I nhalator und Flüssigkeitsspeicher für einen Inhalator Die vorliegende Erfindung betrifft einen I nhalator umfassend ein Gehäuse mit einem Mundende, mindestens einer Lufteinlassöffnung und einem in dem Gehäuse zwischen der mindestens einen Lufteinlassöffnung und dem Mundende verlaufenden Luftkanal, eine Aufnahme für einen Flüssigkeitsspeicher, einen elektrischen Energiespeicher, eine Zugabevorrichtung zur Erzeugung von Dampf und/oder Aerosol von aus dem Flüssigkeitsspeicher entnommenem Komponentengemisch und Zugabe des Dampfs und/oder Aerosols zu einem in dem Luftkanal strömenden Luftstrom, wobei die Zugabevorrichtung einen separat ansteuerbaren Verdampfer aufweist, und mit einer Steuereinrichtung zum Steuern der Zugabevorrichtung. Der überwiegende Teil der aktuell am Markt befindlichen elektronischen Zigarettenprodukte basiert auf dem sogenannten Dochtwendelprinzip. Ein Docht, z. B. aus Glasfaser, ist partiell mit einer Heizwendel umwickelt und steht mit einem Flüssigkeitsspeicher in Kontakt. Bei Erwärmung der Heizwendel verdampft die in dem Docht befindliche Flüssigkeit, auch als Liquid bezeichnet, im Bereich der Heizwen- del. Aufgrund der Kapillarwirkung wird die verdampfte Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsspeicher nachgefördert. Eine solche elektronische Zigarette ist beispielhaft in der US 2016/0021930 A1 beschrieben.

Bei diesen Systemen treten eine Reihe von Problemen auf. Erstens ist die kapilla- re Liquidnachförderung gekoppelt an die verdampfte Liquidmenge und die physikalischen Eigenschaften der einzelnen Komponenten des Komponentengemisches. Weil die maximale Förder- und Verdampfungsleistung somit physikalisch begrenzt ist, besteht die Gefahr der Überhitzung („hot puff") , wenn die Heizleistung die Förderleistung übersteigt.

Zweitens ist die Temperatur bei diesen Systemen physikalisch bedingt nicht eindeutig einstellbar über die Länge der Heizwendel, bzw. am Ort und über die Zeit des Verdampfens, so dass keine homogene Verdampfung im Gesamtsystem erreicht werden kann. Drittens ist die Temperatur nicht lokal begrenzbar, woraus eine Gefahr der Überhitzung durch inhomogene Liquidbenutzung vor und während eines Zuges, und in Verbindung damit Schadstoffemission und explosionsartige Liquidfreisetzung, resultiert.

Viertens findet eine von der Ausgestaltung des Systems und von der Liquidzusammensetzung abhängige Entmischung und somit Konzentrationsänderung des Komponentengemisches statt, woraus eine unerwünschte veränderliche Wirkstofffreisetzung je Zug resultiert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen I nhalator und einen Flüssigkeitsspeicher dafür bereitzustellen, bei denen ein oder mehrere der zuvor geschilderten Nachteile vermieden werden. Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.

Demnach ist die Steuereinrichtung erfindungsgemäß mit einem Datenspeicher verbunden, in dem zum Verdampfen des Komponentengemischs in dem Verdampfer mindestens ein Satz vorgegebener Verdampfungsparameter abrufbar hinterlegt ist.

Die Erfindung hat aus theoretischen Überlegungen heraus erkannt und praktisch durch Messungen exemplarisch belegt, dass ein eindeutiger und universeller Zusammenhang zwischen Liquidzusammensetzung, Temperaturverhalten während der Verdampfung, insbesondere bedingt durch die verwendete Verdampfertechnologie, und Wirkstofffreisetzung besteht.

Ein Aspekt der Erfindung besteht in der Umsetzung dieser Erkenntnis in die Steuerung der Verdampfung des Komponentengemisches mittels des in dem Datenspei- eher hinterlegten Satzes von Verdampfungsparametern. Bekannte Verdampfungstemperatur und bekannter Systemzustand stehen über die Eigenschaften des Komponentengemisches in direktem Zusammenhang miteinander. Die zu jedem Zeitpunkt der Verdampfung abgerufene Heizleistung erlaubt somit einen direkten Rück- schluss auf die momentane Liquid- bzw. Dampfzusammensetzung. Diese Kenntnis kann wiederum zur Steuerung der Verdampfung des Komponentengemisches genutzt werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in einer gezielten Flüssigkeitszusammen- setzung zur Beeinflussung der Wirkstofffreisetzung bei gegebener bzw. eingestellter Grenztemperatur (Maximaltemperatur) des Verdampfers. Dadurch kann die Konzentrationsänderung des Komponentengemisches vollständig kontrolliert und/oder eine Entmischung der Flüssigkeitskomponenten verhindert werden. Zudem kann eine Vermeidung von Überhitzung und damit einhergehender Schadstoffemission erreicht werden.

