DE69824982T2

DE69824982T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Zigaretten

Info

Publication number: DE69824982T2
Application number: DE69824982T
Authority: DE
Inventors: Alfred L. Powhatan Collins; Mary Ellen Richmond Counts; Amitabh Midlothian Das; Seetharama C. Midlothian Deevi; Grier Midlothian Fleischhauer; Mohammad R. Hajalogol; Patrick H. Chester Hayes; Charles T. Richmond Higgins; Willie G. Jnr. Richmond Houck; Billy J. Jnr. Chesterfield Keen; Bernard C. Richmond Laroy; Robert E. Lee Iii.; Clifton A. Jnr. Chesterfield Lilly; Peter J. Midlothian Lipowicz; Bruce D. Jnr. Richmond Losee; Hugh J. Midlothian McCafferty; Donald E. Chesterfield Miser; Constance H. Chesterfield Nocholas; Wynn R. Richmond Raymond; Robert L. Richmond Ripley
Original assignee: Philip Morris Products SA; Philip Morris Products Inc
Current assignee: Philip Morris Products SA; Philip Morris Products Inc
Priority date: 1992-09-11
Filing date: 1993-09-10
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2013-09-11
Also published as: EP0917830B1; US5692291A; FI109266B; DK0917830T3; EP0615411A1; AU4851993A; ES2134269T3; EP0615411B1; BG98844A; RU2135054C1; NO950919L; US5865185A; WO1994006314A1; LV10899B; HU227906B1; CZ47195A3; GR3031362T3; FI951119A0; EP0917830A1; PL174703B1

Description

Diese Erfindung betrifft Systeme zum Rauchen, bei denen Zigaretten mit Anzündern verwendet werden, und insbesondere Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung derselben.
Ein elektrischer Rauchartikel wird in unserem US-Patent Nr. 5,060,671 beschrieben. Dieses Patent beschreibt einen Rauchartikel, der mit einem zum einmaligen Gebrauch bestimmten Satz von elektrischen Heizelementen ausgerüstet ist. Eine Ladung Tabakgeschmacksmedium, die beispielsweise Tabak- oder von Tabak stammendes Material enthält, wird auf jedes der Heizelemente aufgebracht. Die zum einmaligen Gebrauch bestimmte Heizer/Geschmack-Einheit wird mit einer elektrischen Energiequelle, wie z. B. einer Batterie oder einem Kondensator, sowie mit einer Steuerschaltungsanordnung verbunden, um die Heizelemente ansprechend auf einen Zug von einem Raucher an dem Artikel oder ansprechend auf das Niederdrücken eines Handschalters in Betrieb zu setzen. Die Schaltungsanordnung ist so konstruiert, daß mindestens ein, aber weniger als sämtliche Heizelemente für jeden Zug in Betrieb gesetzt werden, und so, daß eine vorbestimmte Anzahl von Zügen, von denen jeder eine vorgemessene Menge an Tabakgeschmackssubstanz enthält, z. B. ein Tabakgeschmäcke oder eine geschmacksbehaftete Tabakreaktion enthaltendes Aerosol, an den Raucher abgegeben wird. Die Schaltungsanordnung verhindert vorzugsweise auch, daß irgendein spezieller Heizer häufiger als einmal in Betrieb gesetzt wird, um ein Überhitzen des Tabakgeschmacksmediums auf ihm zu verhindern.
Bei solchen Artikeln wird der Heizer mit dem verbrauchten Tabakmaterialrückstand weggeworfen. Auch müssen die elektrischen Verbindungen zwischen den Heizern und der Batterie ein mehrmaliges Loslösen und Wiederverbinden überstehen können, wenn Geschmackseinheiten ersetzt werden.
In unserer mitanhängigen US-Patentanmeldung Serial No. 07/666,926, eingereicht am 11. März 1991, die jetzt zugunsten der fortlaufenden Patentanmeldung Serial No. 08/012,799, eingereicht am 2. Februar 1993, aufgegeben ist, wird ein elektrischer Rauchartikel offenbart, der wiederverwendbare Heizelemente und einen zum einmaligen Gebrauch bestimmten Teil für eine Tabakgeschmackserzeugung aufweist. Der zum einmaligen Gebrauch bestimmte Teil schließt vorzugsweise ein Geschmackssegment und ein Filtersegment ein, die durch ein Mundstückpapier oder eine andere Befestigungsanordnung angebracht sind. Jedoch sind gewisse Betriebsschwierigkeiten mit wiederverwendbaren Heizelementen verbunden, insbesondere insofern, als Restaerosol dazu neigt, das Kondensat auf die Heizelemente und andere bleibende Strukturbauelemente des Artikels abzusetzen.
Die vorliegende Erfindung will die oben dargelegten Probleme verringern.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer entfernbaren Zigarette zur Verwendung in einem System zum Rauchen bereitgestellt, wobei das System zum Rauchen einen Anzünder zum Abgeben einer geschmacksbehafteten Tabakreaktion an einen Raucher hat, wobei der Anzünder eine in einem Permanenthohlraum angeordnete elektrische Heizvorrichtung hat, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

a) Bereitstellen einer Trägerbahn mit Tabakgeschmack-Material-Bereichen;
b) Aufbringen von Klebstoffbereichen auf der Oberfläche der Trägerbahn, um beabstandete Klebstoffbereiche zwischen beabstandeten Tabakgeschmack-Material-Bereichen zu bilden;
c) Anbringen von Filtermaterial an den Klebestoffbereichen auf der Oberfläche der Trägerbahn;
d) Wickeln der Trägerbahn um die Filter herum, um eine kontinuierliche Stange mit abwechselnden Filter- und Tabakgeschmack-Material-Bereichen zu bilden; und
e) Durchtrennen der kontinuierlichen Stange in den Filtermaterialbereichen zum Bilden einer einzelnen entfernbaren Zigarette.

Die Erfindung stellt weiter eine Vorrichtung zum Herstellen einer entfernbaren Zigarette zur Verwendung in einem System zum Rauchen bereit, wobei das System zum Rauchen einen Anzünder zum Abgeben einer geschmacksbehafteten Tabakreaktion an einen Raucher hat, wobei der Anzünder eine in einem Permanenthohlraum angeordnete elektrische Heizvorrichtung hat, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
Vorrichtung zum Bereitstellen einer Trägerbahn mit Tabakgeschmack-Material-Bereichen;
Klebstoffauftragvorrichtung zum Aufbringen von Klebstoffbereichen auf der Oberfläche der Trägerbahn, um beabstandete Klebstoffbereiche zwischen beabstandeten Tabakgeschmack-Material-Bereichen zu bilden;
Filteranbringungsvorrichtung zum Anbringen von Filtern an den Klebstoffbereichen auf der Oberfläche der Trägerbahn;
Wickelvorrichtung zum Wickeln der Trägerbahn um die Filter herum, um eine kontinuierliche Stange mit abwechselnden Filter- und Tabakgeschmack-Material-Bereichen zu bilden; und
Abtrennvorrichtung zum Durchtrennen der kontinuierlichen Stange in den Filterbereichen zum Bilden einzelner entfernbarer Zigaretten. Zigaretten, die durch das Verfahren und die Vorrichtung, die die Erfindung verkörpern, hergestellt sind, weisen den Vorteil auf, eine verbesserte Geschmacksabgabe bereit zustellen. Außerdem ist eine Kondensation von Aerosol auf Heizelementen und anderen strukturellen Komponenten eines Anzünders minimiert. Ein verbessertes Aerosol und Geschmack kann an den Raucher abgegeben werden.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand von Beispielen und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Perspektivansicht eines Systems zum Rauchen;
2 ist eine teilweise fragmentarische, schematische Perspektivansicht eines Systems zum Rauchen;
3A ist eine Querschnitts-Seitenansicht einer Heizer-Halteeinrichtung;
3B ist eine Endansicht bei dem Schnitt 3B-3B von 3A;
4A ist eine schematische Perspektivansicht einer Zigarette;
4B ist eine Querschnitts-Seitenansicht bei dem Schnitt 4B-4B von 4A;
5 ist eine schematische Montageansicht einer Heizer-Halteeinrichtung;
6 ist eine Perspektivansicht einer Heizanordnung;
7 ist eine Skizze einer Heizanordnung;
8 ist eine Perspektivansicht eines Teils eines Heizelementes;
9 ist eine Perspektivansicht einer Stiftanordnung;
10A ist eine schematische Querschnitts-Seitenansicht eines Abstandshalters;
10B ist eine schematische Ansicht bei dem Schnitt 10B-10B von 10A;
10C ist eine schematische Ansicht bei dem Schnitt 10C-10C von 10A;
11A ist eine schematische Querschnitts-Seitenansicht einer Basis;
11B ist eine schematische Ansicht bei dem Schnitt 11B-11B von 11A;
11C ist eine schematische Ansicht bei dem Schnitt 11C-11C von 11A;
12A ist eine schematische Perspektivansicht eines zusammengesetzten Abstandshalter-Basiselementes;
12B ist eine schematische Querschnitts-Seitenansicht bei dem Schnitt 12B-12B von 12A;
12C ist eine schematische Ansicht bei dem Schnitt 12C-12C von 12A;
12D ist eine schematische Ansicht bei dem Schnitt 12D-12D von 12A
13 ist eine Endansicht eines Rings;
14A ist eine schematische Perspektivansicht einer Kappe;
14B ist eine schematische Querschnitts-Seitenansicht bei dem Schnitt 14B-14B von 12A;
14C ist eine schematische Ansicht bei dem Schnitt 14D-14D von 14A;
14D ist eine schematische Ansicht bei dem Schnitt 14D-14D von 14A;
15A ist eine schematische Seitenansicht einer Heizerhülse;
15B ist eine Endansicht bei dem Schnitt 15B-15B von 15A;
die 16 und 17 sind schematische Querschnitts-Seitenansichten von Teilen eines Systems zum Rauchen, die Luftströmungswege im System zum Rauchen zeigen;
18 ist ein schematisches Schaltbild, das eine Schaltungsanordnung zeigt;
19 ist eine schematische Querschnitts-Seitenansicht eines weiteren Systems zum Rauchen;
20 ist eine schematische Querschnitts-Seitenansicht einer weiteren Heizer-Halteeinrichtung;
21 ist eine schematische Perspektivansicht einer Vorrichtung zum Herstellen eines Mittelteils einer zum einmaligen Gebrauch bestimmten Zigarette des Systems zum Rauchen in 19 und die die Erfindung verkörpert;
22 ist eine schematische Querschnitts-Seitenansicht einer Ausführungsform mit peripherem Zug eines Systems zum Rauchen;
23 ist ein schematisches Schaltbild, das eine weitere Schaltungsanordnung zeigt; und
24 ist ein schematisches Schaltbild eines Zeitsteuerungsnetzwerks der Steuerschaltung von 23.
Ausführliche Beschreibung
Ein System zum Rauchen 21 ist mit Bezug auf die 1 und 2 dargestellt. Das System zum Rauchen 21 schließt eine Zigarette 23 und einen wiederverwendbaren Anzünder 25 ein. Die Zigarette 23 ist zum Einsetzen in eine und Entfernen aus einer Öffnung 27 an einem vorderen Ende 29 des Anzünders 25 angepaßt. Das System zum Rauchen 21 wird auf ungefähr die gleiche Weise verwendet wie eine herkömmliche Zigarette. Die Zigarette 23 wird nach einem oder mehreren Zugzyklen beseitigt. Der Anzünder 25 wird vorzugsweise nach einer größeren Anzahl von Zugzyklen beseitigt als die Zigarette 23.
Der Anzünder 25 schließt ein Gehäuse 31 ein und weist einen vorderen und hinteren Teil 33 und 35 auf. Eine Stromquelle 37 zur Zufuhr von Energie zu den Heizelementen zum Erhitzen der Zigarette 23 ist vorzugsweise im hinteren Teil 35 des Anzünders 25 angeordnet. Der hintere Teil 35 ist vorzugsweise angepaßt, um leicht geöffnet und geschlossen zu werden, wie z. B. mit Schrauben oder mit Einrastbauteilen, um ein Ersetzen der Stromquelle 37 zu erleichtern. Der vordere Teil 33 beherbergt vorzugsweise Heizelemente und eine Schaltungsanordnung in elektrischer Verbindung mit der Stromquelle 37 im hinteren Teil 35. Der vordere Teil 33 ist vorzugsweise leicht mit dem hinteren Teil 35 verbunden, wie z. B. mit einer Schwalbenschwanzverbindung oder durch eine Buchsenpassung. Das Gehäuse 31 ist vorzugsweise aus einem harten wärmebeständigen Material hergestellt. Bevorzugte Materialien schließen Materialien auf Metallbasis oder bevorzugter Materialien auf Polymerbasis ein. Das Gehäuse 31 ist vorzugsweise angepaßt, um bequem in die Hand eines Rauchers zu passen, und weist in einer augenblicklich bevorzugten Ausführungsform Gesamtabmessungen von 10,7 cm mal 3,8 cm mal 1,5 cm auf.
Die Stromquelle 37 ist dimensioniert, um ausreichend Leistung für die Heizelemente bereitzustellen, die die Zigarette 23 erhitzen. Die Stromquelle 37 ist vorzugsweise ersetzbar und wiederaufladbar und kann Einrichtungen, wie z. B. einen Kondensator oder bevorzugter eine Batterie, einschließen. In einer augenblicklich bevorzugten Ausführungsform ist die Stromquelle eine ersetzbare wiederaufladbare Batterie (tatsächlich vier in Reihe geschaltete Nickel-Cadmium-Batteriezellen) mit einer Gesamt-Leerlaufspannung von etwa 4,8 bis 5,6 Volt. Die für die Stromquelle 37 erforderlichen Eigenschaften sind jedoch im Hinblick auf die Eigenschaften anderer Komponenten im System zum Rauchen 21, insbesondere die Eigenschaften der Heizelemente, ausgewählt. Das US-Patent Nr. 5,144,962 beschreibt mehrere Formen von Stromquellen, die in Verbindung mit dem System zum Rauchen der vorliegenden Erfindung nützlich sind, wie z. B. wiederaufladbare Batteriestromquellen und schnell sich entladende Kondensatorstromquellen, die durch Batterien aufgeladen werden, und wird hierdurch durch Bezug aufgenommen.
Eine im wesentlichen zylindrische Heizer-Halteeinrichtung 39 zum Erhitzen der Zigarette 23 und vorzugsweise zum Festhalten der Zigarette in Bezug zum Anzünder 25 und eine elektrische Steuerschaltungsanordnung 41 zum Abgeben einer vorbestimmten Energiemenge von der Stromquelle 37 an Heizelemente (in den 1 und 2 nicht dargestellt) der Heizer-Halteeinrichtung sind vorzugsweise im Vorderteil 33 des Anzünders angeordnet. In der augenblicklich bevorzugten Ausführungsform schließt die Heizer-Halteeinrichtung 39 acht radial beabstandete Heizelemente 43 ein, die in 3A dargestellt sind, die von der Stromquelle 37 unter der Steuerung der Schaltungsanordnung 41 einzeln mit Strom versorgt werden, um acht Flächen um den Umfang der Zigarette 23 zu erhitzen, um acht Züge einer geschmacksbehafteten Tabakreaktion zu entwickeln. Obwohl andere Anzahlen von Heizelementen 43 bereitgestellt werden können, werden acht Heizelemente bevorzugt, zumindest weil es nominal acht Züge bei einer herkömmlichen Zigarette gibt und weil sich acht Heizelemente für eine elektrische Steuerung mit binären Vorrichtungen eignen.
Die Schaltungsanordnung 41 wird vorzugsweise durch einen durch Zug betätigten Sensor 45 aktiviert, der in 2 dargestellt ist, der entweder auf Druckänderungen oder Luftströmungsänderungen empfindlich reagiert, die stattfinden, wenn ein Raucher an der Zigarette 23 zieht. Der durch Zug betätigte Sensor 45 ist vorzugsweise im Vorderteil 33 des Anzünders 25 angeordnet und steht mit einem Raum im Innern der Heizer-Halteeinrichtung 39 und nahe der Zigarette 23 durch einen Durchlaß 47, der sich durch einen Abstandshalter 49 und eine Basis 50 der Heizer-Halteeinrichtung erstreckt, sowie, wenn gewünscht, ein Zugsensorrohr (nicht gezeigt) in Verbindung. Ein durch Zug betätigter Sensor 45, der zur Verwendung im System zum Rauchen 21 geeignet ist, wird im US-Patent Nr. 5,060,671 beschrieben, dessen Offenbarung durch Bezug aufgenommen wird, und liegt in Form eines Siliciumsensors vom Modell 163PC01D35 vor, der von der MicroSwitch division of Honeywell, Inc., Freeport, Ill. hergestellt wird, der ein geeignetes Element der Heizelemente 43 als Folge einer Änderung im Druck aktiviert, wenn ein Raucher an der Zigarette 23 zieht. Man hat auch erfolgreich nachgewiesen, daß Strömungsmeßvorrichtungen, wie z. B. diejenigen, die Hitzedraht-Windmeßprinzipien verwenden, zur Aktivierung eines geeigneten Elementes der Heizelemente 43 nach Detektion einer Änderung der Luftströmung nützlich sind.
Eine Anzeigeeinrichtung 51 ist vorzugsweise auf der Außenseite des Anzünders 25 vorgesehen, vorzugsweise auf dem Vorderteil 33, um die Anzahl von Zügen anzuzeigen, die bei einer in den Anzünder eingesetzten Zigarette 23 übrig sind. Die Anzeigeeinrichtung 51 schließt vorzugsweise eine Flüssigkristallanzeige mit sieben Segmenten ein. In der augenblicklich bevorzugten Ausführungsform zeigt die Anzeigeeinrichtung 51 das Zahlzeichen "8" an, wenn ein Lichtstrahl, der von einem Lichtsensor 53, der in 2 dargestellt ist, emittiert wird, von der Vorderseite einer neu eingesetzten Zigarette 23 wegreflektiert wird und von dem Lichtsensor nachgewiesen wird. Der Lichtsensor 53 ist vorzugsweise in einer Öffnung 55 im Abstandshalter 49 und der Basis 50 der Heizer-Halteeinrichtung 39, die beispielsweise in 3A dargestellt ist, angebracht. Der Lichtsensor 53 liefert ein Signal an die Schaltungsanordnung 41, die wiederum ein Signal an die Anzeigeeinrichtung 51 liefert. Die Anzeige des Zahlzeichens "8" auf der Anzeigeeinrichtung 51 zeigt an, daß die bevorzugten acht Züge, die bei jeder Zigarette 23 vorgesehen sind, zur Verfügung stehen, d. h. keines der Heizelemente 43 aktiviert worden ist, um die neue Zigarette zu erhitzen. Nachdem die Zigarette 23 vollständig aufgeraucht worden ist, zeigt die Anzeigeeinrichtung das Zahlzeichen "0" an. Wenn die Zigarette 23 aus dem Anzünder 25 entfernt ist, weist der Lichtsensor 53 keine Anwesenheit einer Zigarette 23 nach, und die Anzeigeeinrichtung 51 ist ausgeschaltet. Der Lichtsensor 53 ist moduliert, so daß er keinen gleichförmigen Lichtstrahl emittiert und für keine unnötige Entleerung bei der Stromquelle 37 sorgt. Ein augenblicklich bevorzugter Lichtsensor 53, der zur Verwendung mit dem System zum Rauchen 21 geeignet ist, ist ein Sensor vom Typ OPR5005 Light Sensor, der von OPTEK Technology, Inc., 1215 West Crosby Road, Carrollton, Texas 75006 hergestellt wird.
