bleiben.

Es ist noch einmal darauf hinzuweisen, daß Filterelemente der angegebenen Art, beispielsweise nach Fig. 2, als solche verwendet werden, wobei kein anschließendes Krimpen erforderlich ist, indem man einen Stopfen aus rauchdurchlässigem Material sich quer von einem Ende zum anderen des Filterelementes erstrecken läßt, wobei erforderlichenfalls ein absorbierender, den Rauch modifizierender Zusatz während des Herstellungsverfahrens in apßerordentlich einfacher Weise eingeführt werden kann, der ein Hindurchströmen des Rauches über die Zusatzteilchen verhindert, wobei die Gasphaseneffizienz des Endproduktes weitgehendst gesteigert wird. Für besondere Anwendungsgebiete kann man ein Krimpen verwenden, um das Aussehen und die Wirkungsweise des Filtermaterials zu modifizieren, wobei wiederum auf die Vielgestaltigkeit der erfindungsgemäßen Vorschläge hinsichtlich der Herstellung und des Endproduktes zu verweisen ist.

Patentansprüche;

409812/0877

Claims

I*

P at enta η sprüche

Filterelement, insbes. Tabakfilterelement bestehend aus einem in Achsrichtung langgestreckt era hohlen äußeren Glied, einem in Achsrichtung langgestrecktem inneren Glied aus Filtermaterial, das innerhalb des äußeren Gliedes angeordnet ist, wobei sich ein einstückiger Teil des inneren Gliedes quer über den vollen Durchmesser des inneren Gliedes in Form eines ungekrimpten Stopfens aus Filtermaterial erstreckt, die Außenoberfläche des einstückigen Teiles des inneren Gliedes einem Teil der Innenoberfläche des äußeren Gliedes gegenüberliegt und im wesentlichen einen axialen Durchgang des Rauches über den dazwischenliegenden Bereich verhindert, gekennzeichnet durch wenigstens einen vollständig umschlossenen Hohlrauru (118), der vom Filtermaterial (110, 116, 120) des inneren Gliedes (108) der den einstückigen Teil (110) enthält, umgeben ist, wodurch der Hohlraum (118) einen geringeren Widerstand gegen die Rauchströmung o. dgl. durch das Filtennaterial liefert und der Rauch o. dgl. durch das Filterelement von einem Endteil des inneren Gliedes zum anderen durch den Hohlraum und wenigstens zweimal durch das Filtermaterial strömt.
2. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (118) ungefüllt ist,
3. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Menge an absorbierendem, rauchmodifizierenden Material (78) im Hohlraum (118) untergebi'acht ist.

40981 2/0877
4. Filterelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das rauchmodifizierende Material (78) aktivierte Kohle enthält.

5. Filterelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial aus einem Zelluloseazetattau besteht.

6. Filterelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Außenoberfläche der Längsseiten des Hohlraumes (122, 124, Fig. 5) im Abstand von der Innenoberfläche des Außengliedes angeordnet sind, so daß ein äußerer Hohlraum entsteht, der weniger Widerstand gegen die Rauchströmung als das Filtermaterial aufweist, wobei der durch das Filtermaterial gehende Rauchstrom von einem Endteil des Innengliedes zum anderen Endteil sowohl durch die äußeren als auch die inneren Hohlräume und wenigstens zv/eiraal durch das Filtermaterial führt.

7. Filterelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß einstückige Teile (126) des inneren Gliedes sich quer über dae inneren Glied zwischen den Enden des inneren Hohlraumes erstrecken und den inneren Hohlraum in wenigstens zwei getrennte innere Hohlräume (122, 124) unterteilen, so daß der durch das Filterelement von einem Endteil des inneren Gliedes zum anderen Endteil strömende Rauch durch den äußeren Hohlraum und jeden der inneren Hohlräume und wenigstens viermal durch das Filtermaterial strömt.

8. Filterelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der äußeren Oberfläche der Längsseiten des inneren Hohlraums sich in Längsrichtung erstreckende über den Umfang im Abstand

409812/0877

angeordnete Rillen (132, Fig. 7) definieren, die durch sich in Längsrichtung erstreckende Rippen (13A) getrennt sind, deren äußere Oberflächen über wenigstens einen Teil ihrer Länge mit der inneren Oberfläche des äußeren Gliedes in Eingriff stehen.