Weitere Aspekte der Erfindung betreffen die Liquidförderung und/oder die Verdampfung. Die Liquidförderung geschieht vorteilhaft aktiv, beispielsweise mittels mikromechanischer Pumpen, oder passiv, beispielsweise durch mikrofluidische Kapillar- Wirkung . Die Verdampfung geschieht vorteilhaft mittels einer von der Zuförderung entkoppelten Heizeinrichtung , beispielsweise einer Heizfläche, insbesondere auf der Basis von MEMS (Mikro-Elektro-Mechanisches System), die auf die jeweils erforderliche (maximale) Verdampfungstemperatur gesteuert oder geregelt wird. Der mindestens eine Satz vorgegebener Verdampfungsparameter kann insbesondere aus dem Flüssigphase-Gasphase-Gleichgewichts Diagramm des Komponentengemisches abgeleitet sein oder mit diesem korrespondieren.

Vorzugsweise enthält der mindestens eine Satz vorgegebener Verdampfungspara- meter Daten zu einer oder mehreren aus der Gruppe der folgenden Größen: eine einzustellende Temperatur, insbesondere die Temperatur des Verdampfers bzw. der Heizeinrichtung; eine einzustellende Dauer einzelner Verdampfungsschritte und/oder des gesamten Verdampfungsvorgangs in dem Verdampfer; einen einzustellenden Druck, insbesondere in dem Zerstäuber; eine bereitzustellende Verdamp- fungsenergie für den Verdampfer. Weiter vorzugsweise enthält der mindestens eine Satz vorgegebener Verdampfungsparameter Daten zu einer oder mehreren aus der Gruppe der folgenden Größen: eine minimale Temperatur und/oder eine maximale Temperatur; einen minimalen Druck und/oder einen maximalen Druck; eine minimale Dauer und/oder eine maximale Dauer einzelner Verdampfungsschritte und/oder des gesamten Verdampfungsvorgangs. Zum Einstellen einer vorgegebenen Temperatur umfasst der Verdampfer vorzugsweise eine Heizeinrichtung. Der Verdampfer kann vorteilhaft einen Temperatursensor zur Messung der Temperatur der Heizeinrichtung und/oder zur Temperatursteuerung bzw. -regelung der Heizeinrichtung aufweisen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die vorgegebene Temperatur innerhalb eines Verdampfungsintervalls variabel, insbesondere über die Dauer eines Verdampfungsintervalls zeitweise steigend und/oder zeitweise fallend und/oder zeitweise gleichbleibend. Hierdurch kann einer unerwünschten veränderli- chen Wirkstofffreisetzung, insbesondere über einen Zug, entgegengewirkt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Temperatur des Verdampfers bzw. der Heizeinrichtung mindestens über ein einem Inhalationszug entsprechendes Verdampfungsintervall oberhalb einer ersten charakteristischen Temperatur, insbesondere der Siedetemperatur einer Komponente des Komponentengemisches, gehalten. Der vorgegebene Temperaturwert liegt dabei vorteilhaft im Bereich zwischen 1 % bis 90 %, vorzugsweise 3 % bis 70 %, besonders bevorzugt 5 % bis 50 % oberhalb der ersten charakteristischen Temperatur. Dieser Aspekt ist ggf. unabhängig, d. h. in einer nur auf den Oberbegriff des Anspruchs 1 rückbezoge- nen Form, schützbar.

Eine Maximal-Temperatur des Verdampfers beträgt vorzugsweise höchstens 350 °C, weiter bevorzugt höchstens 300 °C und besonders bevorzugt höchstens 290 °C. Durch diese Maßnahme kann der Entwicklung von Schadstoffen aufgrund Überhit- zung entgegengewirkt werden.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Temperatur des Verdampfers bzw. der Heizeinrichtung mindestens über ein Verdampfungsintervall unterhalb einer zweiten charakteristischen Temperatur, insbesondere der Siedetemperatur einer Komponente des Komponentengemisches, gehalten. Dabei ist die zweite charakteristische Temperatur vorzugsweise die Siedetemperatur einer höher als eine Wirkstoffkomponente siedenden Komponente, vorteilhaft der höchstsiedenden Komponente des Komponentengemisches. Dieser Aspekt ist ggf. unabhängig , d. h. in einer nur auf den Oberbegriff des Anspruchs 1 rückbezogenen Form, schützbar. In dieser Ausführungsform kann der Anteil einer höher als eine Wirkstoff- komponente siedenden Komponente in der Art einer Stellschraube gezielt verwendet werden , um die Stärke der Wirkstoffzufuhr pro Zug zu dosieren und beispielsweise zu erhöhen gegenüber einer Stärke, die sich rein rechnerisch aus dem Massenanteil des Wirkstoffs an dem Kom ponentengemisch ergibt. Diese Wirkung ergibt sich dar- aus, dass die höher als der Wirkstoff siedende (Dum my-)Kom ponente nicht nennenswert verdam pfen kann, so dass die Verdampferleistung auf die niedriger siedenden Komponenten einschließlich Wi rkstoff konzentriert wird .