Als eine von mehreren möglichen Alternativen zur Verwendung des obenerwähnten Lichtsensors 53 kann ein mechanischer Schalter (nicht gezeigt) vorgesehen sein, um die Anwesenheit oder Abwesenheit einer Zigarette 23 nachzuweisen, und eine Rückstelltaste (nicht gezeigt) kann zum Rückstellen der Schaltungsanordnung 41 vorgesehen sein, wenn eine neue Zigarette in den Anzünder 25 eingesetzt wird, beispielsweise um zu bewirken, daß die Anzeigeeinrichtung 51 das Zahlzeichen "8" anzeigt usw.. Stromquellen, Schaltungsanordnung, durch Zug betätigte Sensoren und Anzeigeeinrichtungen, die bei dem System zum Rauchen 21 der vorliegenden Erfindung nützlich sind, sind im US-Patent Nr. 5,060,671 beschrieben, das durch Bezug aufgenommen wird. Der Durchlaß 47 und die Öffnung 55 im Abstandshalter 49 und die Heizer-Halteeinrichtungsbasis 50 sind vorzugsweise während des Rauchens luftdicht.
Eine augenblicklich bevorzugte Zigarette 23 zur Verwendung mit dem System zum Rauchen 21 ist ausführlich in den 4A und 4B dargestellt, obwohl die Zigarette in jeder beliebigen gewünschten Form vorliegen kann, die eine geschmacksbehaftete Tabakreaktion zur Abgabe an einen Raucher erzeugen kann, wenn die Zigarette von den Heizelementen 43 erhitzt wird. Die Zigarette 23 schließt eine Tabakbahn 57 ein, die von einem Träger oder Plenum 59 gebildet wird, der/das Tabakgeschmack-Material 61 trägt, das vorzugsweise Tabak enthält. Die Tabakbahn 57 ist an einem Ende um ein zylindrisches Rückströmfilter 63 und an einem entgegengesetzten Ende um ein zylindrisches erstes Freiströmfilter 65 gewickelt und wird dadurch getragen. Das erste Freiströmfilter 65 ist vorzugsweise ein Filter vom "Offenrohr"-Typ mit einem längs verlaufenden Durchlaß 67, der sich durch die Mitte des ersten Freiströmfilters erstreckt und folglich einen geringen Widerstand gegen einen Zug oder eine freie Strömung liefert.
Wenn gewünscht, wird ein Zigaretten-Umhüllungspapier 69 um die Tabakbahn 57 herumgewickelt. Papierarten, die als Umhüllungspapier 69 nützlich sind, schließen Papier mit geringem Basisgewicht ein, vorzugsweise ein Papier mit einem Tabakgeschmacksbelag oder ein Papier auf Tabakbasis, um den Tabakgeschmack der geschmacksbehafteten Tabakreaktion zu erhöhen. Eine konzentrierte Extraktflüssigkeit in voller oder verdünnter Stärke kann auf das Umhüllungspapier 69 aufgetragen sein. Das Umhüllungspapier 69 besitzt vorzugsweise ein minimales Basisgewicht und eine minimale Dicke, während es eine ausreichende Zugfestigkeit für maschinelle Vorgänge liefert. Augenblicklich bevorzugte Eigenschaften eines Papiers auf Tabakbasis schließen ein: ein Basisgewicht (bei 60%iger relativer Feuchtigkeit) von zwischen 20–25 Gramm/m², eine minimale Durchlässigkeit von 0–25 CORESTA (definiert als die Menge von in Kubikzentimetern gemessener Luft, die durch einen Quadratzentimeter Material, beispielsweise einen Papierbogen, bei einem Druckabfall von 1,0 Kilopascal in einer Minute hindurchgeht), eine Zugfestigkeit ≥ 2000 Gramm/27 mm Breite (1 Inch/Minute), eine Dicke von 1,3–1,5 mil, einen CaCO₃-Gehalt ≤ 5%, Citrat von 0%. Materialien zum Bilden des Umhüllungspapiers 69 schließen vorzugsweise Bogen auf Basis ≥ 75% Tabak ein (Nicht-Zigarren-, rauch- oder rauch-/luftgehärteter Mischfüllstoff und heller Stengel). Flachsfaser in nicht größeren Mengen als erforderlich, um eine ausreichende Zugfestigkeit zu erhalten, kann hinzugefügt werden. Das Umhüllungspapier 69 kann auch herkömmliches Flachsfaserpapier mit einem Basisgewicht von 15–20 g/m² sein oder ein solches Papier mit einem Extraktbelag. Binder in Form von Citruspektin kann in Mengen kleiner als oder gleich 1% hinzugefügt werden. Glyzerin kann in Mengen hinzugefügt werden, die nicht größer sind als erforderlich, um eine Papiersteifigkeit zu erhalten, die derjenigen von herkömmlichem Zigarettenpapier ähnelt.
Die Zigarette 23 schließt auch vorzugsweise ein zylindrisches Mundstückfilter 71 ein, das vorzugsweise ein herkömmliches Filter vom RTD(Widerstand gegen Zug [Resistance To Draw])-Typ ist, und ein zylindrisches zweites Freiströmfilter 73. Das Mundstückfilter 71 und das zweite Freiströmfilter sind durch Mundstückpapier 75 aneinander befestigt. Das Mundstückpapier 75 erstreckt sich über ein Ende des zweiten Freiströmfilters 73 hinaus und ist am Umhüllungspapier 69 angebracht, um ein Ende des ersten Freiströmfilters 65 benachbart zu einem Ende des zweiten Freiströmfilters festzuhalten. Ähnlich dem ersten Freiströmfilter 65 ist das zweite Freiströmfilter 73 vorzugsweise mit einem längs verlaufenden Durchlaß 77 gebildet, der sich durch seine Mitte erstreckt. Das Rückströmfilter 63 und das erste Freiströmfilter 65 begrenzen mit der Tabakbahn 57 einen Hohlraum 79 in der Zigarette 23.
Es wird bevorzugt, daß der Innendurchmesser des längs verlaufenden Durchlasses 77 des zweiten Freiströmfilters 73 größer ist als der Innendurchmesser des längs verlaufenden Durchlasses 67 des ersten Freiströmfilters 65.
Augenblicklich bevorzugte Innendurchmesser für den längs verlaufenden Durchlaß 67 liegen zwischen 1–4 mm, und für den längs verlaufenden Durchlaß 77 liegen sie zwischen 2–6 mm. Man hat beobachtet, daß die unterschiedlichen Innendurchmesser der Durchlässe 67 und 77 eine Entwicklung eines wünschenswerten Mischens oder einer wünschenswerten Turbulenz zwischen dem Aerosol, das sich von dem erhitzten Tabakgeschmack-Material entwickelt hat, und der Luft, die von der Außenseite der Zigarette 23 während eines Ziehens an der Zigarette hineingezogen wird, erleichtert, was zu einer verbesserten geschmacksbehafteten Tabakreaktion führt und erleichtert, daß ein größerer Teil eines Endes des Mundstückfilters 71 dem Mischaerosol ausgesetzt wird. Es versteht sich, daß die geschmacksbehaftete Tabakreaktion, die sich durch Erhitzen des Tabakgeschmack-Materials 61 entwickelt, hauptsächlich in einer Dampfphase im Hohlraum 79 vorliegt und sich beim Mischen im Durchlaß 77 in ein sichtbares Aerosol umwandelt. Zusätzlich zu dem oben beschriebenen ersten Freiströmfilter 65 mit einem längs verlaufenden Durchlaß 67 schließen andere Anordnungen, die das gewünschte Mischen der Dampfphasen-Tabakgeschmackreaktion mit zugeführter Luft erzeugen können, diejenigen ein, bei denen ein erstes Freiströmfilter in Form eines Filters bereitgestellt wird, das eine Mehrzahl von kleinen Öffnungen aufweist, d. h. das erste Freiströmfilter kann in Form einer Honigwabe oder einer Metallplatte vorliegen, in der mehrere Löcher ausgebildet sind.
Luft wird vorzugsweise überwiegend durch die Tabakbahn 57 und das Umhüllungspapier 69 in einem quer verlaufenden oder radialen Weg in die Zigarette 23 gezogen und nicht in einem längs verlaufenden Weg durch das Rückströmfilter 63. Wie unten erklärt, ist es zur Verringerung des RTD jedoch wünschenswert, während eines ersten Zugs an der Zigarette eine Luftströmung durch das Rückströmfilter zu ermöglichen. Im Augenblick ist man der Meinung, daß Einziehen von Luft in die Zigarette 23 in Längsrichtung dazu tendiert, dazu zu führen, daß das Aerosol, das sich durch Erhitzen der Tabakbahn 57 entwickelt, wobei die Heizelemente 43 radial um die Tabakbahn angeordnet sind, nicht richtig aus dem Hohlraum 79 entfernt wird. Augenblicklich wird es bevorzugt, eine geschmacksbehaftete Tabakreaktion als Funktion beinahe ausschließlich von der Zusammensetzung der Tabakbahn 57 und dem Energiezustand der Heizelemente 43 zu erzeugen. Demgemäß ist der Anteil der Luftströmung durch die Zigarette, der aus einer längs verlaufenden Strömung durch das Rückströmfilter 63 resultiert, während des Rauchens vorzugsweise minimal, außer während des ersten Zugs. Weiter minimiert das Rückströmfilter 63 vorzugsweise den Aerosolstrom in einer Rückwärtsrichtung aus dem Hohlraum 79 hinaus nach Erhitzen des Tabakgeschmack-Materials 61, so daß die Möglichkeit für einen Schaden an Bauelementen des Anzünders 25 von Aerosol, das rückwärts aus der Zigarette 23 strömt, minimiert wird.
Der Träger oder das Plenum 59, der/das das Tabakgeschmack-Material 61 trägt, liefert eine Trennung zwischen den Heizelementen 43 und dem Geschmacksmaterial, überträgt von den Heizelementen erzeugte Wärme auf das Geschmacksmaterial und hält den Zusammenhalt der Zigarette nach dem Rauchen aufrecht. Bevorzugte Träger 59 schließen diejenigen ein, die aus einem Kohlefaservlies bestehen, das wegen seiner thermischen Stabilität bevorzugt wird. Solche Träger werden in größerer Einzelheit in der mitanhängigen, gemeinsam übertragenen US-Patentanmeldung Serial No. 07/943,747, eingereicht am 11. September 1992, erläutert, die durch Bezug aufgenommen wird. Solche Vliese sollten vorzugsweise eine Dicke zwischen etwa 0,05 mm und etwa 0,11 mm besitzen und aus nichtgewebten Kohlefasern bestehen (die ein Basisgewicht im Bereich zwischen etwa 6 g/m² und etwa 12 g/m² bei Faserdurchmessern zwischen etwa 7 μm und etwa 30 μm aufweisen). Die Längen der Fasern sollten ermöglichen, daß das Vlies den Zugspannungen standhält, auf die es während des Verarbeitens trifft. Vorzugsweise sollten die Vliese einen Binder einschließen, der zum Gebrauch in elektrischen Rauchartikeln geeignet ist (d. h. der annehmbare subjektive Eigenschaften besitzt).
Andere Träger 59 schließen offenmaschige Metallgitter von geringer Masse oder durchlöcherte Metallfolien ein. Beispielsweise wird ein Gitter mit einer Masse im Bereich zwischen etwa 5 g/m² und etwa 15 g/m² und mit Drahtdurchmessern im Bereich zwischen etwa 0,038 mm (ungefähr 1,5 mil) und etwa 0,076 mm (etwa 3,0 mil) verwendet. Eine andere Ausführungsform des Gitters ist aus einer Folie (z. B. Aluminium) mit einer Dicke von 0,0064 mm (etwa 0,25 mil) gebildet, die Durchlochungen mit Durchmessern im Bereich zwischen etwa 0,3 mm und etwa 0,5 mm aufweist, um die Masse der Folie jeweils um etwa 30 Prozent bis etwa 50 Prozent zu verringern. Vorzugsweise ist das Durchlochungsmuster einer solchen Folie versetzt angeordnet oder diskontinuierlich (d. h. nicht in geradliniger Anordnung), um die seitliche Leitung von Wärme weg vom Tabakgeschmack-Material 61 zu verringern.
Solche Metallgitter und Folien sind auf eine Mannigfaltigkeit von Weisen in einer Zigarette 23 inkorporiert, die beispielsweise einschließen: (1) Gießen eines Tabakgeschmackschlamms auf ein Band und Darauflegen des Gitter- oder Folienträgers auf den nassen Schlamm vor dem Trocknen und (2) Laminieren des Gitter- oder Folienträgers auf eine Tabakgeschmack-Basisschicht oder -vlies mit einem geeigneten Klebstoff. Wegen der Möglichkeit eines elektrischen Kurzschlusses in oder zwischen den Heizelementen 43, dort wo ein Metallträger verwendet wird, sollten solche Träger im allgemeinen nicht in direktem Kontakt mit den Heizelementen stehen. Wo ein Metallträger verwendet wird, werden vor zugsweise geeignete Binder und Papier von geringem Basisgewicht, wie z. B. das Umhüllungspapier 69, verwendet, um eine elektrische Isolation zwischen dem Metallträger 59 und den elektrischen Heizelementen 43 zu liefern.
Eine augenblicklich bevorzugte Tabakbahn 57 wird unter Verwendung eines Verfahrens vom Papierherstellungstyp gebildet. In diesem Verfahren wird ein Tabakstreifen mit Wasser gewaschen. Die gelösten Stoffe werden in einem späteren Auftrageschritt verwendet. Die übrigbleibende (ausgelaugte) Tabakfaser wird beim Aufbau eines Basisvlies verwendet. Kohlefasern werden in Wasser dispergiert, und Natriumalginat wird hinzugefügt. Jegliches andere Hydrokolloid, das die geschmacksbehaftete Tabakreaktion nicht beeinträchtigt, wasserlöslich ist und ein geeignetes Molekulargewicht aufweist, um der Tabakbahn 57 Festigkeit zu verleihen, kann an Stelle von Natriumalginat hinzugefügt werden. Die Dispersion wird mit dem Schlamm von extrahierten Tabakfasern und fakultativen Aromen gemischt. Die resultierende Mischung wird auf einem Fourdriner-Drahtnetz naßlaminiert, und die Bahn wird längs des Restes einer herkömmlichen Papierherstellungsmaschine geführt, um ein Basisvlies zu bilden. Die gelösten Stoffe, die durch Waschen des Tabakstreifens entfernt wurden, werden auf einer Seite des Basisvlies aufgetragen, vorzugsweise durch eine standardmäßige gegenläufige Walzenstreicheinrichtung, die hinter einer Trommel oder einem Glättzylinder angeordnet ist. Das Verhältnis gelöste Tabakstoffe/Tabakstaub oder Feststoffteilchen wird vorzugsweise zwischen einem 1 : 1- und einem 20 : 1-Verhältnis variiert. Der Schlamm kann auch auf das Basisvlies gegossen oder extrudiert werden. Alternativ wird der Auftrageschritt offline erzeugt. Während oder nach dem Auftrageschritt werden Aromen, die in der Zigarettenindustrie üblich sind, hinzugefügt. Pektin oder ein anderes Hydrokolloid wird hinzugefügt, vorzugsweise in einem Bereich von zwischen 0,1 bis 2,0%, um die Auftragbarkeit des Schlamms zu verbessern.
Ganz gleich, welcher Typ von Träger 59 verwendet wird, Tabakgeschmack-Material 61, das auf der inneren Oberfläche des Trägers angeordnet ist, setzt beim Erhitzen Aromen frei und ist imstande, an der Oberfläche des Trägers anzuhaften. Solche Materialien schließen zusammenhängende Schichten, Schäume, Gele, Trockenschlämme oder getrocknete, durch Sprühen abgelagerte Schlämme ein, die vorzugsweise, obwohl nicht notwendigerweise, Tabak oder von Tabak stammende Materialien enthalten und die ausführlicher in der oben eingeschlossen US-Patentanmeldung Serial No. 07/943,747 erörtert sind.
Vorzugsweise wird ein Netzmittel, wie z. B. Glyzerin oder Propylenglykol, während der Verarbeitung in Mengen zur Tabakbahn 57 hinzugefügt, die zwischen 0,5% und 10% Netzmittel in Gewichtsteilen der Bahn entsprechen. Das Netzmittel erleichtert die Bildung eines sichtbaren Aerosols, indem es als Aerosolvorläu fer wirkt. Wenn ein Raucher ein Aerosol ausatmet, das die geschmacksbehaftete Tabakreaktion und das Netzmittel enthält, kondensiert das Netzmittel in der Atmosphäre, und das kondensierte Netzmittel liefert das Erscheinungsbild von herkömmlichem Zigarettenrauch.
Weil das Tabakgeschmack-Material 61 der vorliegenden Erfindung auf der Oberfläche des Trägers 59 angeordnet ist, können seine Geschmackabgabe-Eigenschaften räumlich variiert werden, um zu ermöglichen, daß sich das Geschmackabgabeprofil von Zug zu Zug selektiv ändert. Beispielsweise kann das zu einem ersten Heizelement 43 benachbarte Tabakgeschmack-Material 61 eine erste Menge oder einen ersten Typ von Geschmacksstoff enthalten, wohingegen das zu einem zweiten Heizelement benachbarte Tabakgeschmack-Material eine zweite verschiedene Menge oder einen zweiten verschiedenen Typ von Geschmacksstoff enthalten kann. Folglich kann die geschmacksbehaftete Tabakreaktionsabgabe an einen Raucher selektiv variiert oder maßgeschneidert werden, indem man nicht gleichförmige Tabakgeschmack-Material-Profile verwendet, die auf der Oberfläche des Trägermaterials angeordnet sind. Der Raucher könnte beispielsweise beim Einsetzen der Zigarette in den Anzünder 25 die zum einmaligen Gebrauch bestimmte Zigarette 23 in Bezug zu den bleibenden Heizelementen auf eine besondere Weise ausrichten, wenn es gewünscht wird, daß ein spezieller Heizer einen vorbestimmten Teil des nicht gleichförmigen Tabakgeschmack-Materials erhitzt.
Außerdem kann die geschmacksbehaftete Tabakreaktion gemäß der Erfindung selektiv variiert werden, indem man den Heizelementen 43 eine gesteuerte Energiemenge zuführt. Wenn beispielsweise die an das erste Heizelement 43 abgegebene Energiemenge (z. B. 20 Joule) größer ist als die an das zweite abgegebene Menge (z. B. 15 Joule), dann ist die Temperatur, die der erste Heizer erreicht, im allgemeinen höher als diejenige des zweiten. Deshalb erzeugt das erste Heizelement im allgemeinen mehr geschmacksbehaftete Tabakreaktion als das zweite. Auf diese Weise kann die Menge an geschmacksbehafteter Tabakreaktion selektiv gesteuert werden, indem man die Energieabgabemenge von Zug zu Zug ändert.