9. Filterelement nach oinein oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des inneren Gliedes an jedem Ende des inneren Hohlraumes jeweils die Form eines ungekrimpten Stopfens aus Filtermaterial aufweinen (Fig. 5).

10. Filterelement nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der an dem dem inneren Teil (110) abgesendeten Ende de.« HohlrauLis befindlihe Teil und wenigstens ein Teil, der Seitenwandungen (116) des inneren Hohlraumes gekrimpt sind, um Teile der äußeren Oberflächen von den inneren Oberflächen des äußeren Gliedes in Abstand zu bringen, wobei in Längsrichtung verlaufende, über den Umfang im Abstand angeordnete Teile (120) dieser zuletzt genannten äußeren Oberflächen mit der inneren Oberfläche des äußeren Gliedes in Berührung kommen und eine Vielzahl einzelner langgestreckter äußerer Hohlräume (128) dazwischen entsteht (Fig. 4).

11. Zigarette bestehend aus einem Tabakstrang und einem Filter, das mit einem Ende des Tabakstranges voreinander stößt, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter ein Filterelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche enthält.

12. Verfahren zur Herstellung eines Rauchfilterelementes bestehend aus einem verbindbaren Filtermaterial einschließ-

409 8 12/0877

lieh einer Vielzahl von faserigen Gliedern, bei dem das Filtermaterial in und durch eine langgestreckte Bindezone geführt und dort mit einem Bindemittel zur Bindung der faserigen Glieder des Filtermaterials aneinander am im Abstand befindlichen Kontaktpunkten in Berührung gebracht wird, so daß ein langgestreckter, rauchdurchlässiger Strang entsteht, wobei die Bindezone einen im allgemeinen in Achsrichtung verlaufenden Dorn aufweist, der einen Ringraum definiert, durch den das Filtermaterial hindurchtreten muß, und bei dem der Strang mit einem Umwicklungspapier derartig umwickelt wird, daß Teile der Innenoberfläche des Uinwicklungsmaterials mit kontinuierlichen Umfangsteilen der. Außenoberfläche wenigstens eines Teiles des Stranges in Berührung kommen, so daß abgedichtete Bereiche entstehen, die den Durchgang von Rauch im wesentlichen verhindern, und bei dem ferner der umwickelte Strang an ausgewählten Stellen zur Bildung von Filterelementen zertrennt wird, die wenigstens einen der abgedichteten Bereiche aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (44) in zeitlicher Abstimmung mit den Durchtritt des Filtermaterials (52) durch die Bindezone (26) zwischen einer ersten Stel3.ung, die wenigstens soweit im Lauf weg des Filtermaterials nach vorne liegt, als die Stelle (40),an der das Filtermaterial mit dem Bindemittel in Berührung kommt und dadurch eine rauchdurchlässige Ringwandung aus gebundenen Fasergliedern zu erzeugen, wenn das Filtermaterial diesen Punkt passiert, und einer zweiten Stellung hin-und herbewegt wird, die soweit hinter diesem Punkt im Laufweg des Filtermaterials liegt, daß ein Teil des Filtermaterials sich vollständig quer über die Bindezone erstreckt, bevor dieser Punkt erreicht ist, so daß ein rauchdurchlässiger Stopfen an gebundenen Fasergliedern entsteht, wenn das Filtermaterial diesen Punkt passiert, die Ringwandung und der Stopfen einstückig miteinander sind und der Strang mit absatzweisen inneren

409812/0877

λ*·

Hohlräumen versehen wird, die vollsbändig, geschlossen und von der Ringwandung und den Stopfen vorne und hinten umgeben sind.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch aokenn^eiebnet, daß eine Menge an absorbierendem, rauchinndifiziert-ad^ra Material (78) durch de:a Dorn während der lluckvmri.sbo des Dornes zugeführt wird, um wenigstens teilweise ausgewählte Innonhohlräume mit diesen Material bei der Bildung der Innenhohlräume zu füllen.