Das Verdampfungsintervall weist dabei vorzugsweise eine Dauer von 1 bis 12 Se- künden , weiter bevorzugt 2 bis 8 Sekunden auf.

In einer weiteren Ausfüh rungsform der Erfindung ist dem Flüssigkeitsspeicher eine masch inell auslesbare Kennung des Komponentengemisches zugeordnet. Die Steuereinrichtung kann d ie Ken nung auslesen , den zutreffenden Satz von Verdamp- fungsparametern aus dem Datenspeicher auslesen und der Verdampfungssteuerung des Kom ponentengemisches zug ru ndelegen . Die Kenn ung kann Angaben zur Liquidsorte, Nikotinanteil , Raucherprofil, Chargennummer, Produktionsdatum und/oder M indesthaltbarkeitsdatum enthalten. I nsbesondere bei Anwendung in einem elektronischen Zigarettenprodukt enthält das Komponentengemisch vortei l haft N ikotin als Wirkstoff, vorzugsweise m it einem Gewichts- oder Massenanteil von 0, 1 % bis 2% , bevorzugt von 1 % bis 2% , besonders bevorzugt 2%, bezogen auf das Gewicht des Komponentengemischs. I m Fal le des Wirkstoffs Nikotin ist die zuvor erwähnte höher siedende Komponente beispielswei- se Glycerin .

Vorzugsweise enthält das Kom ponentengemisch G lycerin und/oder 1 ,2-Propylen- glykol als Aerosolbildner. Der Gewichtsanteil von Glycerin und/oder 1 ,2-Propylen- glykol liegt vorzugsweise im Bereich von 50% bis 98% . Der Gewichtsanteil von Gly- cerin liegt in manchen Ausführungsformen im Bereich zwischen 1 8% bis 98%, bevorzugt zwischen 26% bis 87%, besonders bevorzugt zwischen 26% bis 50%, und/oder beträgt vorzugsweise mindestens 44 Gewichts-% , weiter vorzugsweise mindestens 50 Gewichts-% , noch weiter vorzugsweise mindestens 55 Gewichts-% , besonders bevorzugt mindestens 60 Gewichts-% , jeweils bezogen auf das Gewicht des Komponentengem ischs. Der Gewichtsanteil von 1 ,2-Propylenglykol liegt vor- zugsweise im Bereich zwischen 0% bis 98%, bevorzugt zwischen 20% bis 80% , besonders bevorzugt zwischen 40% bis 70%, bezogen auf das Gewicht des Kompo- nentengemischs. Das Komponentengemisch kann vorteilhaft Wasser enthalten, vorzugsweise mit einem Gewichtsanteil von 0% bis 30%, bevorzugt von 2% bis 20%, besonders bevorzugt von 4% bis 13%, bezogen auf das Komponentengemisch.

Vorzugsweise enthält der Datenspeicher zu einem ggf. schrittweisen Verdampfen der Komponenten jeweils einzustellende Temperaturen, einzustellende Drücke und/oder einzustellende Zeitintervalle einzelner, ggf. einander folgender Verdampfungsschritte. Der mindestens eine Satz vorgegebener Verdampfungsparameter weist vorteilhaft Daten zu einem über die Zeit schrittweise gestuft abschnittsweise ansteigenden oder fallenden Temperaturprofil, einem schrittweise gestuft ab- schnittsweise ansteigenden oder fallenden Zeitintervallprofil und/oder zu einem schrittweise gestuft abschnittsweise ansteigenden oder fallenden Druckprofil.

Vorzugsweise ist das Verdampfungsintervall in mindestens zwei Phasen unterteilt, wobei in einer ersten Phase eine andere Menge und/oder andere Verdampfungs- energie dem Verdampfer zugesteuert wird als in einer zweiten Phase. Vorzugsweise erstreckt sich dabei die ersten Phase über 1 /50 bis 2/3, bevorzugt 1 /1 0 bis 1 /2 der Dauer des Verdampfungsintervalls. Vorzugsweise ist die Temperatur für den Verdampfer innerhalb einer oder beider Phasen variabel vorgegeben, insbesondere über die Dauer einer oder innerhalb jeder der beiden Phasen zeitweise steigend und/oder zeitweise fallend und/oder zeitweise gleichbleibend.