Die Zigarette 23 ist vorzugsweise von einem im wesentlichen konstanten Durchmesser längs ihrer Länge und ist wie herkömmliche Zigaretten vorzugsweise zwischen etwa 7,5 mm und 8,5 mm im Durchmesser, so daß ein Raucher mit dem System zum Rauchen 21 ein ähnliches "Mundgefühl" hat, wie mit einer herkömmlichen Zigarette. In der augenblicklich bevorzugten Ausführungsform ist die Zigarette 23 insgesamt 58 mm lang, wodurch die Verwendung von herkömmlichen Verpackungsmaschinen beim Verpacken solcher Zigaretten erleichtert wird. Die vereinte Länge des Mundstückfilters 71 und des zweiten Freiströmfilters 73 beträgt vorzugsweise 30 mm. Das Mundstückpapier 75 erstreckt sich vorzugsweise 5 mm über das Ende des zweiten Freiströmfilters 73 und über der Tabakbahn 57. Die Länge der Tabakbahn 57 beträgt vorzugsweise 28 mm. Die Tabakbahn 57 wird an entgegengesetzten Enden durch das Rückströmfilter 63, das vorzugsweise 7 mm lang ist, und das erste Freiströmfilter 65 getragen, das vorzugsweise 7 mm lang ist. Der Hohlraum 79, der von der Tabakbahn 57, dem Rückströmfilter 63 und dem ersten Freiströmfilter 65 begrenzt wird, ist vorzugsweise 14 mm lang.
Wenn die Zigarette 23 in die Öffnung 27 im ersten Ende 29 des Anzünders 25 eingesetzt ist, berührt sie oder berührt sie nahezu eine innere Bodenoberfläche 81 des Abstandshalters 49 der Heizer-Halteeinrichtung 39, die in 3A dargestellt ist, benachbart zum Durchlaß 47, der mit dem durch Zug betätigten Sensor 45 und der Öffnung 55 für den Lichtsensor 53 in Verbindung steht. In dieser Position befindet sich der Hohlraum 79 der Zigarette 23 vorzugsweise benachbart zu den Heizelementen 43, und im wesentlichen erstreckt sich der gesamte Teil der Zigarette, der das zweite Freiströmfilter 73 und das Mundstückfilter 71 einschließt, außerhalb des Anzünders 25. Teile der Heizelemente 43 sind vorzugsweise radial nach innen vorgespannt, um ein Festhalten der Zigarette 23 in Bezug zum Anzünder 25 zu erleichtern, und so, daß sie entweder unmittelbar oder durch das Umhüllungspapier 69 in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit der Tabakbahn 57 stehen. Demgemäß ist die Zigarette 23 vorzugsweise zusammendrückbar, um zu erleichtern, daß sich die Heizelemente 43 in die Seiten der Zigarette drücken lassen.
Eine Luftströmung durch die Zigarette 23 wird auf verschiedene Weisen erreicht. In der Ausführungsform der in den 4A und 4B gezeigten Zigarette 23 sind beispielsweise das Umhüllungspapier 69 und die Tabakbahn 57 ausreichend luftdurchlässig, um einen gewünschten RTD zu erhalten, so daß beim Ziehen eines Rauchers an der Zigarette Luft quer oder radial durch das Umhüllungspapier und die Tabakbahn in den Hohlraum 79 strömt. Wie oben erwähnt, kann ein luftdurchlässiges Rückströmfilter 69 verwendet werden, um eine längs verlaufende Luftströmung in den Hohlraum 79 zu liefern.
Wenn gewünscht, wird die quer verlaufende Luftströmung in den Hohlraum 79 erleichtert, indem eine Serie von radialen Durchlochungen (nicht gezeigt) durch das Umhüllungspapier 69 und die Tabakbahn 57 bei einem oder mehreren dem Hohlraum benachbarten Bereichen bereitgestellt wird. Man hat beobachtet, daß solche Durchlochungen die geschmacksbehaftete Tabakreaktion und die Aerosolbildung verbessern. Durchlochungen mit einer Dichte von etwa 1 Loch pro 1–2 Quadratmillimetern und einem Lochdurchmesser von zwischen 0,4 mm und 0,7 mm sind durch die Tabakbahn 57 vorgesehen. Dies führt zu einer bevorzugten CORESTA-Porosität von zwischen 100–500. Das Umhüllungspapier 69 weist vorzugsweise eine Permeabilität von zwischen 100 und 1000 CORESTA auf. Um gewünschte Raucheigenschaften zu erzielen, wie z. B. Widerstand gegen Zug, können natürlich andere Durchlochungsdichten und zugehörige Lochdurchmesser verwendet werden als diejenigen, die oben beschrieben sind.
Eine quer verlaufende Luftströmung in den Hohlraum 79 wird auch erleichtert, indem man sowohl durch das Umhüllungspapier 69 als auch die Tabakbahn 57 Durchlochungen (nicht gezeigt) vorsieht. Beim Bilden einer Zigarette 23 mit solchen Durchlochungen werden das Umhüllungspapier 69 und die Tabakbahn 57 aneinander angebracht und dann zusammen durchlöchert, oder sie werden getrennt durchlöchert und aneinander angebracht, so daß die Durchlochungen in jedem fluchten oder sich überlappen.
Eine augenblicklich bevorzugte Ausführungsform der Heizer-Halteeinrichtung 39 ist mit Bezug auf die 3A–3B dargestellt. Eine auseinandergezogene Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform einer Heizer-Halteeinrichtung 39A mit einem kombinierten Abstandshalter und Basiselement 49A ist mit Bezug auf 5 dargestellt. Das Element 49A der Heizer-Halteeinrichtung 39A ersetzt den Abstandshalter 49 und die Basis 50 der Heizer-Halteeinrichtung 39, die in 3A gezeigt ist. Die allgemeinen Aufgaben einer Bereitstellung eines Raums zum Aufnehmen einer Zigarette 23 und einer Bereitstellung von Heizelementen zum Erhitzen der Zigarette können natürlich mit anderen Heizer-Halteeinrichtungen als denjenigen erreicht werden, die in den 3A–3B und 5 gezeigt sind.
Mit Bezug auf die 3A–3B ist die Heizer-Halteeinrichtung 39 in der Öffnung 27 im Anzünder 25 angeordnet. Die Zigarette 23 wird, Rückströmfilter 63 zuerst, in die Öffnung 27 im Anzünder 25 in einen im wesentlichen zylindrischen Raum der Heizer-Halteeinrichtung 39 eingesetzt, der begrenzt wird durch: eine ringförmige Kappe 83 mit einem offenen Ende zur Aufnahme der Zigarette, eine fakultative zylindrische Heizerschutzhülse 85, eine zylindrische Luftkanalhülse 87, eine Heizanordnung 89 einschließlich der Heizelemente 43, eine Anordnung mit elektrisch leitfähigen Stiften oder gemeinsamer Leitung 91, die als gemeinsame Leitung für die Heizelemente der Heizanordnung dient, und den Abstandshalter 49. Die innere Bodenoberfläche 81 des Abstandshalters 49 hält die Zigarette 23 in einer gewünschten Position in der Heizer-Halteeinrichtung 39 an, derart daß die Heizelemente 43 benachbart zum Hohlraum 79 in der Zigarette angeordnet sind. In der in 5 dargestellten Heizer-Halteeinrichtung 39A hält die innere Bodenoberfläche 81A des Elementes 49A die Zigarette 23 in der gewünschten Position in der Heizer-Halteeinrichtung an.
Im wesentlichen die gesamte Heizer-Halteeinrichtung 39 wird durch einen Paßsitz mit dem Gehäuses 31 des Vorderteils 33 des Anzünders 25 im Innern angeordnet und festgehalten. Ein vorderer Rand 93 der Kappe 83 ist vorzugsweise am ersten Ende 29 des Anzünders 25 angeordnet oder erstreckt sich geringfügig außerhalb desselben und schließt vorzugsweise einen im Innern abgeschrägten oder gerundeten Teil ein, um das Einführen der Zigarette 23 in die Heizer-Halteeinrichtung 39 zu erleichtern. Teile der Heizelemente 43 der Heizanordnung 89 und Stifte 95 der Stiftanordnung 91 sind durch einen Ring 99 in einer Friktionspassung um eine äußere Oberfläche 97 des Abstandshalters 49 befestigt. Hintere Enden 101 der Heizelemente 43 und hintere Enden 103 von vorzugsweise zwei der Stifte 95 sind vorzugsweise an Stiften 104 angeschweißt, die durch Löcher 107 in der Basis in eine in 3B dargestellte äußere Bodenoberfläche 105 der Basis 50 fest eingepaßt sind und sich darüberhinaus erstrecken, um mit der Schaltungsanordnung 41 und der Stromquelle 37 verbunden zu werden. Die Stifte 104 sind vorzugsweise ausreichend gut an der Basis 50 angebracht, so daß sie eine Luftströmung durch die Löcher 107 blockieren. Die Stifte 104 werden vorzugsweise in zugehörigen Buchsen (nicht gezeigt) aufgenommen, wodurch sie eine Unterstützung für die Heizer-Halteeinrichtung 39 im Anzünder 25 liefern, und Stromleiter oder Leiterplatten führen von der Buchse zu den verschiedenen elektrischen Elementen. Die anderen beiden Stifte 95 liefern eine zusätzliche Unterstützung, um die Stiftanordnung 91 zu verstärken. Der Durchlaß 47 im Abstandshalter 49 und der Basis 50 steht mit dem durch Zug betätigten Sensor 45 in Verbindung, und der Lichtsensor 53 erfaßt die Anwesenheit oder Abwesenheit einer Zigarette 23 im Anzünder 25.
Ähnlich sind in der in 5 dargestellten Heizer-Halteeinrichtung 39A Teile der Heizelemente 43 der Heizanordnung 89 und Stifte 95 der Stiftanordnung 91 in einer Friktionspassung durch einen Ring 99 um eine äußere Oberfläche 97A des Elementes 49A befestigt. Die hinteren Enden 101 der Heizelemente 43 und die hinteren Enden 103 von vorzugsweise zwei der Stifte 95 erstrecken sich vorbei an einer äußeren Bodenoberfläche 105A des Elementes 49A zur Verbindung mit der Schaltungsanordnung 41 und der Stromquelle 37.
Das Element 49A ist vorzugsweise mit einem mit Flansch versehenen Ende 109 gebildet, in dem mindestens zwei Nuten oder Löcher 107A gebildet sind und durch welche sich die hinteren Enden 103 von zwei der Stifte 95 vorbei an der äußeren Bodenoberfläche 105A erstrecken. Die anderen zwei Stifte 95 liefern eine zusätzliche Festigkeit für die Stiftanordnung 91. Die hinteren Enden 101 der Heizelemente 43 sind gekrümmt, um sich an die Form des mit Flansch versehenen Endes 109 anzupassen, und verlaufen vorbei an der äußeren Bodenoberfläche 105A radial außerhalb eines Außenrandes 111 des mit Flansch versehenen Endes. Der Durchlaß 47 im Element 49A steht mit dem durch Zug betätigten Sensor 45 in Verbindung, und der Lichtsensor 53 erfaßt die Anwesenheit oder Abwesenheit einer Zigarette 23 im Anzünder 25.
Die Heizanordnung 89, die in den 3A, 5 und 6 dargestellt ist, ist vorzugsweise aus einer einzigen lasergeschnittenen Platte eines sogenannten Superlegierungsmaterials gebildet, das eine Kombination von hoher mechanische Festigkeit und hoher Beständigkeit gegenüber Oberflächenverschlechterung bei hohen Temperaturen zeigt. Die Platte wird z. B. durch Stanzen oder Ausstanzen oder bevorzugter mittels eines CO₂-Lasers geschnitten oder mit Muster versehen, um zumindest eine allgemeine, in 7 dargestellte Bauform 115 der Heizanordnung 89 zu bilden.
In der Bauform 115 sind die Heizelemente 43 an ihren hinteren Enden 101 durch einen hinteren Teil 117 der geschnittenen Plattenbauform 115 und an vorderen Enden 119 durch einen Teil, der einen vorderen Teil 121 der Heizanordnung 89 bildet, aneinander angebracht. Zwei Seitenteile 123 erstrecken sich zwischen dem hinteren Teil 117 und dem vorderen Teil 121. Der hintere Teil 117 und die Seitenteile 123 erleichtern eine Handhabung der Bauform 115 während der Verarbeitung, obwohl sie keinen Teil der fertiggestellten Heizanordnung 89 bilden.
Nachdem die Bauform 115 gebildet ist, weisen die Heizelemente 43 jeweils einen breiten Teil 125, der in der fertiggestellten Heizanordnung 89 benachbart zur Tabakbahn 57 angeordnet ist, und einen engen Teil 127 auf, um elektrische Verbindungen mit der Schaltungsanordnung 41 zu bilden. Wenn gewünscht, wird der enge Teil 127 jedes Heizelementes 43 mit Nasen 129 nahe dem hinteren Ende 101 versehen, um ein Bilden von Schweißverbindungen mit den Stiften 104 zu erleichtern oder um in Buchsen (nicht gezeigt) für eine elektrische Verbindung mit der Schaltungsanordnung 41 befestigt zu werden. Die allgemeine Bauform 115 wird weiter vorzugsweise durch weiteres Schneiden mit einem Laser verarbeitet, um einen in den 6 und 8 dargestellten schlangenlinienförmig geformten "Fußabdruck" 131 aus dem breiten Teil 125 zu bilden. Natürlich können die Fußabdrücke 131, wenn gewünscht, gleichzeitig wie die allgemeine Bauform 115 geschnitten werden.
Die geschnittene oder mit Muster versehene Platte wird vorzugsweise elektropoliert, um die Ränder der einzelnen Heizelemente 43 zu glätten. Die geglätteten Ränder der Heizelemente 43 erleichtern ein Einsetzen der Zigarette 23 in den Anzünder 25 ohne Abschleifen. Die geschnittene oder mit Muster versehene Platte wird um eine Halteeinrichtung (nicht gezeigt) gerollt, um eine zylindrische Form zu bilden. Der hintere Teil 117 und die Seitenteile 123 werden weggeschnitten, und Ränder 133 des vorderen Teils 121 werden zusammengeschweißt, so daß eine einstückige oder integrierte Heizanordnung 89 gebildet wird, wie diejenige, die in 6 gezeigt ist.
Die Heizanordnung 89 kann auch durch irgendeines von mehreren anderen vorhandenen Verfahren hergestellt werden. Gemäß eines alternativen Verfahrens wird beispielsweise die Heizanordnung 89 aus einer Platte gebildet, die anfänglich in ein Rohr (nicht gezeigt) geformt wird und hierauf geschnitten wird, um eine Mehrzahl von einzelnen Heizelementen wie in 6 zu bilden. Weiter kann die Heizanordnung 89 aus einer Mehrzahl von einzelnen Heizelementen 43 gebildet sein, die z. B. durch Punktschweißen an einem gemeinsamen Ring oder Band (nicht gezeigt) angebracht sind, der/das denselben Funktionen wie der vordere Teil 121 dient, z. B. als elektrische gemeinsame Leitung für die Heizelemente dient und mechanische Unterstützung für die Heizelemente liefert. Weiter noch kann der vordere Teil 121 der Heizanordnung 89 um einen Dimensionierring (nicht gezeigt) mit einem Innendurchmesser, der im wesentlichen gleich dem der Zigarette 23 ist, geschweißt oder auf andere Weise um ihn angebracht werden. Der Dimensionierring erleichtert die Beibehaltung der zylindrischen Heizanordnung in einer gewünschten Form und bietet zusätzliche Festigkeit.
Die in 9 dargestellte Stiftanordnung 91 wird vorzugsweise durch irgendeines von mehreren Verfahren gebildet, die ähnlich wie diejenigen sind, die oben mit Bezug auf die Heizanordnung 89 erläutert wurden. Ähnlich der Heizanordnung 89 werden die einzelnen Stifte 95 und ein bandförmiger Teil zum Bilden eines vorderen Teils 135 der Stiftanordnung 91 ebenfalls vorzugsweise aus einer flachen Platte von elektrisch leitfähigem Material geschnitten sowie gerollt und geschweißt, um eine zylindrische Form zu bilden. Die Stiftanordnung 91 ist vorzugsweise mit einem Innendurchmesser gebildet, der im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser der Heizanordnung 89 ist. Der vordere Teil 121 der Heizanordnung 89 wird dann im Innern des vorderen Teils 135 der Stiftanordnung 91 eingepaßt, und die zwei Teile werden vorzugsweise durch Punktschweißen aneinander befestigt, so daß die vier Stifte 95 in offenen Räumen zwischen benachbarten Paaren von Heizelementen 43 angeordnet sind. Wie aus 3B ersichtlich ist, sind die vier Stifte 95 (von denen nur zwei wirklich mit den Stiften 104 elektrisch verbunden sind, die sich in der bevorzugten Ausführungsform durch die Basis 50 erstrecken) vorzugsweise unter Winkeln von 22,5° zu benachbarten Elementen der acht Heizelemente 43 und ihren durch die Basis verlaufenden Anschlußstiften 104 radial angeordnet.
Die verschiedenen Ausführungsformen des Anzünders 25 gemäß der vorliegenden Erfindung sind alle konstruiert, so daß sie unter Standardverwendungsbedingungen eine Abgabe einer wirkungsvollen Menge an geschmacksbehafteter Tabakreaktion an den Raucher ermöglichen. Insbesondere ist man im Augenblick der Meinung, daß es wünschenswert ist, für 8 Züge zwischen 5 und 13 mg, vorzugsweise zwischen 7 und 10 mg, Aerosol an einen Raucher abzugeben, wobei jeder Zug ein 35 ml-Zug mit einer Zeitdauer von zwei Sekunden ist. Man hat gefunden, daß zum Erzielen einer solchen Abgabe die Heizelemente 43 imstande sein sollten, eine Temperatur zwischen etwa 200°C und etwa 900°C zu erreichen, wenn sie in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit der Zigarette 23 stehen. Weiter sollten die Heizelemente 43 vorzugsweise zwischen etwa 5 und etwa 40 Joule Energie verbrauchen, bevorzugter zwischen etwa 10 Joule und etwa 25 Joule, und noch bevorzugter etwa 15 Joule. Geringere Energieanforderungen besitzen Heizelemente 43, die in Richtung auf die Zigarette 23 nach innen gebogen sind, um die Wärmeübertragungsbeziehung zu verbessern.
Heizelemente 43 mit gewünschten Eigenschaften weisen vorzugsweise einen aktiven Flächeninhalt von zwischen etwa 3 mm² und etwa 25 mm² auf und weisen vorzugsweise einen Widerstand von zwischen etwa 0,5 Ω und etwa 3,0 Ω auf. Bevorzugter sollten die Heizelemente 43 einen Widerstand von zwischen etwa 0,8 Ω und etwa 2,1 Ω aufweisen. Natürlich wird der Heizerwiderstand auch durch die spezielle Stromquelle 37 vorgeschrieben, die verwendet wird, um die notwendige elektrische Energie zur Erhitzung der Heizelemente 43 zu liefern. Beispielsweise entsprechen die obigen Heizelementwiderstände Ausführungsformen, in denen die Energie durch vier in Reihe geschaltete Nickel-Cadmium-Batteriezellen mit einer Leerlauf-Gesamtstromquellenspannung von etwa 4,8 bis 5,8 Volt zugeführt wird. Wenn sechs oder acht solcher in Reihe geschalteter Batterien verwendet werden, sollten alternativ die Heizelemente 43 vorzugsweise einen Widerstand von zwischen etwa 3 Ω und etwa 5 Ω oder zwischen etwa 5 Ω bzw. etwa 7 Ω aufweisen.