14. Verjähren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das rauchmodifizieronde Material aktivierte Kohle enthält.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ausgewählte Teile dec Stranges vor dem Umwickeln des Stranges zur Bildung von Außenhohlräurien zwischen der Außenoberflüche des Stranges und der Innenoberfläche des Unr.-,^ricklungsrnaterials gekrimpt werden.

16. Vorrichtung zur Herstellung von Rauchfiltern mit einer Einrichtung zur Bildung einer langgestreckten Bindezone, Einrichtungen zur fortlaufenden Zuführung von Filtermaterial aus einer Vielzahl von faserigen Gliedern in und durch die Bindezone, Einrichtungen zur Zuführung eines Bindemittels in die Bindezone und in Berührung mit dem Filtermaterial an einer Stelle zwischen dem Laufweg des Filtormaterials durch die Bindezone zur Bindung der faserigen Glieder des Filtermaterials aneinander an im Abstand befindlichen Korrtaktpunktnn und zur Bildung eines langgestreckten rauchdurchlässigen Stabes; mit einem langgestrecktem Dorn, dessen vorderes Ende sich in Achsrichtung innerhalb der die Binde-

09812/0877

zone definierenden Einreichungen erstreckt, κο daß ein Ringraura entsteht, durch den des Filtermaterial hindurchlaufen muß, mit Einrichtungen raun Umwickeln dos Stabes mit einem Uiuvri.ck3ungsrcater.ial, so daß Tolle der Tnne-noberf lache des Umwicklungsraaterials fortlaufend*? η Umfaufstellen der Außenoberfläche wenigstens eines Teiles des Stabos gegenüberliegen und abgedichtete Bereiche entstehen, die den Durchgang des Rauchos im wesentlich.;:! verhindern, und mit Einrichtungen zum Quertronn«n des urn-rickelten Stabes fm ausgewählton Stellen zur Bildung von Filterelementen, von denen jeden wenigstens eine c'er abgedichteten Fläche).' aufweist, gekennzeichnet- durch Einrichtungen (4-3) sur Hin- und Herbewegung der» Dornen (44) innerhalb der Bindezone in zeitlicher /-bötimmung auf den Durchgang des Filtormoteri&ls zvri.schen eint-ii- ersten Stellung, in der der vordere Endteil sich wenigstens nach vorne in den Laufweg doβ Filtem&terials bis zu eil;ο--r Stelle erstreckt-, an der das Filterruate^ial mit dem Bindemittel in Berührung koi-^t, so daß eine rauchdurchläss"^; ,^e Ringv.'and aus gebundenen FaoerrlieAsrn entsteht, v/emi das Filtermaterial dieser) Punkt passiert, und einer zweiten Stellung, in der der vordere Radteil sich soweit nach rückwärts bezüglich diesen Punkten im Laufveg des Filtermatt rials erstreckt, daß ein Teil des Filtermaterjai.3 sich vollständig quer über die Binder-one erstreckt« bevor es diesen Punkt erreicht, wodurch ein rauchclurchläsöiger Stopfen aus gebundenen Fasergliedern beim passieren dieses Punktes durch das Filtermaterial entsteht und die Ringwandung und der Stopfen einstückig miteinander sind, wobei der Stab mit absatzweisen inneren Hohlräumen versehen ist, die vollständig verschlossen und von der Ringwand und den Stopfen nach vorne und rückwärts umgeben sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, in der die die Bindezone definierenden Einrichtungen einen zylindrischen Teil und

409812/087 7

BAD ORIGINAL

einen gegenübergestellten konischen Einlaßteil rückwärts vom zylindrischen Teil im Laufweg des Filtermaterials aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Endteil des Domes in der ersten Stellung wenigstens so weit vorwärts in den zylindrischen Teil (28) der Bindezone reicht, als der Punkt liegt, cn den das Bindemittel der Bindezone zugeführt wird, und daß dar vordere Endteil des Domes in der zweiten Stellung innerhalb des konischen Teiles (30) der Bindezone zu liegen kommt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn hohl ausgebildet ist und Einrichtungen (74) vorgesehen sind, durch die den Rauch modifizierendes Material (78) durch den Dorn und aus dom vorderen Ende desselben in die im Stab gebildeten Hohlräume beim Rückv/ärtshub des Dornes eingeführt wird.

4 0 9 8 1 2/0877

Leerseite