Insbesondere in der Anwendung als elektronisches Zigarettenprodukt, kurz

E-Zigarette, ist der erfindungsgemäße Inhalator vollständig handhaltbar benutzbar, insbesondere in der Art einer Zigarette einhändig handhaltbar benutzbar, sowie tragbar und autark, insbesondere netzunabhängig.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines elektronischen Zigarettenprodukts in einer Ausführungsform der Erfindung ;

Fig . 2 eine Querschnittsansicht einer Kartusche für ein elektronisches Ziga- rettenprodukt; eine Querschnittsansicht einer Zugabevorrichtung für ein elektronisches Zigarettenprodukt in einer beispielhaften Ausführungsform; Fig . 4A-4D Diagramme zum Verdampfungsverhalten eines Referenz- Komponentengem isches;

Fig. 5 Diagramme zum Verdampfungsverhalten eines Komponentenge- mischs mit unterschiedlichen Komponentenanteilen und/oder zu un- terschiedlichen Zeitpunkten der Kartuschenentleerung; und

Fig . 6A-6C schematische Darstellungen unterschiedlicher Ausführungsformen betreffend den Transport von Flüssigkeit von dem Tank zu der Zugabevorrichtung .

Das elektronische Zigarettenprodukt 10 umfasst ein im Wesentlichen stabförmiges oder zylindrisches Gehäuse 1 1 . In dem Gehäuse 1 1 ist ein Luftkanal 30 zwischen mindestens einer Lufteinlassöffnung 31 und dem Mundende 32 des Zigarettenprodukts 1 0 vorgesehen. Das Mundende 32 des Zigarettenprodukts 1 0 bezeichnet dabei das Ende, an dem der Konsument zwecks Inhalation zieht und dadurch das Zigarettenprodukt 1 0 mit einem Unterdruck beaufschlagt und eine Luftströmung 34 in dem Luftkanal 30 erzeugt. Mindestens eine Lufteinlassöffnung 31 kann an der Mantelseite des Gehäuses 1 1 angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann mindestens eine Lufteinlassöffnung 31 A am entfernten Ende 33 des Zigarettenpro- dukts 1 0 angeordnet sein. Das entfernte Ende 33 des Zigarettenprodukts 10 bezeichnet das dem Mundende 32 entgegengesetzte Ende des Zigarettenprodukts 1 0. Die durch die Einlassöffnung 31 angesaugte Luft wird in dem Luftkanal 30, ggf. über die Schnittstelle bzw. Trennfläche 57 zu der Zugabevorrichtung 20 geleitet. Die Zugabevorrichtung 20 gibt Flüssigkeit 50 aus dem Flüssigkeitstank 1 8 als Zu- gäbe 40 in Form kleiner Flüssigkeitstropfen als Nebel/Aerosol und/oder gasförmig als Dampf in den Luftstrom 34 zu.

Das Zigarettenprodukt 1 0 ist vorzugsweise so gestaltet, dass der Zugwiderstand an dem Mundende 32 vorzugsweise im Bereich zwischen 50 mm und 130 mm Wassersäule, weiter vorzugsweise zwischen 80 mm und 120 mm Wassersäule, noch weiter vorzugsweise zwischen 90 mm und 1 1 0 mm Wassersäule und optimalerweise zwischen 95 mm und 1 05 mm Wassersäule liegt. Der Zugwiderstand bezieht sich dabei auf den Druck, der benötigt wird, um Luft durch die volle Länge des Zigarettenprodukts 1 0 mit einer Rate von 1 7.5 ml/s bei 22 °C und 101 kPa (760 Torr) zu ziehen, und der in Übereinstimmung mit ISO 6565:201 gemessen wird.

Das Zigarettenprodukt 1 0 umfasst einen ersten (Axial-)Abschnitt 1 3, vorteilhaft am entfernten Ende 33 des Zigarettenprodukts 1 0, in dem eine elektronische Energieversorgungseinheit 1 2 mit einem elektrischen Energiespeicher 14 und einer elektrischen/elektronischen Einheit 15 angeordnet ist. Der Energiespeicher 14 erstreckt sich vorteilhaft in axialer Richtung des Zigarettenprodukts 10. Die elektrische/elektronische Einheit 1 5 ist vorteilhaft seitlich neben dem Energiespeicher 14 angeordnet. Der Energiespeicher 14 kann insbesondere eine elektrochemische Einweg-Batterie oder ein wiederaufladbarer elektrochemischer Akku, z. B. ein Li-Ionen-Akku, sein.