Die Materialien, aus denen die Heizelemente 43 hergestellt sind, sind vorzugsweise ausgewählt, um zuverlässige mehrfache Verwendungen von mindestens 1800 EIN/AUS-Zyklen ohne Schaden sicherzustellen. Die Heizer-Halteeinrichtung 39 ist vorzugsweise gesondert vom die Stromquelle 37 und die Schaltungsanordnung einschließenden Anzünder 25 wegwerfbar, der vorzugsweise nach 3600 Zyklen oder mehr beseitigt wird. Die Heizelementmaterialien werden auch auf Grundlage ihrer Oxidationsbeständigkeit und allgemeinen mangelnden Reaktionsbereitschaft ausgewählt, um sicherzustellen, daß sie bei einer beliebigen Temperatur, auf die sie voraussichtlich treffen, nicht oxidieren oder sonstig mit der Zigarette 23 reagieren. Wenn gewünscht, werden die Heizelemente 43 in einem inerten wärmeleitenden Material eingekapselt, wie z. B. einem geeigneten keramischen Material, um weiter eine Oxidation und Reaktion zu verhindern.
Auf Grundlage dieser Kriterien schließen Materialien für die elektrische Heizereinrichtung dotierte Halbleiter (z. B. Silicium), Kohlenstoff, Graphit, Edelstahl, Tantal, Metallkeramikmatrizen und Metallegierungen, wie z. B. nickel-, chrom- und eisenhaltige Legierungen, ein. Silicium-Halbleitermaterial, das mit Phosphorfremdatomen bis zu einem Niveau im Bereich zwischen 5 × 10¹⁸ Fremdatome/cm³ und 5 × 10¹⁹ Fremdatome/cm³ dotiert ist, was jeweils einem spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich zwischen etwa 1 × 10^–2 Ω-cm und etwa 1 × 10^–3 Ω-cm entspricht, ist in der mitanhängigen gemeinsam übertragenen US-Patentanmeldung Serial No. 07/943,505 beschrieben, die durch Bezug aufgenommen wird. Geeignete Metallkeramikmatrizen schließen Siliciumcarbidaluminium und Siliciumcarbidtitan ein. Oxidationsbeständige intermetallische Verbindungen, wie z. B. Aluminide von Nickel und Aluminide von Eisen, sind auch geeignet.
Bevorzugter jedoch werden die elektrischen Heizelemente 43 aus einer wärmebeständigen Legierung hergestellt, die eine Kombination von hoher mechanischer Festigkeit und Beständigkeit gegen Oberflächenverschlechterung bei hohen Temperaturen zeigt. Vorzugsweise werden die Heizelemente 43 aus einem Material hergestellt, das hohe Festigkeit und Oberflächenstabilität bei Temperaturen bis zu etwa 80 Prozent ihrer Schmelzpunkte zeigt. Solche Legierungen schließen diejenigen ein, die gewöhnlich als Superlegierungen bezeichnet werden und im allgemeinen auf Nickel, Eisen oder Kobalt basieren. Vorzugsweise schließt die Superlegierung der Heizelemente 43 Aluminium ein, um die Leistungsfähigkeit des Heizelementes (z. B. die Oxidationsbeständigkeit) weiter zu verbessern. Ein solches Material ist von Haynes International, Inc. of Kokomo, Indiana, unter dem Namen Haynes^® 214^TM-Legierung erhältlich. Dieses Hochtemperaturmaterial enthält zusammen mit anderen Elementen etwa 75% Nickel, etwa 16% Chrom, etwa 4,5% Aluminium und etwa 3% Eisen in Gewichtsteilen.
Wie oben erwähnt, schließen die einzelnen Heizelemente 43 der Heizanordnung 89 vorzugsweise einen "Fußabdruck"-Teil 131 ein, der eine Mehrzahl von miteinander verbundenen gekrümmten Bereichen – die im wesentlichen S-förmig sind – aufweist, um den effektiven Widerstand jedes Heizelementes zu erhöhen. Die schlangenlinienförmige Form des Fußabdrucks 131 der Heizelemente 43 sorgt für einen erhöhten elektrischen Widerstand, ohne daß die Gesamtlänge erhöht werden müßte oder die Querschnittsbreite des Heizelementes verringert werden müßte. Die Heizelemente 43 mit einem Widerstand im Bereich zwischen etwa 0,5 Ω und etwa 3 Ω und mit einer Fußabdrucklänge, die so angepaßt ist, daß sie sich in die Heizer-Halteeinrichtung 39 von 3A und die Heizer-Halteeinrichtung 39A von 5 einpassen läßt, weisen vorzugsweise N miteinander verbundene S-förmige Bereiche auf, wobei N im Bereich zwischen etwa drei und etwa zwölf liegt, vorzugsweise zwischen etwa sechs und etwa zehn.
Wenn der in 8 dargestellte Heizer-Fußabdruck 131 zuerst in die Form des breiten Teils 125 von 7 geschnitten ist, so daß der breite Teil eine Breite W1, Länge L1 und Dicke T aufweist, wird der Widerstand von einem Ende 125' bis zum entgegengesetzten Ende 125'' des breiten Teils durch die Gleichung
dargestellt, wobei ρ der spezifische elektrische Widerstand des verwendeten speziellen Materials ist. Nach Bilden des Fußabdrucks 131 erhöht sich der Widerstand des Fußabdrucks, da sich die effektive elektrische Länge des Widerstandsheizelementes 43 erhöht und sich die Querschnittsfläche verringert. Nachdem der Fußabdruck im Heizelement 43 gebildet ist, verläuft beispielsweise der Stromweg durch das Heizelement längs eines Weges P. Der Weg P weist im Gegensatz zur anfänglichen elektrischen Länge L1 eine effektive elektrische Länge von etwa 9 oder 10·W1 auf (für die beinahe fünf vollständigen Krümmungen des Fußabdrucks des Heizelementes). Weiter hat sich die Querschnittsfläche von W1·T auf W2·T verringert. Gemäß der vorliegenden Erfindung weisen sowohl die Erhöhung der elektrischen Länge als auch die Verringerung der Querschnittsfläche eine Tendenz auf, den elektrischen Gesamtwiderstand des Heizelementes 43 zu erhöhen, da der elektrische widerstand proportional zur elektrischen Länge und umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche ist.
Folglich ermöglicht die Bildung des Fußabdruck 131 im Heizelement 43, daß ein kleineres Volumen von leitendem Material verwendet wird, um einen gegebenen vorbestimmten Widerstand über einem gegebenen erhitzten Flächeninhalt, z. B. 3 mm² bis 25 mm², zu liefern. Dieses Merkmal der vorliegenden Erfindung liefert mindestens drei Vorteile.
Erstens wird für einen gegebenen Widerstand das Heizelement 43 aus einer rechteckigen Platte gebildet, die eine Länge aufweist, die, wenn man sie als lineares Element ausbilden würde, länger sein müßte. Dies ermöglicht, daß eine kompaktere Heizer-Halteeinrichtung 39 und Anzündereinheit 25 zu geringeren Kosten hergestellt wird.
Weil sich die Energie, die zum Erhitzen eines Heizelementes 43 auf eine gegebene Betriebstemperatur in unbewegter Luft erforderlich ist, bei Erhöhung der Masse des Heizelementes erhöht, ist zweitens das schlangenlinienförmige Heizelement energieeffizient, insofern als es einen gegebenen Widerstand bei verringerten Volumina bereitstellt. Wenn das Volumen eines Heizelementes 43 um einen Faktor zwei verringert wird, wird beispielsweise die Masse auch um denselben Faktor verringert. Da die Energie, die erforderlich ist, um ein Heizelement 43 auf eine gegebene Betriebstemperatur in unbewegter Luft zu erhitzen, im wesentlichen proportional zur Masse und Wärmekapazität des Heizelementes ist, verringert das Verringern des Volumens um einen Faktor zwei folglich auch die erforderliche Energie um zwei. Dies führt zu einem energieeffizienteren Heizelement 43.
Ein dritter Vorteil des verringerten Volumens des schlangenlinienförmigen Heizelementes 43 bezieht sich auf die Ansprechzeit des Heizelementes. Die Ansprechzeit ist als die Zeitspanne definiert, die benötigt wird, um ein gegebenes Heizelement 43 als Antwort auf eine gegebene Energieeingangsgröße von einer ersten Temperatur auf eine zweite höhere Temperatur zu ändern. Weil die Ansprechzeit eines Heizelementes 43 im allgemeinen im wesentlichen proportional zu seiner Masse ist, ist es erwünscht, daß ein Heizelement mit einem verringerten Volumen auch eine verringerte Ansprechzeit aufweist. Die schlangenlinienförmigen Heizelemente 43 können folglich zusätzlich dazu, daß sie kompakt und energieeffizient sind, schneller auf Betriebstemperaturen aufgeheizt werden. Dieses Merkmal der vorliegenden Erfindung führt auch zu einem effizienteren Heizelement 43.
Indem man eine Mehrzahl von Krümmungen in den Heizelementen 43 (z. B. in Form eines Schlangenlinienmusters) bereitstellt, wird folglich der Widerstand des Heizelementes erhöht, ohne daß man die Länge des Heizelementes erhöhen oder seine Querschnittsfläche verringern muß. Natürlich sind andere Muster als diejenigen des in 8 dargestellten Heizelementes 43 vorhanden, um die Prinzipien anzuwenden, die in dieser Bauform verwirklicht sind, und stellen dadurch ebenfalls ein kompaktes und effizientes Heizelement zur Verfügung.
Der Fußabdruck 131 wird durch irgendein verträgliches Verfahren in die Heizelemente 43 geschnitten, vorzugsweise durch einen Laser (vorzugsweise einen CO₂-Laser). Wegen der kleinen äußeren Formen, die in den schlangenlinienförmigen Heizelementen 43 verwendet werden (z. B. ist der Zwischenraum B in 8 vorzugsweise in der Größenordnung zwischen etwa 0,1 mm und etwa 0,25 mm) ist Laserschneiden gegenüber anderen Verfahren zum Schneiden des Fußabdrucks 131 vorzuziehen. Weil Laserenergie so angepaßt ist, daß sie sich in kleinen Volumina konzentrieren läßt, erleichtert Laserenergie ein zuverlässiges, schnelles, genaues und automatisiertes Verarbeiten. Weiter verringert Laserverarbeiten sowohl die induzierte Spannung im Material, das geschnitten wird, als auch die Menge an durch Wärme angegriffenem Material (d. h. oxidiertem Material) im Vergleich zu anderen Schneidverfahren (z. B. Funkenerosion). Andere verträgliche Verfahren schließen Funkenerosions-, Feinstanz-, chemische Ätz- und chemische Fräsverfahren ein. Es ist auch möglich, den Fußabdruckteil 131 mit herkömmlichen Preßverfahren zu bilden, jedoch versteht es sich, daß Werkzeugverschleiß diese Alternative weniger attraktiv macht, zumindest für schlangenlinienförmige Konstruktionen.
Zusätzlich dazu, daß man einen Laser zum Schneiden der schlangenlinienförmigen Heizelemente 43 verwendet, wird ein Laser vorzugsweise auch verwendet, um verschiedene Bauelemente des Anzünders effizient miteinander zu verbinden (vorzugsweise ein Yttrium-Aluminium-Granat(YAG)-Laser). Beispielsweise werden die Heizanordnung 89 und die Stiftanordnung 91 unter Verwendung eines CO₂- oder YAG-Lasers vorzugsweise aneinander punktgeschweißt. Außerdem werden die hinteren Enden 101 oder die Nasen 129 der Heizelemente 43 an die elektrischen Anschlußstifte 104 in der Basis 50 oder an geeignete Schaltungselemente oder Buchsen ebenfalls vorzugsweise lasergeschweißt. Natürlich sind verschiedene herkömmliche Verbindungsverfahren zum Miteinanderverbinden von verschiedenen Bauelementen des Anzünders vorhanden.
Möglicherweise schadende thermisch induzierte Spannungen in den Heizelementen 43 werden gemäß der vorliegenden Erfindung minimiert. Wie mit Bezug auf 6 ersichtlich ist, sind die hinteren Endteile 101 (oder die Nasen 129), die an die Stifte 104 oder sonstige elektrische Schaltungsanordnungen oder Komponenten angeschweißt sind, und die Fußabdruckteile 131, die Wärme erzeugen, als einstückiges Heizelement 43 gebildet, wodurch die Notwendigkeit eines Zusammenschweißens von separaten Fußabdruckteilen und Endteilen vermieden wird. Man hat beobachtet, daß ein solches Schweißen unerwünschte Verformungen während des Erhitzens von Heizelementen erzeugt. Längs verlaufende Mittellinien der Endteile 101 oder Nasen 129 fluchten vorzugsweise mit Mittellinien der Fußabdruckteile 131. Man hat bemerkt, daß nichtfluchtende Mittellinien während des Erhitzens der Heizelemente Verformungen hervorrufen. Weiter passen die entgegengesetzten Enden 131' und 131'' der Fußabdrücke 131 vorzugsweise auf eine symmetrische Weise zu den nicht-schlangenlinienförmigen Teilen des Heizelementes 43, d. h. alle zeigen in dieselbe Richtung. Die Symmetrie der Enden 131' und 131'' neigt dazu, zu verhindern, daß sich die Enden der Fußabdrücke 131 während des Erhitzens in entgegengesetzte Richtungen verdrehen und dadurch den Fußabdruck beschädigen. Die Übergangsflächen 137' und 137'' an den Enden 131' bzw. 131'' des Fußabdrucks 131 und zwischen den nicht-schlangenlinienförmigen Teilen des Heizelementes 43 und den Enden sind vorzugsweise abgeschrägt, wie in 6 dargestellt. Man ist augenblicklich der Meinung, daß die abgeschrägten Übergangsflächen 137' und 137'' thermisch induzierte Spannungen verringern.
Die Heizelemente 43 und die Heizer-Halteeinrichtung 39 sind mit zusätzlichen Eigenschaften ausgestattet, um andere mit dem Erhitzen und wiederholtem Erhitzen verbundene Probleme zu vermeiden. Beispielsweise erwartet man, daß während des Erhitzens die Heizelemente 43 dazu neigen, sich auszudehnen. Da die Heizelemente 43 zwischen dem lagemäßig ortsfesten vorderen Ende 135 der Stiftanordnung 91, das am vorderen Teil 121 der Heizanordnung 89 angebracht ist, und dem Ring 99 nahe den hinteren Enden 101 der Heizelemente fest angebracht sind, tendiert eine Ausdehnung der Heizelemente dazu, entweder zu einer gewünschten Krümmung der Heizelemente nach innen in Richtung auf die Zigarette 23 oder zu einer unerwünschten Krümmung nach außen weg von der Zigarette zu führen. Eine Krümmung nach außen neigt dazu, einen thermischen Zwischenraum zwischen dem Heizelement 43 und der Zigarette 23 zurückzulassen. Dies führt zu einem ineffizienten und inkonsistenten Erhitzen der Tabakbahn 57 wegen des variierenden Ausmaßes an Grenzflächenkontakt zwischen den Heizelementoberflächen und der Zigarette.
Um ein Biegen nach außen zu verhindern, sind die einzelnen Heizelemente 43 der Heizanordnung 89 vorzugsweise so geformt, daß sie eine gewünschte Krümmung nach innen aufweisen, die in 3A dargestellt ist. Das Krümmen nach innen erleichtert, daß ein Paßsitz und ein guter thermischer Kontakt zwischen den Heizelementen 43 und der Zigarette 23 sichergestellt wird. Die nach innen gekrümmte Form der Heizelemente 43 wird durch irgendein gewünschtes einer Anzahl von möglichen Verfahren geliefert, wie z. B. durch Formen eines zylindrischen Heizers, wie z. B. desjenigen, der in 6 gezeigt ist, auf einer Halteeinrichtung (nicht gezeigt), die die gewünschte Krümmung nach innen aufweist. Vorzugsweise wird die nach innen gekrümmte Form in den Heizelementen 43 in einer Matrize und Presse (nicht gezeigt) gebildet, bevor die Heizanordnung 89 in einen Zylinder geformt wird. Die nach innen gekrümmte Form der Heizelemente 43 neigt dazu, zu einer weiteren Krümmung nach innen zu führen, wenn sich die Heizelemente während des Erhitzens ausdehnen. Die Krümmung ist vorzugsweise ziemlich sacht über die Länge des Fußabdrucks 131. Die abgeschrägten Übergangsflächen 137' und 137'' können stärker gekrümmt sein als der empfindlichere Fußabdruck 131. Man ist der Meinung, daß auf diese Weise die Konzentration von thermischen Spannungen an störungsanfälligeren Teilen der Heizelemente 43 vermieden wird.
Wenn gewünscht, ist ein Ring (nicht gezeigt) um den Fußabdruck 131 der Heizelemente 43 vorgesehen. Man ist der Meinung, daß der Ring als Wärmesenke dient, und wenn sich die Fußabdrücke 131 der Heizelemente 43 beim Erhitzen ausdehnen, wird eine Ausdehnung der Fußabdrücke nach innen in Richtung auf die Zigarette 23 hervorgerufen.
Zusätzlich zu der oben beschriebenen Heizanordnung 89 schließt die in 3A dargestellte Heizer-Halteeinrichtung 39 auch den Abstandshalter 49 und die Heizer-Halteeinrichtungsbasis 50 ein. Der in den 10A–10C allein dargestellte Abstandshalter 49 weist eine zylindrische äußere Oberfläche 97 auf, an die die Stifte 91 und die Heizelemente 43 durch den Ring 99 in einer Friktionspassung befestigt sind. Der Abstandshalter 49 schließt weiter eine Bodenwand 139, deren innere Bodenoberfläche 81 dazu dient, eine weitere Bewegung der Zigarette 23 in den Anzünder 25 hinein zu blockieren, so daß die Zigarette in Bezug zu den Heizelementen 43 richtig positioniert ist, und eine zylindrische Innenwand 141 ein, um ein Hineinbewegen der Zigarette in den Abstandshalter zu ermöglichen. Ein Teil 47' des Durchlasses 47 zur Verbindung mit dem durch Zug betätigten Sensor 45 ist in der Bodenwand 139 gebildet. Der Teil 47' liegt vorzugsweise in Form eines Loches oder einer Bohrung vor, die parallel zu einer Mittellinie des Abstandshalters 49 durch die Bodenwand 139 verläuft. Auch ist ein Teil 55' der Öffnung 55 für den Lichtsensor 53 in der Bodenwand 139 gebildet. Eine Öffnung für einen ersten Zug 143 erstreckt sich von der äußeren Oberfläche 97 des Abstandshalters 49 zu dem Teil 55' der Öffnung. Die Öffnung für einen ersten Zug 143 erleichtert die Bereitstellung eines bevorzugten RTD während eines ersten Zugs an einer Zigarette 23, indem ein zusätzlicher Durchgang für Luftströmung von der die Zigarette umgebenden Fläche zu einer Fläche bereitgestellt wird, die zum Rückströmfilter 63 benachbart ist. Weil die Tabakbahn 57 und das Umhüllungspapier 69 dazu tendieren, die Luftströmung in die Zigarette 23 zu beschränken, bis nachdem ein Heizelement 43 eine Fläche der Zigarette erhitzt hat, liefert die Öffnung für einen ersten Zug 143 eine Luftströmung zu der Fläche der Heizer-Halteeinrichtung 39 nahe dem Rückströmfilter 63 der Zigarette. Das Rückströmfilter 63 ermöglicht, daß ausreichend Luft in die Zigarette 23 strömt, um einen niedrigeren RTD bereitzustellen, als sonst auftreten würde. Man bevorzugt jedoch, daß das Rückströmfilter 63 so "dicht" wie möglich ist, während es noch die obenerwähnte Luftströmung während des ersten Zugs ermöglicht, damit das nach einem Zug an einer Zigarette 23 im Hohlraum 79 zurückbleibende Aerosol nicht durch das Rückströmfilter in den Anzünder 25 zurückströmt. Nach dem ersten Zug an der Zigarette 23 wird die Fläche der Tabakbahn 57 und des Umhüllungspapiers 69, die durch das Heizen eines Heizelementes erhitzt wurde, luftdurchlässiger. Demgemäß wird die Luftströmung durch die Öffnung für einen ersten Zug 143 und das Rückströmfilter für Züge an der Zigarette 23 nach dem ersten Zug unwichtig.