Das Zigarettenprodukt 1 0 umfasst des Weiteren einen zweiten (Axial-)Abschnitt 16, vorteilhaft am Mundende 32 des Zigarettenprodukts 10, in dem eine Verbrauchseinheit 1 7 mit einem Flüssigkeitstank 18, einer elektrischen Einheit 1 9 und einer Zugabevorrichtung 20 angeordnet bzw. anordenbar ist. Der Flüssigkeitstank 1 8 erstreckt sich vorteilhaft in axialer Richtung des Zigarettenprodukts 10. Anstelle der getrennten elektrischen/elektronischen Einheiten 1 5, 19 kann auch eine einheitliche elektrische/elektronische Einheit vorgesehen sein, die entweder in der Energieversorgungseinheit 1 2 oder in der Verbrauchseinheit 17 angeordnet sein kann. Die Gesamtheit der elektrischen/elektronischen Einheiten des Zigarettenprodukts 10 wird im Folgenden als Steueranordnung 29 bezeichnet. I n dem Gehäuse 1 1 ist vorteilhaft ein Sensor, beispielsweise ein Drucksensor oder ein Druck- oder Strömungsschalter, angeordnet, wobei die Steueranordnung auf der Grundlage eines von dem Sensor ausgegebenen Sensorsignals einen Betriebszustand des Zigarettenprodukts 1 0, in dem ein Konsument am Mundende 32 des Zigarettenprodukts 10 zieht, um zu inhalieren , feststellen kann. In diesem Betriebszustand steuert die Steueranordnung 29 die Zugabevorrichtung 20 an, um Flüssigkeit 50 aus dem Flüssigkeitstank 1 8 als Zugabe 40 in Form kleiner Flüssigkeitstropfen als Nebel/Aerosol und/oder gasförmig als Dampf in den Luftstrom 34 zuzugeben.

Zusätzlich oder alternativ zu dem Strömungsschalter kann das Zigarettenprodukt beispielsweise mittels eines mechanischen Schalters, eines kapazitiven Schalters, der auf Berührung des Gehäuses 1 1 oder des Mundendes 32 durch den Konsumenten empfindlich ist, oder eines Touchscreens vom Konsumenten ein- und aus- schaltbar sein.

Die in dem Flüssigkeitstank 1 8 gespeicherte, zu dosierende Flüssigkeit (d. h. das flüssige Komponentengemisch) ist beispielsweise eine Mischung aus 1 ,2-Propylen- glykol, Glycerin und/oder Wasser, der ein oder mehrere Aromen (Flavour) und/oder Wirkstoffe, wie beispielsweise Nikotin, zugemischt sein können.

Der den Flüssigkeitstank 18 enthaltende Abschnitt 1 6 oder die Verbrauchseinheit 1 7 ist vorteilhaft als vom Konsumenten auswechselbare Kartusche 21 , d . h. als Einwegteil ausgeführt. Der Rest des Zigarettenprodukts 1 0, insbesondere der den Energiespeicher 14 enthaltende Abschnitt 13 ist vorteilhaft als vom Konsumenten wiederverwendbares Grundteil 56, d. h. als Mehrwegteil ausgeführt. Die Kartusche 21 ist vom Konsumenten mit dem Grundteil 56 verbindbar und vom Grundteil 56 lösbar ausgebildet. Zwischen der Kartusche 21 und dem wiederverwendbaren Grundteil 56 ist somit eine Trennfläche bzw. Schnittstelle 57 gebildet. Das Kartu- schengehäuse 58 kann einen Teil des Gehäuses 1 1 des Zigarettenprodukts 1 0 bilden .

I n anderen Ausführungsformen , siehe Fig . 2, ist die Verbrauchseinheit 1 7 als Kartusche 21 ausgeführt, die in den wiederverwendbaren Grundteil 56 des Zigaretten- produkts 1 0 durch den Konsumenten einsetzbar und aus diesem entnehmbar ist. Das Kartuschengehäuse 58 ist in diesem Fall ein von dem Gehäuse 1 1 des Zigarettenprodukts 10 separates Gehäuse.

Die Kartusche 21 umfasst mindestens den Flüssigkeitstank 1 8. Die Kartusche 21 kann, wie in Fig. 2 gezeigt, die elektrische/elektronische Einheit 19 umfassen. I n anderen Ausführungsformen ist die elektrische/elektronische Einheit 1 9 ganz oder teilweise fester Bestandteil des Grundteils 56. Ebenso kann die Zugabevorrichtung

20 Teil der Kartusche 21 oder in dem Grundteil 56 angeordnet sein. Die Kartusche

21 kann daher in manchen Ausführungsformen im Wesentlichen nur aus dem Flüs- sigkeitstank 18 bestehen und ggf. dem Kartuschengehäuse 58, wobei das Kartuschengehäuse 58 alternativ von dem Gehäuse des Flüssigkeitstanks 18 gebildet sein kann, so dass ein separates Kartuschengehäuse 58 entbehrlich sein kann. Vorzugsweise ist eine Füllstandsüberwachung und/oder -anzeige vorgesehen, die es dem Konsumenten ermöglicht, den Füllstand des Flüssigkeitstanks 1 8 festzu- stellen .

Die Kartusche 21 kann neben der Verwendung in stabförmigen Zigarettenprodukten 10 auch in anderen Produkten eingesetzt werden, beispielsweise in einer elektronischen Pfeife. Der Energiespeicher 14 ist in der Regel nicht Teil der Kartusche 21 , sondern Teil des wiederverwendbaren Grundteils 56.

I n einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Flüssigkeitstank 1 8 ein flexibler Beutel. Hierdurch wird mit einfachen Mitteln erreicht, dass der Flüssigkeitstank 1 8 lageunabhängig und leckagefrei vollständig entleerbar ist. Ein typisches Tankvolu- men des Flüssigkeitstanks 1 8 liegt im Bereich zwischen 0, 5 ml und 2 ml. Das Zigarettenprodukt 1 0 kann vorteilhaft eine Füllstandskontrolle für den Flüssigkeitstank 1 8 umfassen, die beispielsweise an die Zugzahl gekoppelt sein kann. Der Flüssigkeitstank 1 8 ist vorzugsweise aus einem inerten und/oder lebensmittelverträglichen bzw. pharmatauglichen Material, insbesondere einem Kunststoff, gefertigt, wobei das Material optisch transparent oder undurchsichtig sein kann.

Der Flüssigkeitstank 18 kann an die Zugabevorrichtung 20 mechanisch gekoppelt oder von dieser entkoppelt sein. Im Falle einer mechanischen Kopplung dient die Zugabevorrichtung 20 vorteilhaft als Deckel oder Auslaufschutz für den Flüssig- keitstank 1 8. I m Falle einer Entkopplung ist insbesondere eine Flüssigkeitsleitung bzw. eine kapillare Verbindung zwischen dem Flüssigkeitstank 18 und der Zugabevorrichtung 20 vorgesehen. Sofern der Flüssigkeitstank 18 von der Zugabevorrichtung 20 trennbar ausgeführt ist, muss dies leckagefrei möglich sein, d.h. der Flüssigkeitstank 18 weist einen Verschließmechanismus auf, der infolge der Trennung des Flüssigkeitstanks 18 von der Zugabevorrichtung 20 automatisch eine Abgabeöffnung des Flüssigkeitstanks 18 flüssigkeitsdicht verschließt, etwa mittels einer federbelasteten Kugel, einem Rückschlagventil oder dergleichen. Unterschiedliche Ausführungsformen betreffend den Transport von Flüssigkeit von dem Flüssigkeitstank 18 zu der Zugabevorrichtung 20 werden später anhand der Figuren 6A bis 6C erläutert.

Das Verhältnis der größten Erstreckung a der mikrosystemtechnischen Einheit 45 (siehe Fig. 3) zum mittleren Durchmesser D des im Wesentlichen stabförmigen Gehäuses 11 im Bereich der Zugabevorrichtung 20 (siehe Fig. 1) ist vorteilhaft kleiner als 0,5.

Eine vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zugabevorrichtung 20 ist in Fig. 3 gezeigt. Die Zugabevorrichtung 20 umfasst ein Zerstäuberbauteil 22 mit einem Zerstäuber 48 und ein Verdampferbauteil 23 mit einem Verdampfer 49, die in Bezug zu einer Kammer 24 im Inneren der Zugabevorrichtung 20 angeordnet sind.