Die in den 11A–11C allein dargestellte Basis 50 ist im wesentlichen zylindrisch in der Form und schließt eine Bodenwand 151 ein, wobei sich die Stifte oder Leitungen 104 zur Verbindung mit den Stiften 95 und den Heizelementen 43 durch die in der Bodenwand gebildeten Löcher 107 und vorbei an der äußeren Bodenoberfläche 105 der Basis erstrecken. Die Basis 50 ist vorzugsweise mit einer zylindrischen äußeren Oberfläche 153 und einer zylindrischen Innenwand 155 gebildet, wobei die Innenwand einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Außendurchmesser des Abstandshalters 49 und im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Rings 99 ist. Der Abstandshalter 49 wird vorzugsweise durch eine Friktionspassung zwischen einer Innenwand 169 der Luftkanalhülse 87, dem Ring 99 und der äußeren Oberfläche 97 des Abstandshalters in Bezug zur Basis 50 festgehalten. Wie weiter nachstehend erörtert wird, ist eine Einrichtung vorgesehen, um die Luftkanalhülse 87 an der Basis 50 zu befestigen. Der Abstandshalter und die Basis 50 können durch ein anderes oder zusätzliches Mittel, wie z. B. durch Klebstoff, durch Schrauben und durch Einrastelemente, befestigt sein. Weiter können eine oder mehrere Längsrippen und -nuten (nicht gezeigt) auf dem Abstandshalter und der Basis 50 gebildet sein, um das Sicherstellen einer gewünschten Winkelbeziehung zwischen dem Abstandshalter und der Basis zu erleichtern. Ein Teil 47'' des Durchlasses 47 ist in der Bodenwand 151 gebildet und erstreckt sich vorzugsweise von nahe einer Mittellinie der Basis 50 zu einem Umfangsrand der Basis. Wenn gewünscht, liegt der Teil 47'' teilweise in Form einer Nut in der inneren Bodenoberfläche 157 der Basis vor, wobei die Nut bei Installation des Abstandshalters 49 luftdicht gemacht wird. Vorzugsweise liegt der Teil 47'' in Form von einander kreuzenden längs und radial gebohrten Löchern in der Bodenwand 151 vor. Ein Teil 55'' der Öffnung 55 ist in der Bodenwand gebildet. Die Teile 47' und 55' des Abstandshalters 49 sind mit den Teilen 47'' bzw. 55'' der Basis 50 ausgerichtet, um den Durchlaß 47 und die Öffnung 55 zu bilden.
Das Element 49A in der in 5 dargestellten Ausführungsform der Heizer-Halteeinrichtung 39A ist weiter mit Bezug auf die 12A–12D dargestellt. Das Element 49A weist eine zylindrische äußere Oberfläche 97A auf, an der die Stifte 95 und die Heizelemente 43 durch den Ring 99 befestigt sind. Das Element 49A schließt weiter eine Bodenwand 139A, deren innere Bodenoberfläche 81A dazu dient, eine weitere Bewegung der Zigarette 23 in den Anzünder 25 hinein zu blockieren, so daß die Zigarette in Bezug zu den Heizelementen 43 richtig positioniert ist, und eine zylindrische Innenwand 141A des Elementes ein, um ein Hineinbewegen der Zigarette in das Element zu ermöglichen. Eine Öffnung für einen ersten Zug (nicht gezeigt) kann im Element 49A ebenfalls vorgesehen sein. Der Durchlaß 47A zur Verbindung mit dem durch Zug betätigten Sensor 45 ist in der Bodenwand 139A gebildet. Der Durchlaß 47A liegt vorzugsweise in Form eines Lochs oder einer Bohrung vor, die parallel zu einer Mittellinie des Elementes 49A durch die Bodenwand 139A verläuft. Auch ist die Öffnung 55A für den Lichtsensor 53 in der Bodenwand 139A gebildet. Wie oben erwähnt, erstrecken sich die hinteren Enden 101 der Heizelemente 43 und die hinteren Enden 103 von vorzugsweise mindestens zwei der Stifte 95 an einer äußeren Bodenoberfläche 105A des Elementes 49A zur Verbindung mit der Schaltungsanordnung 41 und der Stromquelle 37 vorbei. Das Elementes 49A ist vorzugsweise mit einem mit Flansch versehenen Ende 109 gebildet, in dem mindestens zwei Nuten oder Löcher 107A gebildet sind und durch die die hinteren Enden 103 von zwei der Stifte 95 vorbei an der äußeren Bodenoberfläche 105A verlaufen. Die hinteren Enden 101 der Heizelemente 43 sind gebogen, um sich der Form des mit Flansch versehenen Endes 109 anzupassen, und verlaufen vorbei an der äußeren Bodenoberfläche 105A radial außerhalb eines Außenrandes 111 des mit Flansch versehenen Endes. Die Luftkanalhülse 87A ist um den Außenrand 111 des mit Flansch versehenen Endes 109 gepaßt, um die Enden 101 der Heizelemente 43 weiter festzuhalten.
Außer wenn anders angegeben, bezieht sich die folgende Erörterung des Systems zum Rauchen 21 aus Gründen eines bequemen Bezugs hauptsächlich auf Komponenten der Heizer-Halteeinrichtung 39, die in den 3A–3B dargestellt ist. Es versteht sich jedoch, daß die Erörterung allgemein auf die in 5 dargestellte Ausführungsform der Heizer-Halteeinrichtung 39A anwendbar ist sowie auf andere Ausführungsformen, die hierin nicht speziell dargestellt sind oder erörtert werden. Wie oben bemerkt, kann die Heizer-Halteeinrichtung andere Vorrichtungen einschließen, die die verschiedenen Aufgaben der Heizer-Halteeinrichtung durchführen können, wie z. B. Bereitstellen eines Raums benachbart zu den Heizelementen zum Erhitzen der Zigarette.
Eine Endansicht des Rings 99, der die Heizelemente 43 und Stifte 95 um die äußere Oberfläche 97 des Abstandshalters 49 von 3A befestigt, ist mit Bezug auf 13 dargestellt. Der Innendurchmesser des Rings 99 ist ausreichend groß, um zu ermöglichen, daß der Ring die Heizelemente 43 umgibt und durch eine Friktionspassung an der zylindrischen äußeren Oberfläche 97 befestigt. Längsnuten 159 sind um den Innenumfang des Rings 99 unter 90°-Winkeln zueinander gebildet, um die im allgemeinen dickeren Stifte 95 aufzunehmen, so daß der Ring angepaßt ist, um die Stifte zu umgeben und sie an der äußeren Oberfläche 97 zu befestigen.
Die Luftkanalhülse 87 ist an einem ersten Ende 161 an der Basis 50 und an einem zweiten Ende 163 an der Kappe 83 angebracht. Das erste Ende 161 der Luftkanalhülse 87 ist vorzugsweise mit einer äußeren Rippe 165 gebildet, um mit einer inneren Nut 167 auf der Innenwand 155 der Basis 50 in Eingriff zu treten. Ähnlich ist das zweite Ende 163 der Luftkanalhülse 87 vorzugsweise mit einer äußeren Rippe 171 gebildet, um mit einer inneren Nut 173 auf einem Innenrand 175 auf der Kappe 83 in Eingriff zu treten. Die Luftkanalhülse 87A der in 5 dargestellten Ausführungsform der Heizer-Halteeinrichtung 39A unterscheidet sich von der in 3 dargestellten Ausführungsform der Luftkanalhülse 87, insofern als das erste Ende 161A der Luftkanalhülse 87A vorzugsweise mit einer inneren Nut 165A gebildet ist, um mit einer äußeren Rippe 167A auf dem Außenrand 111 des mit Flansch versehenen Endes 109 des Elementes 49A in Eingriff zu treten. Teile der Heizelemente 43 nahe den hinteren Enden 101 erstrecken sich zwischen den in Eingriff stehenden Teilen des Elementes 49A und der Luftkanalhülse 87A. Wenn man wünscht, die Luftströmung zu erhöhen, können, wie weiter unten mit Bezug auf 17 erörtert wird, eines oder mehrere radiale Löcher oder Bohrungen durch Teile der Heizer-Halteeinrichtung 39, wie z. B. die Luftkanalhülse 87, vorgesehen sein, vorzugsweise an Punkten längs der Länge der Luftkanalhülse, wo die Luftströmung nicht blockiert ist oder dazu veranlaßt wird, sich durch einen geschlängelten Weg vorbei an der Kappe 83 oder den Abstandshalter 49 zu bewegen, bevor sie die Zigarette 23 erreicht.
Die Kappe 83 der in 3A dargestellten Heizer-Halteeinrichtung 39 und die Kappe 83A der in 5 dargestellten Heizer-Halteeinrichtung 39A sind in allen Hinsichten ähnlich, außer daß die Kappe 83 eine längere Innenwand 177 einschließt als die Innenwand 177A der Kappe 83A. Der Innendurchmesser der Innenwand 177 der Kappe 83 ist vorzugsweise nicht größer als der Außendurchmesser der Zigarette 23 und ist vorzugsweise geringfügig kleiner, so daß die Zigarette bei Einsetzen in den Anzünder 25 zusammengedrückt wird und sicher in einem Preßsitz festgehalten wird. Die längere Innenwand 177 der Kappe 39 wird bevorzugt und liefert eine zusätzliche Unterstützung der Zigarette 23. Für Erörterungszwecke ist die Kappe 83A in den 14A–14D allein dargestellt.
Die Kappe 83A ist mit einer Mehrzahl von Längslöchern oder -durchlässen 179A gebildet, die sich vom gerundeten oder abgeschrägten vorderen Ende 93A zu einer hintere Fläche 181A durch die Kappe erstrecken, um zwischen der Zigarette und der Luftkanalhülse 87 eine Luftströmung in den Raum in der Heizer-Halteeinrichtung 39A zur Aufnahme der Zigarette 23 bereitzustellen, so daß eine quer (d. h. radial nach innen) verlaufende Luftströmung durch die Tabakbahn 57 durch die Fußabdrücke 131 der Heizelemente 43 hindurchgeht. Wie aus 3A ersichtlich ist, sind in der bevorzugten Ausführungsform der Kappe 83 der Heizer-Halteeinrichtung 39 die Löcher oder Durchlässe 179 so gebildet, daß sie nahe der hinteren Fläche 181 größer sind als nahe dem vorderen Ende 93, so daß man einen gewünschten RTD leichter erhält. In einer anderen Ausführungsform der Kappe sind die Längslöcher oder Bohrungen durch Längsnuten (nicht gezeigt) ersetzt, die auf der Innenwand der Kappe gebildet sind. Mit Bezug auf die 14A–14D ist eine Umfangsnut 183A in der hinteren Fläche 181A gebildet, um die fakultative Heizerschutzhülse 85 aufzunehmen und zu tragen, die in den 15A–15B allein dargestellt ist. Die Heizerhülse 85 ist ein röhrenförmiges Element mit einem ersten und zweiten Ende 185 und 187, von denen jedes so angepaßt ist, daß es sich in den Nuten 183A aufnehmen läßt. Die Umfangsnut 183A ist auf einem größeren Radius gebildet als die Bohrungen oder Durchlässe 179A, um eine Luftzufuhr in die Heizer-Halteeinrichtung 39 zu erleichtern, wenn ein Raucher an der Zigarette 23 zieht.
Die in 3A darstellte Kappe 83 kann durch ein Formgebungs- oder ein spanabhebendes Bearbeitungsverfahren gebildet werden. Die Kappe wird vorzugsweise gebildet, indem man eine einstückige Kappe formt, wie z. B. die Kappe 83A in 5. Wenn die Kappe 83 durch spanabhebende Bearbeitung gebildet wird, wird sie vorzugsweise in zwei in 3A dargestellten Stücken gebildet, einem äußeren Stück 83' und einem inneren Stück 83'', die ineinandergepaßt werden. Eine Umfangsvertiefung wird in der äußeren Oberfläche des inneren Stücks 83'' gebildet, bevor das innere Stück in das Innere des äußeren Stücks 83' eingepaßt wird, wobei die Vertiefung die Nut 183 bildet, wenn das innere Stück und äußere Stück aneinander angebracht sind. Die maschinell bearbeitete zweistückige Kappe 83 vermeidet dadurch die Notwendigkeit einer spanabhebenden Bearbeitung einer einstückigen Kappe, um die Nut 183 zu bilden.
Die Heizerhülse 85 wird in einem beliebigen gewünschten Rauchintervall vom Raucher entfernt, ausgesondert und durch eine neue Heizerhülse ersetzt (z. B. nach Rauchen von 30–60 Zigaretten 23). Die Heizerhülse 85 verhindert, daß die Innenwand 169 der Luftkanalhülse 87 übrigbleibendem Aerosol ausgesetzt wird, das im Bereich zwischen den Heizelementen 43 und der Luftkanalhülse erzeugt wird. Solches Aerosol wird stattdessen der Heizerhülse 85 ausgesetzt.
Die Heizerhülse 85 ist aus einem wärmebeständigen papier- oder kunststoffähnlichen Material hergestellt, das vom Raucher ersetzt wird, nachdem eine Mehrzahl von Zigaretten 23 geraucht worden ist. Im Gegensatz zur "Rohr-in-Rohr"-Konstruktion, die eine an der unten beschriebenen Tabakgeschmacksseinheit angebrachte Aerosolsperrschichtröhre einschließt, die mit der Geschmackseinheit ausgesondert wird, nachdem sie geraucht worden ist, kann folglich die Heizerhülse 85 des vorliegenden Systems zum Rauchen 21 wiederverwendet werden. Demgemäß ist die Herstellung der Zigarette 23 vereinfacht, und das nach Rauchen jeder Zigarette auszusondernde Materialvolumen ist reduziert.
16 zeigt schematisch bevorzugte Luftströmungsmuster, die sich in der Heizer-Halteeinrichtung 39 und der Zigarette 23 entwickeln, wenn ein Raucher an dem Mundstückfilter 71 zieht. Luft wird als Folge eines Saugens durch das Mundstückfilter 71 durch die längs verlaufenden Bohrungen oder Durchlässe 179 in das Innere der Heizer-Halteeinrichtung 39 zwischen die Luftkanalhülse oder die Heizerhülse (in dieser Ansicht nicht nummeriert), vorbei an den Heizelementen (nicht gezeigt) in Kontakt mit der Zigarette 23 und durch die luftdurchlässige Außenumhüllung 69 und die Tabakbahn 57 (oder durch darin gebildete Durchlochungen) und in den Hohlraum 79 in der Zigarette gezogen. Aus dem Hohlraum 79 strömt die Luft in den längs verlaufenden Durchlaß 67 im ersten Freiströmfilter 65, den längs verlaufenden Durchlaß 77 im zweiten Freiströmfilter 73 und durch das Mundstückfilter 71 zum Raucher. Die Anzahl und Abmessung der Durchlässe 179 sind gewählt, um die Gesamt-Feststoffteilchen(TPM)-Abgabe an den Raucher zu optimieren. In der augenblicklich bevorzugten Ausführungsform sind sechs oder acht Durchlässe 179 in der Kappe 83 gebildet.
Wie aus 17 ersichtlich ist, werden, wenn gewünscht, andere Luftdurchlässe statt der oder zusätzlich zu den Durchlässen 179 bereitgestellt, um zu ermöglichen, daß Luft in das Innere der Heizer-Halteeinrichtung 39 und den Hohlraum 79 der Zigarette 23 einströmt. Beispielsweise können eine oder mehrere radiale Durchlässe 189 in der Heizer-Halteeinrichtung 39 bei irgendeiner gewünschten Position gebildet sein, normalerweise in der Luftkanalhülse. Längs verlaufende Durchlässe 191 können durch die Basis oder die Basis und den Abstandshalter (in der Zeichnung nicht gezeigt) in der Heizer-Halteeinrichtung 39 gebildet sein. Auch können die Durchlässe 179 in der Kappe 83 in Form von Löchern oder Bohrungen, wie oben erörtert, oder Längsnuten vorliegen, die in der Innenwand 177 der Kappe gebildet sind. Wie oben erörtert, kann, wenn gewünscht, ein Rückströmfilter 63 vorgesehen sein, das eine längs verlaufende Strömung in den Hohlraum 79 ermöglicht, wenn ein Raucher an der Zigarette zieht.
Wenn gewünscht, schließt der Anzünder 25 ein fakultatives zugespitztes Rohr (nicht gezeigt) ein, das im Innern der Heizer-Halteeinrichtung 39 angeordnet ist, um das Rückströmfilter 63 der Zigarette 23 beim Einsetzen der Zigarette zu durchbohren. Das Rohr ist angepaßt, so daß es im Innern des Hohlraums 79 endet und eine direkte Luftströmung in diesen Hohlraum liefert, wenn ein Raucher an der Zigarette 23 zieht. Das Rohr ist an einem Stirnende mit einer oder mehreren Öffnungen versehen, wobei die Öffnungen vorzugsweise in Seiten des Rohres gebildet sind, im Gegensatz zum Stirnende des Rohres, um eine Hochgeschwindigkeits-Luftströmung in Richtungen herzustellen, die ein Herumwirbeln einer Luftströmung im Innern des Hohlraums erleichtern. Ein solches Herumwirbeln verbessert das Mischen von Einlaßluft mit dem Aerosol und Dampf, die in der Zigarette 23 erzeugt werden.
Die elektrische Steuerschaltungsanordnung 41 des Systems zum Rauchen 21 ist schematisch in 18 dargestellt. Die Schaltungsanordnung 41 schließt ein: eine Logikschaltung 195, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung oder ein ASIC ist, den durch Zug betätigten Sensor 45, um zu ermitteln, daß der Raucher an einer Zigarette 23 zieht, den Lichtsensor 53, um ein Einsetzen einer Zigarette in den Anzünder 25 zu ermitteln, die LCD-Anzeigeeinrichtung 51, um die Anzahl von Zügen anzuzeigen, die bei einer Zigarette übrig sind, eine Stromquelle 37 und ein Zeitgebungsnetzwerk 197. Die Logikschaltung 195 ist irgendeine herkömmliche Schaltung, die die hierin erörterten Funktionen verwirklichen kann. Ein feldprogrammierbares Gate-Array (z. B. ein Typ ACTEL A1010A FPGA PL44C, erhältlich von Actel Corporation, Sunnyvale, Kalifornien) kann programmiert werden, um die digitalen Logikfunktionen durchzuführen, wobei analoge Funktionen durch andere Bauelemente durchgeführt werden, während ein ASIC erforderlich ist, um sowohl analoge als auch digitale Funktionen in einem Bauelement durchzuführen. Merkmale der Steuerschaltungsanordnung und Logikschaltungsanordnung, die der Steuerschaltung 41 und Logikschaltung 195 der vorliegenden Erfindung ähnlich sind, sind beispielsweise im US-Patent Nr. 5,060,671 offenbart, dessen Offenbarung durch Bezug aufgenommen wird.