Der Zerstäuber 48 ist vorzugsweise ein Freistrahl-Zerstäuber nach dem Inkjet- o- der Bubblejet-Prinzip, mit einem in einem Flüssigkeitskanal 27 angeordneten Aktu- ator 25 und einer nachfolgend angeordneten Düse 26, die in die Kammer 24 mündet. Der mit einer geeigneten Ansteuerfrequenz typischerweise im kHz-Bereich und beispielsweise zwischen 10 Hz und 50 kHz, bevorzugt zwischen 100 Hz und 30 kHz, besonders bevorzugt zwischen 1 kHz und 25 kHz elektrisch angesteuerte Ak- tuator 25 kann ein piezoelektrisches Element oder ein Heizelement sein. Bei Fest- Stellung eines durch Ziehen des Konsumenten verursachten Luftstroms 34 durch den Luftkanal 30 steuert die Steueranordnung 29 den Aktuator 25 an, wobei durch plötzliche Erhitzung (im Falle eines Heizelements) oder durch Erschütterung (im Falle eines Piezo-Elements) die in dem Flüssigkeitskanal 27 befindliche Flüssigkeit in Form von kleinen Tröpfchen aus der Düse 26 in die Kammer 24 geschleudert wird. Der Zerstäuber 48 dient zugleich zur Förderung der Flüssigkeit 50 aus dem Flüssigkeitstank 1 8 durch den Flüssigkeitskanal 27 sowie der Dosierung der Flüssigkeit in die Kammer 24. Der Zerstäuber 48 kann daher auch als Freistrahl- Dosierer bezeichnet werden. Der Zerstäuber/Dosierer 48 ist so eingestellt, dass eine vorteilhafte Flüssigkeitsmenge im Bereich zwischen 1 μΙ bis 10 μΙ, typischerweise 4 μΙ pro Zug des Konsumenten, zudosiert wird. Vorzugsweise kann der Zerstäuber/Dosierer 48 hinsichtlich der Flüssigkeitsmenge pro Zug einstellbar sein. Der Verdampfer 49 weist eine Heizeinrichtung 36 auf, die bei Feststellung eines durch Ziehen des Konsumenten versursachten Luftstroms 34 durch den Luftkanal 30 von der Steueranordnung 29 angesteuert wird, um mittels Strom aus der Energ iequelle beheizt zu werden und die aus der Düse 26 austretenden Tröpfchen zu verdampfen , d. h. in den gas- bzw. dampfförmigen Zustand zu versetzen. Zur Erzie- lung einer optimalen Verdampfung ist die Heizeinrichtung 36 vorzugsweise gegenüberliegend der Düse 26 angeordnet. Die elektrische Heizeinrichtung 36 kann insbesondere eine oder mehrere plattenförmige Heizelemente umfassen.

Die Heizeinrichtung 36 wird von der Steueranordnung 29, insbesondere der elektrischen/elektronischen Einheit 19, bezüglich der Verdampfungstemperatur gesteuert oder geregelt; dies wird im Folgenden noch genauer erläutert. Dies kann vorteilhaft durch eine Steuerung oder Regelung der Heizleistung oder der zugeführten Heizenergie geschehen . Eine vorteilhafte Temperaturregelung kann auf der Grundlage des Messsignals eines Temperatursensors 80, beispielsweise einen Platin-Messwiderstand oder einer widerstands-veränderlichen leitenden Beschich- tung des Heizelements 36, erfolgen. Alternativ kann die Temperatur der Heizeinrichtung 36 indirekt bestimmt und zur Temperaturregelung verwendet werden, beispielsweise über die Temperaturabhängigkeit des Widerstands der Heizeinrichtung 36. Die Verdampfungsleistung liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 1 W bis 20 W, weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 2 W und 1 0 W. Die Verdampfungstemperatur liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 1 00 °C und 400 °C. Die effektive Fläche der Heizeinrichtung 36 beträgt vorzugsweise zwischen 0,01 mm ² bis 9 mm ² , bevorzugt zwischen 0,05 mm ² bis 7 mm ² , besonders bevorzugt zwischen 0, 1 mm ² bis 5 mm ² . Die Liquidverdampfung erfolgt an der Heizeinrichtung 36 ohne oder mit möglichst geringem Zeitverzug bei exakt einstellbarer und geregelter Heiztemperatur ohne die Gefahr lokaler Überhitzungen. Dies kann vorteilhaft durch eine elektronisch gesteuerte oder geregelte Temperaturbegrenzung der Heizeinrichtung 36, bei- spielsweise auf die Siedetemperatur einer höher als der Wirkstoff siedenden Komponente, hier 290 °C, erreicht werden.

Vorteilhaft ist die Liquidmenge exakt einstellbar und unabhängig von der Verdampferleistung dosierbar. Überwachungseinrichtungen gewährleisten vorteilhaft, dass nur die vorgesehene Liquidmenge verdampft wird. Mögliche Regelstrategien umfassen die Vorgabe eines Liquid-Fördervolumens, oder Volumenstromprofils mit entsprechender Nachführung, über einen Zug. Dabei wird vorteilhaft die dosierte Liquidmenge für jeden Zug immer vollständig verdampft, um eine Aufkonzentration an der Heizeinrichtung 36 zu vermeiden. Die vorgegebene Temperaturobergrenze wird im Liquid und/oder in der Gasphase zu keiner Zeit überschritten, um eine

Schadstoffentstehung durch Zersetzungseffekte der Liquidbestandteile zu vermeiden. Vorteilhaft können unterschiedliche Dampfmengen über die Liquidförderung eingestellt und verdampft werden, ohne die oben genannten Anforderungen an den Verdampfungsprozess zu verletzen. Überwachungseinrichtungen gewährleisten vorteilhaft, dass jeweils nur die exakt eingestellte zu dosierende Liquidmenge verdampft wird. Zu diesem Zweck ist vorteilhaft eine Sensorik zur Überwachung der ordnungsgemäßen Funktion des Zigarettenprodukts 10 vorgesehen.