In der bevorzugten Ausführungsform werden acht einzelne Heizelemente 43 (nicht in 18 dargestellt) durch jeweilige Feldeffekttransistor(FET)-Heizerschalter 201–208 mit einem Pluspol der Stromquelle 37 und mit Erde verbunden. Einzelne Schalter der Heizerschalter 201–208 werden durch jeweilige Anschlüsse 211–218 unter Steuerung der Logikschaltung 195 eingeschaltet. Die Logikschaltung 195 stellt Signale zum Aktivieren und Deaktivieren von speziellen Schaltern der Heizerschalter 201–208 bereit, um die entsprechenden Heizer von den Heizern zu aktivieren und deaktivieren.
Der durch Zug betätigte Sensor 45 liefert ein Signal an die Logikschaltung 195, das eine Raucheraktivierung anzeigt (d. h. einen kontinuierlichen Abfall im Druck oder eine Luftströmung über eine ausreichend andauernde Zeitspanne). Die Logikschaltung 195 schließt zur Unterscheidung zwischen kleineren Luftdruckvariationen und anhaltenderen Zügen an der Zigarette eine Anti-Druckstoßeinrichtung ein, um eine unbeabsichtigte Aktivierung der Heizelemente als Antwort auf das Signal vom durch Zug betätigten Sensor 45 zu vermeiden. Der durch Zug betätigte Sensor 45 kann einen piezoresistiven Drucksensor oder einen optischen Verschlußklappensensor einschließen, der zur Ansteuerung eines Operationsverstärkers verwendet wird, dessen Ausgangssignal wiederum verwendet wird, um der Logikschaltung 195 ein Logiksignal zuzuführen. Durch Zug betätigte Sensoren, die zur Verwendung in Verbindung mit dem System zum Rauchen geeignet sind, schließen einen Siliciumsensor Modell 163PC01D35, der von der MicroSwitch division of Honeywell, Inc., Freeport, Ill. hergestellt wird, oder einen NOVA-Sensor vom Typ NPH-5-02.5G, der von Lucas-Nova, Freemont, Kalifornien, erhältlich ist, oder einen Sensor vom Typ SLP004D ein, der von SenSym Incorporated, Sunnyvale, Kalifornien, erhältlich ist.
Der Lichtsensor zur Ermittlung einer Zigaretteneinsetzung 53 liefert ein Signal an die Logikschaltung 195, das eine Einsetzung einer Zigarette 23 in den Anzünder 25 bis auf eine richtige Tiefe anzeigt (d. h. eine durch den Abstandshalter 49 und die Basis 50 der Heizer-Halteeinrichtung 39 angebrachte Zigarette befindet sich innerhalb einiger Millimeter vom Lichtsensor, wie durch einen reflektierten Lichtstrahl ermittelt). Ein Lichtsensor, der zur Verwendung in Verbindung mit dem System zum Rauchen geeignet ist, ist ein Light Sensor vom Typ OPR5005, der von OPTEK Technology, Inc., 1215 West Crosby Road, Carrollton, Texas 75006 hergestellt wird.
Um Energie zu sparen, wird es bevorzugt, daß der durch Zug betätigte Sensor 45 und der Lichtsensor 53 bei niedrigen relativen Einschaltdauern periodisch ein- und ausgeschaltet werden (z. B. von etwa einer 2 bis zu einer 10%igen relativen Einschaltdauer). Beispielsweise wird es bevorzugt, daß der durch Zug betätigte Sensor 45 alle 10 Millisekunden für eine Zeitdauer von 1 Millisekunde eingeschaltet wird. Wenn beispielsweise der durch Zug betätigte Sensor 45 einen Druckabfall oder eine Luftströmung ermittelt, die während vier aufeinanderfolgender Impulse auf einen Zug an einer Zigarette schließen läßt (d. h. über eine Zeitdauer von 40 Millisekunden), sendet der durch Zug betätigte Sensor ein Signal durch einen Anschluß 221 zur Logikschaltung 195. Die Logikschaltung 195 sendet hierauf ein Signal durch einen geeigneten Anschluß der Anschlüsse 211–218, um einen geeigneten Schalter der FET-Heizerschalter 201–208 EINzuschalten.
Ähnlich wird der Lichtsensor 53 vorzugsweise alle 10 Millisekunden für eine Zeitdauer von 1 Millisekunde eingeschaltet. Wenn beispielsweise der Lichtsensor 53 vier aufeinanderfolgende reflektierte Impulse ermittelt, die auf die Anwesenheit einer Zigarette 23 im Anzünder 25 schließen lassen, sendet der Lichtsensor ein Signal durch einen Anschluß 223 zur Logikschaltung 195. Die Logikschaltung 195 sendet hierauf ein Signal durch einen Anschluß 225 zum durch Zug betätigten Sensor 45, um den durch Zug betätigten Sensor einzuschalten. Die Logikschaltung sendet auch ein Signal durch einen Anschluß 227 zur Anzeigeeinrichtung 51, um sie einzuschalten. Die obenerwähnten Modulationstechnikern verringern den zeitlichen Mittelwert des Stroms, der vom durch Zug betätigten Sensor 45 und vom Lichtsensor 53 benötigt wird, und verlängern folglich die Lebensdauer der Stromquelle 37.
Das Zeitgebungsnetzwerk 197 ist vorzugsweise ein Zeitgeber für konstante Joulesche Energie und wird verwendet, um bei einem Anschluß 229 ein Ausschaltsignal an die Logikschaltung 195 zu geben, nachdem ein einzelnes Element der Heizelemente, das durch EINschalten eines der FET-Heizerschalter 201–208 aktiviert worden ist, für eine gewünschte Zeitspanne eingeschaltet gewesen ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung gibt das Zeitgebungsnetzwerk 197 ein Ausschaltsignal an die Logikschaltung 195, nach einer Zeitspanne, die als Funktion der Spannung der Stromquelle bestimmt wird, welche während des Erhitzens der Heizelemente niedriger wird. Das Zeitgebungsnetzwerk 197 ist auch angepaßt, um eine Inbetriebsetzung von einem Heizelement 43 zum nächsten während der Entladung der Batterie zu verhindern. Andere Zeitgebungsnetzwerk-Schaltungskonfigurationen können auch verwendet werden, wie z. B. diejenigen, die unten beschrieben werden.
Während des Betriebs ist eine Zigarette 23 im Anzünder 25 eingesetzt, und die Anwesenheit der Zigarette wird durch den Lichtsensor 53 ermittelt. Der Lichtsensor 53 sendet durch den Anschluß 223 ein Signal zur Logikschaltung 195. Die Logikschaltung 195 stellt fest, ob die Stromquelle 37 aufgeladen ist oder ob eine niedrige Spannung vorhanden ist. Wenn nach Einsetzen einer Zigarette 23 in den Anzünder 25 die Logikschaltung 195 ermittelt, daß die Spannung der Stromquelle 37 niedrig ist, blinkt die Anzeigeeinrichtung 51, und ein weiterer Betrieb des Anzünders wird blockiert, bis die Stromquelle wieder aufgeladen oder ersetzt ist. Die Spannung der Stromquelle 37 wird auch während des Erhitzens der Heizelemente 43 überwacht, und das Erhitzen der Heizelemente wird unterbrochen, wenn die Spannung unter einen vorbestimmten Wert fällt.
Wenn die Stromquelle 37 aufgeladen ist und die Spannung ausreicht, sendet die Logikschaltung 195 durch den Anschluß 225 ein Signal zum Zugsensor 45, um zu ermitteln, ob ein Raucher an der Zigarette 23 zieht. Gleichzeitig sendet die Logikschaltung 195 ein Signal durch den Anschluß 227 zur Anzeigeeinrichtung 51, so daß die LCD das Zahlzeichen "8" anzeigt, was deutlich macht, daß acht Züge zur Verfügung stehen.
Wenn die Logikschaltung 195 durch einen Anschluß 221 ein Signal vom durch Zug betätigten Sensor 45 erhält, daß ein anhaltender Druckabfall oder eine anhaltende Luftströmung ermittelt worden ist, blockiert die Logikschaltung den Lichtsensor 53 während des Ziehens, um Energie zu sparen. Die Logikschaltung 195 sendet durch einen Anschluß 231 ein Signal zum Zeitgebungsnetzwerk 197, um den Zeitgeber für konstante Joulesche Energie zu aktivieren. Die Logikschaltung 195 ermittelt auch durch eine Rückwärtszähleinrichtung, welches Element der acht Heizelemente erhitzt werden soll und sendet ein Signal durch einen geeigneten Anschluß 211–218, um einen geeigneten Schalter der FET-Heizerschalter 201–208 EINzuschalten. Der geeignete Heizer bleibt an, während der Zeitgeber läuft.
Wenn das Zeitgebungsnetzwerk 197 durch den Anschluß 229 ein Signal zur Logikschaltung 195 sendet, um anzuzeigen, daß der Zeitgeber aufgehört hat zu laufen, wird der spezielle EIN-FET-Heizerschalter 211–218 AUSgeschaltet, wodurch Strom vom Heizelement genommen wird. Die Logikschaltung 195 zählt auch rückwärts und sendet durch den Anschluß 227 ein Signal zur Anzeigeeinrichtung 51, damit die Anzeigeeinrichtung anzeigt, daß ein Zug weniger übrig ist (d. h. "7" nach dem ersten Zug). Wenn der Raucher als nächstes an der Zigarette 23 zieht, schaltet die Logikschaltung 195 einen anderen vorbestimmten Schalter der Heizerschalter der FET-Heizerschalter 211–218 EIN, wodurch einem anderen vorbestimmten Element der Heizelemente Strom zugeführt wird. Das Verfahren wird wiederholt, bis die Anzeigeeinrichtung 51 "0" anzeigt, was bedeutet, daß keine weiteren Züge an der Zigarette 23 übrig sind. Wenn die Zigarette 23 aus dem Anzünder 25 entfernt ist, zeigt der Lichtsensor 53 an, daß keine Zigarette anwesend ist, und die Logikschaltung 195 wird rückgesetzt.
Andere Merkmale, wie z. B. diejenigen, die unten beschrieben sind, können in der Steuerschaltungsanordnung 41 statt der oder zusätzlich zu den oben beschriebenen Merkmalen verwirklicht werden. Wenn gewünscht, können beispielsweise mehrere Abschaltmerkmale bereitgestellt werden. Ein Typ eines Abschaltmerkmals schließt eine Zeitgebungsschaltungsanordnung ein (nicht gezeigt), um zu verhindern, daß aufeinanderfolgende Züge zu eng zusammen erfolgen, damit die Stromquelle 37 Zeit hat, sich zu erholen. Ein anderes Abschaltmerkmal schließt eine Einrichtung zum Abschalten der Heizelemente 43 ein, wenn ein nicht zugelassenes Produkt in die Heizer-Halteeinrichtung 39 eingesetzt wird. Beispielsweise könnte die Zigarette 23 mit einem Identifizierungsmerkmal versehen sein, das der Anzünder 25 erkennen muß, bevor die Heizelemente 43 mit Strom versorgt werden.
Eine andere Ausführungsform eines Systems zum Rauchen 222 gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 19 dargestellt. Das System zum Rauchen 222 schließt eine zum einmaligen Gebrauch bestimmte Zigarette 224 und einen wiederverwendbaren Anzünder 226 ein, der eine Öffnung 228 aufweist, in der die Zigarette aufgenommen wird. Das System zum Rauchen 222 ist ein "Mittenzug"-System, insofern als Luftströmung im wesentlichen durch die Mitte der Zigarette 224 und des Anzünders stattfindet. Der Anzünder 226 schließt eine Stromquelle (nicht gezeigt) an einem von der Öffnung 228 entfernten Ende und eine Steuerschaltungsanordnung ein (nicht gezeigt). Ähnlich dem System zum Rauchen 21 ist das System zum Rauchen 222 vorzugsweise mit Merkmalen versehen, wie z. B. einem durch Zug betätigten Sensor und einer Anzeigeeinrichtung (nicht gezeigt).
Der Anzünder 226 wird von einem Gehäuse 232 bedeckt, das ein Erscheinungsbild ähnlich dem einer herkömmlichen Zigarette liefert. Das Gehäuse 232 ist vorzugsweise röhrenförmig und kann aus wärmebeständigem Kunststoff oder Aluminium gebildet sein oder kann aus einem spiralförmig gewundenen doppeltschweren Papier gebildet sein. Durchlochungen 233 sind im Gehäuse 232 gebildet, um zu ermöglichen, daß während des Rauchens Außenluft in den Anzünder 226 gezogen wird. Wenn gewünscht, werden Luftdurchlässe (nicht gezeigt) in der Zigarette 224 oder an anderen Stellen längs des Anzünders 226 gebildet, um gewünschte Luftströmungen zu erhalten.
Die Zigarette 224 ähnelt der Zigarette 23. Die Zigarette 224 schließt eine Tabakbahn 257 ein, die aus einem Träger oder Plenum 259 gebildet ist, der/das ein Tabakgeschmack-Material 261 trägt, das vorzugsweise Tabak einschließt. Die Tabakbahn 257 ist um ein zylindrisches Rückströmfilter 263 an einem Ende und ein zylindrisches erstes Freiströmfilter 265 an einem entgegengesetzten Ende gewickelt und wird durch beide getragen. Das erste Freiströmfilter kann einen längs verlaufenden Durchlaß aufweisen (nicht gezeigt).
Die Zigarette 224 schließt auch vorzugsweise ein zylindrisches Mundstückfilter 271 ein, das vorzugsweise ein herkömmliches Filter vom RTD-Typ (Widerstand gegen Zug) ist. Die Zigarette 224 kann ein zylindrisches zweites Freiströmfilter (nicht gezeigt) einschließen, das ähnlich zum zweiten Freiströmfilter 73 ein Mischen der Dampfphasen-Tabakgeschmacksreaktion und Luft erleichtert, was vorstehend erörtert wurde. Das Rückströmfilter 263 und das erste Freiströmfilter 265 begrenzen mit der Tabakbahn 257 einen Hohlraum 279 in der Zigarette 224. Das erste Freiströmfilter 265, das Rückströmfilter 263 und das Mundstückfilter 271 sind vorzugsweise gemäß einem Verfahren aneinander angebracht, das mit herkömmlicher großvolumiger Montagemaschinenausstattung verträglich ist.
Anders als die Zigarette 23 schließt die Zigarette 224 eine ringförmige Aerosolsperrschichtröhre 273 ein, die um die Tabakbahn 257 angeordnet ist und um einen vorbestimmten Abstand von ihr beabstandet ist. Die Aerosolsperrschichtröhre 273 minimiert eine Kondensation von Aerosol, das durch Erhitzen des Tabakgeschmack-Materials 261 auf der Innenwand des Gehäuses 232 gebildet wird. Die Aerosolsperrschichtröhre 273 ist vorzugsweise um das erste Freiströmfilter 263 durch einen Kragen 275 an der Zigarette 224 befestigt. Der Kragen 275 und die Aerosolsperrschichtröhre 273 sind ausreichend steif, um ein Zerdrücken der Zigarette 224 zu verhindern und ein Fluchten der Aerosolsperrschichtröhre und der Außenseite der Tabakbahn 257 aufrechtzuerhalten, derart daß ein im wesentlichen gleichförmiger Zwischenraum zwischen dem Innern der Aerosolsperrschichtröhre und der Bahn aufrechterhalten wird. Ein Umhüllungs- oder Mundstückpapier 269 hält vorzugsweise das Mundstückfilter 271 benachbart zum ersten Freiströmfilter 265, dem Kragen 275 und einem Ende der Aerosolsperrschichtröhre 273 fest.
Der Anzünder 226 schließt eine Heizer-Halteeinrichtung 239 ein, die eine Mehrzahl von vorzugsweise acht Heizelementen 243 zum Erhitzen der Zigarette 224 einschließt. Die Heizelemente 243 sind vorzugsweise linear in der Form und erstrecken sich von einem Punkt im Innern des Anzünders 226 nahe der Öffnung 228 zu einem Punkt nahe einem Rückströmfilterhohlraum 245, der angepaßt ist, um das Rückströmfilter 263 aufzunehmen. Die Heizelemente 243 sind an einem Ende, vorzugsweise am Ende nahe dem Rückströmfilterhohlraum 245, gemeinsam miteinander verbunden und sind an einem Ende nahe der Öffnung 228 abgeschrägt, um ein Einsetzen der Zigarette 224 ohne Beschädigung an den Heizelementen zu erleichtern. Die Heizelemente 243 werden im Zwischenraum aufgenommen, der zwischen der Tabakbahn 257 und der Aerosolsperrschichtröhre 273 gebildet ist.
Eine schematische Ansicht der Heizer-Halteeinrichtung 239 ist in 20 gezeigt. Die Heizer-Halteeinrichtung 239 schließt ein: eine Heizerbasis 249, einen Heizerträger 251 und eine Mehrzahl von Heizertragearmen 253, die alle aus thermisch stabilem, elektrisch isolierendem Material hergestellt sind. Die Heizer 243 sind auf den Tragearmen 253 angebracht. Die Heizer 243 werden an entgegengesetzten Enden 243', 243'' durch leitende Finger 255A und 255B elektrisch kontaktiert.
Die Enden 243' der Heizer 243 sind alle elektrisch miteinander verbunden, um die "gemeinsame Leitung" des Heizersystems zu bilden. Ein gemeinsamer Anschluß 291 ist mit einer leitenden Platte 293 verbunden, die wiederum mit den gemeinsamen leitenden Fingern 255A verbunden ist, die elektrisch mit den Enden 243' der Heizer 243 verbunden sind. Die Platte 293 schließt einen oder mehrere Luftdurchlässe 295 ein, um während des Ziehens an der Zigarette eine Luftströmung zu einem Bereich zu ermöglichen, der zum Rückströmfilter 263 der Zigarette 224 benachbart ist.
Ein Heizerkragen 297 nimmt einen Hals 299 auf, der um einen Teil des gemeinsamen Anschlusses 291 benachbart zur leitenden Platte 293 gepaßt ist. Der Hals 299 ist mit einem oder mehreren Durchlässen 301 versehen, um zu ermöglichen, daß Luft zu den Durchlässen 295 strömt. Leitende Stifte 303 erstrecken sich durch einen Teil des Heizerkragens 297, um eine elektrische Verbindung zwischen den leitenden Fingern 255B und der Schaltungsanordnung 241 zu bilden. Die leitenden Finger 255B verlaufen längs der Außenränder der Heizertragearme 253 und sind mit den Enden 243'' der Heizelemente 243 einzeln elektrisch verbunden.
Enden 255B' der leitenden Finger 255B sind vorzugsweise gebogen, um das Bilden einer "Einrast"verbindung zwischen dem Heizerkragen 297 und dem Hals 299 zu erleichtern, in dem die Enden 255B' mit den Stiften 303 in Berührung stehen. Die Einrastverbindung erleichtert eine Entfernung der Heizelemente 243 aus dem Anzünder 226 für Austausch oder Reparatur. Die Stifte 303 und der gemeinsame Anschluß 291 werden in entsprechenden Buchsen (nicht gezeigt) zur Verbindung der Heizelemente 243 mit der Schaltungsanordnung 241 aufgenommen, um die Heizelemente einzeln zu heizen.
Eine Ausführungsform einer Vorrichtung 321 zur Herstellung des Teils 224' der Zigarette 224, umfassend die Tabakbahn 257, das erste Freiströmfilter 265 und das Rückströmfilter 263, ist schematisch in 21 dargestellt. Trägermaterial 259' zum Bilden des Trägers 259 wird von einer Versorgungsrolle 323 durch Zuteilrollen (nicht gezeigt) gezogen. Die Trägermaterialbahn 259', die in dieser Ausführungsform gezeigt ist, schließt im Abstand angeordnete Bereiche von Tabakgeschmack-Material 261 ein, das bei einer Station 325 oder bei irgendeiner gewünschten Position auf die Trägermaterialbahn 259' aufgetragen wird, wie z. B. vor dem Aufwickeln der Rolle 323. Die Trägerbahn 259' läuft dann durch eine Einrichtung zum Auftragen von Klebstoff hindurch, die eine Klebstoffauftragestation 327 einschließt, wo eine Mehrzahl von Klebstoffbereichen 261A auf die Oberfläche der Trägermaterialbahn 259' aufgetragen wird. Alternativ kann das Tabakgeschmack-Material 261 kontinuierlich über die Länge der Trägerbahn 259' aufgetragen werden und können die Klebstoffbereiche 261A bei vorbestimmten Positionen oben auf das Tabakgeschmack-Material aufgetragen werden.
Eine Filteraufbringstation 329 ist stromabwärts von der Klebstoffauftragestation 327 vorgesehen. Die Filteraufbringstation 329 schließt vorzugsweise eine Drehtrommelvorrichtung 331 ein, um alternierend eines von entweder einem Filter 333 oder Filter 335 auf die Klebstoffbereiche 261A auf der Trägermaterialbahn 259' aufzubringen. Die Drehgeschwindigkeit der Vorrichtung 331 ist mit der Geschwindigkeit der Trägerbahn 259' synchronisiert.
Eine Umhüllungsstation 337 ist stromabwärts von der Filteraufbringstation 329 vorgesehen. Die Trägerbahn 259' wird um die Filter 333 und 335 herumgewickelt, so daß ein Endlosstrang gebildet wird. Nachdem der Strang gebildet ist, wird er an einer Durchtrennstation 339 durchgetrennt. Die Durchtrennstation 339 schließt eine Einrichtung zum Durchtrennen des Strangs durch die Mitten der Filter 333 und 335 ein, derart daß die durchgetrennten Teile des Filters 333 zwei erste Freiströmfilter 265 und die durchgetrennten Teile des Filters 335 zwei Rückströmfilter 263 von zwei Teilen 224' zur Bildung der Zigarette 224 bilden. Wenn gewünscht, werden die Rückströmfilter 263 nach dem Durchtrennen bearbeitet, um ein mit Winkeln versehenes Ende zu bilden, so daß das Anordnen der Heizelemente 243 um die Teile 224' erleichtert wird. Nach dem Durchtrennen wird jeder Teil 224' an einer Sperrschichtröhren-Station (nicht gezeigt) in eine Aerosolsperrschichtröhre 273 eingesetzt und darin durch den Kragen 275 befestigt. Die Sperrschichtröhre 273 weist einen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser des Endlosstrangs und weist eine Länge von mindestens so lang wie die durchgeschnittenen einzelnen Zigaretten 224 auf. Ein im wesentlichen zylindrisches Mundstückfilter 271 wird an jedem Freiströmfilter 265 angebracht, und jede Aerosolsperrschichtröhre 273 und ihr zugehöriges Mundstückfilter 271 werden bei weiteren Stationen mit Umhüllungsmaterial umwickelt (nicht gezeigt).
Eine weitere Ausführungsform eines Systems zum Rauchen 421 ist schematisch mit Bezug auf 22 dargestellt. Das System zum Rauchen 421 ist angeordnet, um ein "Umfangszug"-Rauchsystem bereitzustellen, in dem Heizelemente 443 eines Anzünders 425 im Innern eines Hohlraums 427 angeordnet sind, der durch einen ringförmigen Teil einer Zigarette 423 begrenzt wird.
Die Zigarette 423 schließt eine Tabakbahn 457 mit einem Tabakgeschmack-Material 461 ein, das auf einer Oberfläche eines Trägers 459 entgegengesetzt zum Hohlraum 427 angeordnet ist. Die Zigarette 423 schließt weiter eine Aerosolsperrschichtröhre 473, einen Stopfen 475, ein ringförmiges Freiströmfilter 465, ein ringförmiges Rückströmfilter 463 und ein Mundstückfilter 471 ein. Das Freiströmfilter 465, das Rückströmfilter 463, die Tabakbahn 457 und die Aerosolsperrschichtröhre 473 begrenzen einen Hohlraum 479, in dem bei Erhitzen des Tabakgeschmack-Materials 461 mit den Heizern 443 die geschmacksbehaftete Tabakreaktion erzeugt wird. Die Zigarette 423 ist vorzugsweise mit Umhüllungs- oder Mundstückpapier 469 umwickelt. Die Heizer-Halteeinrichtung 439 ist mit einem Stopfen 477 versehen, der zusammen mit dem Stopfen 475 dazu dient, einen Aerosoltransport durch die Heizerbereiche des Systems zum Rauchen 421 zu minimieren. Der Stopfen 477 ist mit Durchgangslöchern versehen, um ein Hindurchtreten von Leitern 481 zur Steuerung der Heizelemente 443 zu ermöglichen.
Ein schematisches Schaltbild eines alternativen elektrischen Steuersystems 541 ist mit Bezug auf 23 dargestellt. Das Steuersystem 541 erfüllt vorzugsweise mehrere Funktionen. Es geht vorzugsweise nacheinander durch die (normalerweise) acht Heizelemente 43, um das als nächstes zur Verfügung stehende Heizelement 43 jedesmal auszuwählen, wenn der durch Zug betätigte Sensor 45 aktiviert wird. Es führt vorzugsweise dem ausgewählten Heizer für eine vorbestimmte Zeitdauer Strom zu, die lang genug ist, um für einen mittleren Zug eine ausreichende geschmacksbehaftete Tabakreaktion zu erzeugen, aber nicht so lang, daß das Tabakgeschmack-Material 61 brennt. Es steuert vorzugsweise die Anzeigeeinrichtung 51, die anzeigt: (1) wie viel von der Zigarette 23 übrig ist (d. h. wie viele Züge); (2) ob die Spannung der Stromquelle 37 außerhalb des Bereichs ist; (3) ob keine Zigarette im Anzünder 25 eingesetzt ist; und (4) ob im Anzünder eine Heizer-Halteeinrichtung eingesetzt ist, wie z. B. die Heizer-Halteeinrichtung 239, die so angepaßt ist, daß sie sich in den Anzünder 226 einrasten läßt.
Das Steuersystem 541 steuert auch die gesamte Menge von Energie, die die Stromquelle 37 an jedes Heizelement 43 abgibt. Weil die von der Stromquelle 37 gelieferte Spannung von Zug zu Zug variieren kann, wird es bevorzugt, für jeden Zug eine konstante Energiemenge abzugeben, als vielmehr möglicherweise eine variable Menge an Leistung und Energie bereitzustellen, dadurch daß jedes Heizelement 43 für dieselbe Zeitdauer aktiviert wird. Um eine konstante Energie abzugeben, überwacht die Steuerschaltung 541 während der Aktivierung eines Heizelementes 43 die Spannung der Stromquelle 37 bei Belastung und fährt fort, dem Heizelement Strom zuzuführen, bis eine gewünschte Anzahl von Jouleschen Energieeinheiten abgegeben ist.
Wie in 23 dargestellt ist, schließt das Steuersystem 541 ein: eine Logikschaltung 570, einen BCD-Decoder 580, einen Spannungsdetektor 590, ein Zeitgebungsnetzwerk 591, den durch Zug betätigten Sensor 45, die Anzeigeeinrichtung 51 und eine Ladungspumpenschaltung 593. Die Logikschaltung 570 kann irgendeine herkömmliche Schaltung sein, die die hierin erörterten Funktionen verwirklichen kann, wie z. B. ein feldprogrammierbares Logikarray (z. B. ein Typ ACTEL A1010A FPGA PL44C, der von der Actel Corporation, of Sunnyvale, Kalifornien erhältlich ist), das programmiert ist, um solche Funktionen durchzuführen. Vorzugsweise wird die Logikschaltung 570 bei niedrigen Taktzyklen (z. B. 33 kHz) betrieben, um Energie zu sparen.
Jedes Heizelement 43A–43H ist mit dem Pluspol der Stromquelle 37 und durch einen jeweiligen Feldeffekttransistor (FET) 595A–595H mit Erde verbunden. Ein spezieller FET 595A–595H wird unter der Steuerung des BCD-zu-Dezimal-Decoders 580 (vorzugsweise ein standardmäßiger 4 zu 16 Liniendecoder vom Typ CD4514B) durch jeweilige Anschlüsse 581–588 eingeschaltet. Der BCD-Decoder 580 erhält von der Logikschaltung 570 zwei Typen von Signalen durch den Steueranschluß 580A: (1) den BCD-Code des zu aktivierenden speziellen Heizers 43A–43H; und (2) die EIN- und AUS-Signale, um diesen Heizer zu aktivieren.
Der BCD-Decoder 580 ist durch einen Anschluß 580B mit einem Anschluß 593A der Ladungspumpenschaltung 593 verbunden, die die Spannung liefert, die verwendet wird, um die Gates von jedem FET 595A–595H zu steuern. Die Ladungspumpenschaltung 593 schließt eine mit der Stromquelle 37 verbundene Diode 594 und einen mit der Logikschaltung 570 verbundenen Kondensator 595 ein. Die Logikschaltung 570 schließt ein mit einem Anschluß 572 verbundenes herkömmliches Schaltnetzwerk (nicht gesondert dargestellt) ein, das ermöglicht, daß die Spannung am Anschluß 593B der Ladungspumpenschaltung 593 auf vorzugsweise etwa den doppelten Wert desjenigen der Stromquelle 37 erhöht wird. Die Diode 594 verhindert, daß eine solche Spannung zur Stromquelle 37 zurückgekoppelt wird. Folglich wird die verdoppelte Spannung am Anschluß 580B des Decoders 580 verwendet, um die Gates der FETs 595A–595H bei erhöhten Spannungsniveaus anzusteuern, um den Wirkungsgrad der Schaltung 541 zu erhöhen. Widerstände 596A–596H sind mit den Gates der jeweiligen FETs 595A–595H in Reihe geschaltet und werden bereitgestellt, um die Aufladezeit der jeweiligen Gates zu erhöhen, um die Erzeugung von hochfrequenten Harmonischen zu verringern, die Rauschen im Steuersystem 541 erzeugen könnten.
Der durch Zug betätigte Sensor 45 liefert ein Signal an die Logikschaltung 570, das eine Raucheraktivierung anzeigt (d. h. einen kontinuierlichen Abfall im Druck von etwa einem Inch Wasser). Folglich könnte der durch Zug betätigte Sensor 45 einen piezoresistiven Drucksensor einschließen, der verwendet wird, um einen Operationsverstärker anzusteuern, dessen Ausgang wiederum verwendet wird, um ein Logiksignal an die Logikschaltung 570 zu liefern. Beispielsweise kann der Drucksensor ein NOVR-Sensor vom Typ NPH-5-002.5G sein, der von LucusNova, of Freemont, Kalifornien erhältlich ist, oder ein Sensor vom Typ SLP004D, der von SenSym Incorporated, of Sunnyvale, Kalifornien erhältlich ist.
Um Energie zu sparen, wird es bevorzugt, daß der durch Zug betätigte Sensor 45 bei geringen relativen Einschaltdauern ein- und ausgeschaltet wird (z. B. zwischen etwa einer 2 und 10%igen relativen Einschaltdauer). Beispielsweise wird es bevorzugt, daß der durch Zug betätigte Sensor 45 alle 16 ms nur für etwa eine Zeitdauer von 0,5 ms eingeschaltet wird. Diese Modulationstechnik verringert den über die Zeit gemittelten Strom, der vom durch Zug betätigten Sensor 45 benötigt wird und verlängert folglich die Lebensdauer der Stromquelle 37.
Das Zeitgebungsnetzwerk 591 wird verwendet, um ein Ausschaltsignal an die Logikschaltung 570 zu liefern, nachdem ein einzelner Heizer 43A–43H für eine vorbestimmte Zeitspanne aktiviert worden ist, die von der Energiemenge abhängt, die an einen Heizer abgegeben wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, daß jeder Heizer 43A–43H für eine Zeitspanne aktiviert wird, so daß eine konstante Energiemenge (z. B. in einem Bereich von etwa 5 bis 40 Joule oder bevorzugter etwa 15 bis 25 Joule) an jeden Heizer geliefert wird, unabhängig von der Spannung der Stromquelle 37 bei Belastung. Folglich liefert der Anschluß 591A Information über die Einschaltzeitdauer jedes Heizers 43 und die Spannung der Stromquelle 37 bei Belastung an das Zeitgebungsnetzwerk 591, vorausgesetzt daß der Heizerwiderstand bekannt und konstant ist (d. h. 1,2 Ω). Der Anschluß 591B liefert dann ein Ausschaltsignal an den Anschluß 578 der Logikschaltung 570, das eine Zeitspanne anzeigt, die der Abgabe einer konstanten Energiemenge entspricht.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Zeitgebungsnetzwerks 591 ist in 24 gezeigt. Das Zeitgebungsnetzwerk 591 schließt den Anschluß 591A ein, der ein Signal von der Logikschaltung 570 erhält, das sich von etwa 0 Volt auf das Batteriespannungsniveau bei Belastung zur Zeit einer Anfangsaktivierung eines einzelnen Heizers 43A–43H ändert. Dieses Signal wird durch ein RC-Netzwerk 601 (das Widerstände 603–606, einen Kondensator 607 und eine Diode 608 enthält) gefiltert und wird verwendet, um einen Überspannungsdetektor 602 anzusteuern. Der Überspannungsdetektor 602 ist vorzugsweise ein Über/Unterspannungs-Detektor vom Typ ICL7665A, der von der Maxim Corporation, of Sunnyvale, Kalifornien erhältlich ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das RC-Netzwerk 601 gewählt, so daß sich der Anschluß 591B des Zeitgebungsnetzwerks 591 zu der Zeit von einem HOCH-Pegelzustand zu einem TIEF-Pegelzustand ändert, zu der die vorbestimmte konstante Energiemenge an jeden Heizer abgegeben ist. Natürlich können auch andere Zeitgebungsnetzwerkkonfigurationen verwendet werden.
Wenn gewünscht, schreibt die Steuerschaltung 541 eine höchstzulässige Zeitbegrenzung zum Abgeben der konstanten Energiemenge vor. Wenn die Spannung der Stromquelle 37 so niedrig ist, daß es mehr als 2 Sekunden dauern würde, um 20 Joule Energie abzugeben, dann gibt beispielsweise die Logikschaltung 570 ein automatisches Ausschaltsignal an den Anschluß 571, nachdem ein Heizer 2 Sekunden lang EINgeschaltet gewesen ist, selbst wenn keine 20 Joule Energie abgegeben worden sind.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Zeitgebungsnetzwerk 591 verwendet, um ein Ausschaltsignal für eine vorbestimmte Zeitspanne, die unabhängig von der Energieabgabe ist, an eine Logikschaltung 570 zu geben. Folglich liefert das Zeitgebungsnetzwerk 591 ein Ausschaltsignal nach beispielsweise einer festen Zeitspanne im Bereich zwischen etwa 0,5 Sekunden und 5 Sekunden.
Der Spannungsdetektor 590 wird verwendet, um die Spannung der Stromquelle 37 zu überwachen und ein Signal an die Logikschaltung 170 zu geben, wenn diese Spannung entweder (1) niedriger ist als eine erste vorbestimmte Spannung (z. B. 3,2 Volt), was anzeigt, daß die Stromquelle wieder aufgeladen werden muß, oder (2) größer ist als eine zweite vorbestimmte Spannung (z. B. 5,5 Volt), was anzeigt, daß die Stromquelle wieder vollständig aufgeladen worden ist, nachdem die Spannung unter das erste vorbestimmte Spannungsniveau gefallen ist. Der Spannungsdetektor 590 ist vorzugsweise ein Über/Unterspannungs-Detektor vom Typ ICL7665A, der von der Maxim Corporation, of Sunnyvale, Kalifornien erhältlich ist.
Wie oben erörtert, wird die Logikschaltung 570 verwendet, um den BCD-Decoder 580 durch den Anschluß 571 zu steuern. Die Logikschaltung 570 steuert auch die Anzeigeeinrichtung 51, die verwendet wird, um die Anzahl der für den Verbraucher zur Verfügung stehenden Züge anzuzeigen, und die vorzugsweise eine einstellige Flüssigkristallanzeige (LCD) mit sieben Segmenten für ein System zum Rauchen mit 8 Zügen ist. Folglich zeigt für eine neu eingesetzte Zigarette mit acht jeweiligen Fraktionen von Tabakgeschmack-Material die Anzeigeeinrichtung 51 eine "8" an, wohingegen für eine Zigarette, bei der "ein" Zug übrig ist, die Anzeigeeinrichtung 51 eine "1" anzeigt. Nachdem der letzte Zug verbraucht worden ist, zeigt die Anzeigeeinrichtung 51 eine "0" an.
Außerdem zeigt die Anzeigeeinrichtung 51 eine "0" an, wenn entweder keine Zigarette oder Heizer-Halteeinrichtung oder Heizanordnung (z. B. sind die Einrast-Heizelemente 243 nicht in der Heizer-Halteeinrichtung 239 angeordnet) im Anzünder eingesetzt ist. Um anzuzeigen, daß die Stromquellenspannung außerhalb des Bereichs ist, d. h. unter das Wiederaufladeniveau (z. B. 3,2 Volt) gefallen ist oder nach Unterschreiten des Wiederaufladeniveaus durch die Spannung nicht vollständig wiederaufgeladen worden ist, wird weiter die Anzeigeeinrichtung 51 wiederholt mit einer Frequenz von 0,5 Hertz periodisch ein- und ausgeschaltet. Wenn unmittelbar nach dem ersten Zug die Stromquellenspannung unter 3,2 Volt fällt, blinkt beispielsweise die Anzeigeeinrichtung 51 zweimal pro Sekunde eine "7"-Anzeige.
Die Logikschaltung 570 stellt durch Anschlüsse 597A und 598A fest, ob eine Heizer-Halteeinrichtung oder -Anordnung im Anzünder eingesetzt ist, indem die entsprechenden Spannungsabfälle über Hochwiderstands-Widerstände 597 bzw. 598 (z. B. 1 MΩ) gemessen werden. Die Widerstände 597 und 598 weisen jeweils einen Anschluß auf, der dauernd mit den Drains der FETs 595G bzw. 595H verbunden ist, und einen zweiten Anschluß, der mit Erde verbunden ist. Wenn keine Heizanordnung in den Anzünder eingesetzt ist, sind die durch Bezugszeichen 43G und 43H in 23 gekennzeichneten Heizer von den Drains der FETs 595G bzw. 595H getrennt. Folglich ist auch die Stromquelle 37 von den Drains der FETs 595G und 595H getrennt. Infolgedessen wird keine Spannung über die Widerstände 597 und 598 erzeugt, die wiederum von der Logikschaltung 570 durch die Anschlüsse 597A bzw. 598A überwacht werden. Wenn keine Heizer-Halteeinrichtung im Anzünder eingesetzt ist, ermittelt deshalb die Logikschaltung 570 zwei "Nullen" an den Anschlüssen 597A und 598A.
Während eine Heizer-Halteeinrichtung in den elektrischen Anzünder eingesetzt ist, ist die Stromquelle 37 durch die Heizer 43G bzw. 43H mit den Widerständen 597 und 598 verbunden. Infolgedessen wird über die Widerstände 597 und 598 eine Spannung erzeugt, und die Logikschaltung 570 ermittelt deshalb typischerweise zwei "Einsen" an den Anschlüssen 597A und 598A. Die Logikschaltung 570 überwacht zwei Widerstände (d. h. die Widerstände 597 und 598), weil, wenn einer der FETs 595G und 595H EINgeschaltet wird, um seinen jeweiligen Heizer zu aktivieren, der zugehörige widerstand 597 oder 598 im wesentlichen nach Erde kurzgeschlossen ist. Infolgedessen ist es möglich, daß, sogar wenn eine Heizer-Halteeinrichtung eingesetzt ist, eine fehlerhafte Anzeige, daß sie nicht eingesetzt war, erzeugt werden könnte, wenn man nur einen Widerstand verwenden würde. Wenn jedoch zwei Widerstände verwendet werden, dann ist beispielsweise, während der FET 595G eingeschaltet ist, die Spannung über den Widerstand 597 nahe bei Null, und die Spannung über den Widerstand 598 zeigt eine logische "Eins" an und, während der FET 595H eingeschaltet ist, ist die Spannung über den Widerstand 598 nahe bei Null, und die Spannung über den Widerstand 597 zeigt eine logische "Eins" an. Deshalb werden die beiden Widerstände 597, 598 verwendet, und die zugehörigen Signale von den Widerständen 597 und 598 werden von der Logikschaltung 570 logisch gemeinsam mit ODER verknüpft, um festzustellen, ob eine Heizer-Halteeinrichtung im elektrischen Anzünder eingesetzt ist.
Um festzustellen, ob eine Zigarette im Anzünder eingesetzt ist, schließt die Logikschaltung 570 einen zusätzlichen Anschluß 599 ein, der immer dann ein Signal empfängt, wenn eine Zigarette körperlich im Anzünder vorhanden ist. Das Signal am Anschluß 599 wird durch einen herkömmlichen Schalter 599A erzeugt, der durch die Anwesenheit einer Zigarette mechanisch und elektrisch aktiviert wird. Wenn die Zigarette ein oben erörtertes Kohlefaservlies der vorliegenden Erfindung einschließt, wird es bevorzugt, daß das Signal am Anschluß 599 erzeugt wird, indem ein einziger elektrischer Fühler direkt mit dem Kohlevlies verbunden wird, um elektrische Ströme zu überwachen, die durch das Vlies lecken. Da das Kohlevlies nicht perfekt isolierend ist, leckt etwas elektrischer Strom in das Kohlevlies, wenn ein Heizer, dessen einer Anschluß mit der Stromquelle 37 wie in 23 verbunden ist, in Kontakt mit dem Kohlevlies der vorliegenden Erfindung gebracht wird, gleichgültig ob die FETs 595A–595H aktiviert sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein solcher Leckstrom durch einen elektrischen Fühler überwacht, der direkt mit dem Kohlevlies verbunden ist, um die Anwesenheit einer Zigarette zu ermitteln.
Zusätzlich zur Verwendung der elektrischen Leitung durch das Kohlevlies zur Bestimmung, ob eine Zigarette im elektrischen Anzünder eingesetzt ist, wird eine solche Leitung auch verwendet, wenn gewünscht, um die Anwesenheit von speziellen Zigarettentypen zu ermitteln (z. B. eines Typs X-Zigarette im Gegensatz zu einem Typ Y-Zigarette). Gemäß dieses Merkmals der vorliegenden Erfindung wird die Logikschaltung 570 verwendet, um den spezifischen elektrischen Widerstand eines Kohlevlies zu ermitteln, indem zwei zusätzliche Anschlüsse (nicht gezeigt) verwendet werden, die das Kohlevlies in einer mit Zwischenraum angeordneten Beziehung kontaktieren. Indem man einen speziellen Kohlevliestyp so herstellt, daß er in einem vorgewählten Bereich einen vorgewählten spezifischen elektrischen Widerstand besitzt (d. h. durch Variieren des Typs und der Menge von Kohlefasern und/oder Binder, die darin eingeschlossen sind), der eindeutig dem speziellen Zigarettentyp entspricht, wird eine Messung des spezifischen elektrischen Widerstands verwendet, um zwischen verschiedenen Zigarettentypen zu unterscheiden, die in einen elektrischen Anzünder eingesetzt werden. Diese Information wird dann von der Logikschaltung 570 verwendet, um vorgewählte Abgabeprofile für elektrische Energie bereitzustellen.
Beispielsweise wird ein erster Typ oder eine erste Sorte von Zigarette mit einem Kohlevlies hergestellt, das einen ersten vorgewählten spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, wohingegen ein zweiter Typ oder eine zweite Sorte von Zigarette mit einem zweiten aber verschiedenen vorgewählten spezifischen elektrischen Widerstand hergestellt wird. Wenn die Logikschaltung 570 den spezifischen elektrischen Widerstand in situ ermitteln kann, der zu einer eingesetzten Zigarette gehört, dann verwendet man folglich eine solche Messung, um die Zufuhr von elektrischer Energie zu den Heizern des Anzünders aktiv zu steuern.
Gemäß dem obigen Merkmal der vorliegenden Erfindung werden die Abgabebedingungen von elektrischer Energie dann abhängig von dem speziellen Typ oder der speziellen Sorte von Zigarette variiert, von der man festgestellt hat, daß sie im Anzünder vorhanden ist. Nachdem die Logikschaltung 570 den spezifischen elektrischen Widerstand feststellt, der zu einer speziellen Zigarette gehört, ist die Logikschaltung 570 beispielsweise konstruiert, um abhängig vom gemessenen spezifischen elektrischen Widerstand entweder 15 Joule oder 20 Joule Energie zuzuführen. Weiter schließt die Logikschaltung 570 auch eine Schaltungsanordnung ein, um die Abgabe von jeglicher elektrischer Energie zu verhindern, wenn festgestellt wird, daß der zu einer speziellen Zigarette gehörige spezifische elektrische Widerstand nicht verträglich mit dem speziellen Anzünder ist, in den sie eingesetzt worden ist.
Es wird nun zurück Bezug auf 23 genommen. Bevor ein Raucher einen Anfangszug nimmt, zeigt die Anzeigeeinrichtung 51 beispielsweise eine "8" an, was anzeigt, daß acht Züge zur Verfügung stehen. Demgemäß gibt die Logikschaltung 570 die Adresse des ersten Heizers (z. B. des Heizers 43A) auf den Anschluß 571, so daß der BCD-Decoder 580 diesen Heizer nach einer Raucheraktivierung zum Erhitzen auswählt (z. B. durch den Anschluß 581). Wenn der Raucher einen Zug nimmt, sendet der durch Zug betätigte Sensor 45 ein HOCH-Pegelsignal durch den Anschluß 575 zur Logikschaltung 570, das anzeigt, daß der Druck im Anzünder gefallen ist, beispielsweise um mindestens ein Inch Wasser. In diesem Augenblick sendet die Logikschaltung 570 ein Signal durch den Anschluß 571, um dem BCD-Decoder 580 anzuzeigen, daß der FET 595A für den ersten Heizer EINgeschaltet werden sollte. Danach wird die Spannung am Anschluß 580B des BCD-Decoders 580 durch den BCD-Decoder 580 an das Gate des ersten FET 595A gekoppelt, um den Heizer EINzuschalten.
Gleichzeitig mit dem Beginn einer Aktivierung des ersten Heizers 43A verfolgt das Zeitgebungsnetzwerk 591 den augenblicklichen Gesamtenergiebetrag, der an den Heizer abgegeben worden ist, und gibt durch den Anschluß 578 in dem Augenblick ein Logiksignal an die Logikschaltung 570 ab, in dem diese Menge eine vorbestimmte Menge erreicht (z. B. 20 Joule). Danach sendet die Logikschaltung 570 ein AUS-Signal durch den Anschluß 571 zum BCD-Decoder 580, das als Reaktion bewirkt, daß der Heizer 43A AUSgeschaltet wird.
Während sie darauf wartet, daß der Raucher einen zweiten Zug nimmt, sendet danach die Logikschaltung 570 die Adresse des zweiten Heizers (z. B. 43B) durch den Anschluß 571 an den BCD-Decoder 580, so daß während des nächsten Zugs der zweite FET 595B vom Raucher aktiviert wird. Auch sendet die Logikschaltung 570 ein Signal an die Anzeigeeinrichtung 51, um eine "7" anzuzeigen, was dem Raucher anzeigt, daß sieben Züge übrig sind.
Wenn gewünscht, schließt die Logikschaltung 570 auch eine Zeitgebungsschaltungsanordnung ein, um zu verhindern, daß der Raucher den nächsten Zug innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nimmt, so daß ermöglicht wird, daß sich die Stromquelle erholt. Beispielsweise kann die Logikschaltung 570 eine Schaltung einschließen (nicht gesondert dargestellt), die verhindert, daß für eine Deaktivierungsdauer von 6 Sekunden durch die Anschlüsse 571 ein EIN-Signal an den BCD-Decoder 580 gesendet wird, nachdem das letzte AUS-Signal an den BCD-Decoder 580 gesendet wurde. Um dem Raucher anzuzeigen, daß sich der Anzünder in einem solchen Deaktivierungsmodus befindet, wird die Anzeigeeinrichtung 51, wenn gewünscht, wiederholt periodisch mit einer Frequenz von beispielsweise 4 Hertz ein- und ausgeschaltet (d. h. mit einer Rate, die von der Rate verschieden ist, die verwendet wird, um dem Raucher anzuzeigen, daß die Stromquellenspannung außerhalb des Bereichs liegt).
Gleichgültig, ob der Anzünder das obige Zug-Deaktivierungsmerkmal oder das Anzeigeeinrichtungsmerkmal für Deaktivierung verwirklicht, wiederholt die Steuerschaltung 541 die obigen Schritte, die zur Aktivierung des ersten Heizers verwendet wurden, wenn der Raucher einen zweiten Zug des Anzünders nimmt (nach der vorbestimmten Deaktivierungszeit).
Der obige Zyklus wiederholt sich dann, bis der letzte Heizer erhitzt worden ist. Zu einem solchen Zeitpunkt (1) sendet die Logikschaltung 570 ein Signal an die Anzeigeeinrichtung 51, um eine Leeranzeige zu veranlassen, und (2) verhindert sie eine weitere Aktivierung jeglichen Heizers bis eine neue zum einmaligen Gebrauch bestimmte Zigarette in den Anzünder eingesetzt worden ist.
Obwohl die Steuerschaltung 541 von 23 die Logikschaltung 570, den BCD-Decoder 580, den Spannungsdetektor 590 und das Zeitgebungsnetzwerk 591 als einzelne und diskrete Schaltungen zeigt, ist es ersichtlich, daß deren Funktionen ebensogut in einem einzigen integrierten Netzwerk verwirklicht werden könnten (z. B. einem einzigen IC-Chip).
Wenn gewünscht, schließt weiter eine zum einmaligen Gebrauch bestimmte Zigarette der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung ein, um einem Raucher anzuzeigen, daß sie schon zuvor in einen Anzünder eingesetzt worden ist und anschließend entfernt wurde. Beispielsweise schließt in einer Ausführungsform eine unverbrauchte Zigarette einen entfernbaren "Ziehstreifen" oder eine andere Einrichtung ein, die zuerst von der Zigarette entfernt oder bei ihr außer Betrieb gesetzt werden muß, bevor die Zigarette in einen Anzünder eingesetzt wird. An sich weist eine zuvor gebrauchte Zigarette keinen zugehörigen Ziehstreifen oder keine ähnliche an ihr befestigte Einrichtung mehr auf. Alternativ schließt eine unverbrauchte Zigarette einen körperlich veränderbaren Bereich auf derselben ein, der beim Einsetzen in einen Anzünder zerrissen, gerippt, zusammengedrückt oder anders körperlich verändert wird. An sich ist ein Raucher imstande, festzustellen, ob eine solche Zigarette zuvor in einen Anzünder eingesetzt worden ist, indem er den körperlich veränderbaren Bereich visuell betrachtet.
Wenn gewünscht, schließt eine zum einmaligen Gebrauch bestimmte Zigarette weiter auch eine Einrichtung ein, um dem Raucher anzuzeigen, daß eine spezielle Zigarette bereits erhitzt worden ist, um ihre geschmacksbehaftete Tabakreaktion zu erzeugen und abzugeben. Beispielsweise kann eine Zigarette einen wärmeempfindlichen Anzeigebereich einschließen, der seine Farbe ändert, um dem Raucher anzuzeigen, daß die Zigarette bereits erhitzt worden ist. Alternativ kann der wärmeempfindliche Anzeigebereich einen schmelzbaren Streifen einschließen, der schmilzt, Stromkreise unterbricht oder sonst körperlich die Form ändert, um dem Raucher anzuzeigen, daß die Zigarette bereits erhitzt worden ist. Natürlich sind viele andere thermisch aktivierte Einrichtungen verfügbar, um anzuzeigen, daß eine Zigarette schon erhitzt worden ist. Weiter ist es augenscheinlich, daß viele andere elektrisch oder mechanisch aktivierte Einrichtungen verwendet werden können, um denselben Zweck zu erreichen – d. h. dem Raucher anzuzeigen, daß eine Zigarette schon erhitzt worden ist.
Obwohl diese Erfindung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dargelegt und erörtert worden ist, ist es ersichtlich, daß Variationen und Änderungen bei derselben gemacht werden können, ohne von der Erfindung wie in den Ansprüchen angegeben abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Zigarette zur Verwendung in einem System zum Rauchen, wobei das System zum Rauchen einen Anzünder zum Abgeben einer geschmacksbehafteten Tabakreaktion an einen Raucher hat, wobei der Anzünder eine in einem Permanenthohlraum angeordnete elektrische Heizvorrichtung hat und die Zigarette aus dem Anzünder genommen werden kann, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: a) Bereitstellen einer Trägerbahn mit Tabakgeschmack-Material-Bereichen, b) Aufbringen von Klebstoffbereichen auf der Oberfläche der Trägerbahn, um beabstandete Klebstoffbereiche zwischen beabstandeten Tabakgeschmack-Material-Bereichen zu bilden, c) Anbringen von Filtermaterial an den Klebstoffbereichen auf der Oberfläche der Trägerbahn, d) Wickeln der Trägerbahn um die Filter herum, um eine kontinuierliche Stange mit abwechselnden Filter- und Tabakgeschmack-Material-Bereichen zu bilden, und e) Durchtrennen der kontinuierlichen Stange in den Filtermaterialbereichen zum Bilden einer einzelnen entfernbaren Zigarette.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt der Anbringung des Filtermaterials das Anbringen von weitgehend zylindrischem Filtermaterial beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Schritt der Anbringung von Filtermaterial abwechselndes Anbringen von Freistromfiltermaterial und Rückstromfiltermaterial an Klebstoffbereichen beinhaltet, um wiederholte Bereiche mit Freistromfiltermaterial, Tabakgeschmack-Material und Rückstromfiltermaterial zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der Schritt des Durchtrennens der kontinuierlichen Stange das Durchtrennen jedes Filtermaterialbereichs weitgehend in zwei Hälften beinhaltet, um abwechselnd ein Paar Rückstrom- und ein Paar Freistromfilter zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner das Bearbeiten der entfernbaren Zigarette zum Formen eines gekrümmten Einsteckendes an den Rückstromfiltern beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, das ferner das Anbringen einer weitgehend zylindrischen Aerosolsperrschichtröhre an den Freistromfiltern beinhaltet, wobei die Sperrschichtröhre einen Durchmesser hat, der größer ist als der Durchmesser der kontinuierlichen Stange, und eine Länge, die mindestens so lang ist wie die abgetrennten einzelnen Zigaretten.
Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, das ferner die folgenden Schritte beinhaltet: Anbringen eines weitgehend zylindrischen Mundstückfilters an jedem Freistromfilter, Umhüllen jeder Aerosolsperrschichtröhre und ihres entsprechenden Mundstückfilters mit Umhüllungsmaterial.
Vorrichtung zum Herstellen einer entfernbaren Zigarette zur Verwendung in einem System zum Rauchen, wobei das System zum Rauchen einen Anzünder zum Abgeben einer geschmacksbehafteten Tabakreaktion an einen Raucher hat, wobei der Anzünder eine in einem Permanenthohlraum angeordnete elektrische Heizvorrichtung hat, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: Vorrichtung (323) zum Bereitstellen einer Trägerbahn mit Tabakgeschmack-Material-Bereichen, Klebstoffauftragvorrichtung (327) zum Aufbringen von Klebstoffbereichen auf der Oberfläche der Trägerbahn, um beabstandete Tabakgeschmack-Material-Bereiche zu bilden, Filteranbringungsvorrichtung (329) zum Anbringen von Filtern an den Klebstoffbereichen auf der Oberfläche der Trägerbahn, Wickelvorrichtung (337) zum Wickeln der Trägerbahn um die Filter herum, um eine kontinuierliche Stange mit abwechselnden Filter- und Tabakgeschmack-Material-Bereichen zu bilden, und Abtrennvorrichtung (339) zum Durchtrennen der kontinuierlichen Stange in den Filtermaterialbereichen zum Bilden einzelner entfernbarer Zigaretten.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Filteranbringungsvorrichtung (329) zum Anbringen von weitgehend zylindrischen Filtern ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Filteranbringungsvorrichtung (329) zum abwechselnden Anbringen von Freistrom- und Rückstromfiltern an den Klebstoffbereichen ist, um wiederholte Freistromfilter-, Tabakgeschmack-Material- und Rückstromfilterbereiche zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, bei der die Abtrennvorrichtung (339) zum Durchtrennen jedes Filters weitgehend in zwei Hälften ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, die ferner eine Vorrichtung zum Bilden eines gekrümmten Einsteckendes an Rückstromfiltern ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, die ferner eine Sperrschichtröhren-Anbringungsvorrichtung zum Anbringen einer weitgehend zylindrischen Aerosolsperrschichtröhre (273) an jedem Freistromfilter aufweist, wobei die Sperrschichtröhre einen Durchmesser hat, der größer ist als der Durchmesser der kontinuierlichen Stange, und eine Länge, die mindestens so lang ist wie die abgetrennten einzelnen Zigaretten.
Vorrichtung nach Anspruch 13, die ferner Folgendes aufweist: Mundstückfilter-Anbringungsvorrichtung zum Anbringen eines weitgehend zylindrischen Mundstückfilters am Freistromfilter, und Umhüllvorrichtung zum Umhüllen der Aerosolsperrschichtröhre und des Mundstückfilters mit Umhüllungsmaterial.