Die Zerstäuber/Verdampfer-Kombination kann vorteilhaft so eingestellt sein, dass überwiegend Flüssigkeitspartikel mit einem Durchmesser im Bereich zwischen

0.5 pm und 5 pm, bevorzugt zwischen 1 pm und 3 pm entstehen. Partikelgrößen von im Bereich zwischen 0,5 und 2 MMAD (mass median aerodynamic diameter, mas- sen-medianer aerodynamischer Durchmesser), vorzugsweise zwischen 0,7 und 1,5 MMAD, beispielsweise um ca. 1 MMAD können optimal sein. MMAD entspricht einer EU-Norm und wird in pm spezifiziert.

Durchmesser von weniger als 1 pm, beispielsweise im Bereich zwischen 0,7 pm und 1 pm, lassen sich typischerweise nicht durch reines Zerstäuben erreichen, sondern erfordert die Verdampfung der Flüssigkeit mit nachfolgender Rückkonden- sation aus der Gasphase. Jedoch kann ein (Vor-)Zerstäuben unter Umständen die Verdampfung begünstigen. In einer Ausführungsform ist eine möglichst gleichmäßige Wirkstofffreisetzung für jeden Zug zu gewährleisten. Um unterschiedliche Raucherprofile zu ermöglichen, ist vorteilhaft eine Reserve in der Verdampferleistung vorgesehen.

Da die Kammer 24 insbesondere zur Verdampfung der aus der Düse 26 austretenden Tröpfchen dient, kann die Kammer 24 auch als Verdampferkammer bezeichnet werden. Die Kammer 24 ist im Querschnitt vorteilhaft länglich, wie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt, wobei die Düse 26 und das Heizelement 36 vorteilhaft an gegen- überliegenden Längsseiten angeordnet sind. Vorzugsweise senkrecht oder seitlich zu der Austrittsrichtung des Flüssigkeitsstrahls aus der Düse 26 ist eine Austrittsbohrung 37 vorgesehen, durch die der von dem Verdampfer 49 erzeugte Dampf aus der Verdampferkammer 24 austritt, wo er von dem vorzugsweise senkrecht zu der Bohrung 37 verlaufenden Luftstrom 34 mit- und aufgenommen wird.

Da der Aktuator 25 des Zerstäubers 22 und das Heizelement 36 des Verdampfers 23 separat elektrisch mit der Steueranordnung 29 verbunden sind und separat voneinander angesteuert werden, ist eine vorteilhafte funktionale Trennung zwischen der Förderung / Dosierung / Zerstäubung einerseits und der Verdampfung andererseits realisiert.

Der Flüssigkeitskanal 27 ist vorzugsweise mittels einer zwischen der Zugabevorrichtung 20 und dem Flüssigkeitstank 18 angeordneten, die Mündung des Flüssigkeitskanals 27 nach außen umgebenden Dichtung 28 abgedichtet.

Der Dampf bzw. das Aerosol 40 wird entweder der Luftströmung 34 zugeführt, indem diese außen an der Austrittsöffnung 42 der Verdampferkammer 24 vorbeiströmt, siehe Figuren 1 und 3. In alternativen Ausführungsformen durchströmt der Luftstrom 34 die Zugabevorrichtung 20 und der Dampf bzw. das Aerosol 40 wird in der Verdampferkammer 24 von der Luftströmung 34 mit- und aufgenommen. Die Zugabevorrichtung 20 kann fern vom Mundende 32 des Zigarettenprodukts 10, insbesondere im Bereich der Schnittstelle 57 zwischen der Kartusche 21 und dem Grundteil 56 angeordnet sein, wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1. Die Zugabevorrichtung 20 kann alternativ nahe am Mundende 32 des Zigarettenpro- dukts 10 angeordnet sein. Auch eine zum Flüssigkeitstank 18 seitliche Anordnung insbesondere im Bereich der elektrischen/elektronischen Einheit 19 ist möglich.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind sowohl das Zerstäuberbauteil 22 als auch das Verdampferbauteil 23 in Mikrosystem-Technik auf einem Substrat 38, beispielsweise aus einem Polymer, Glas, Keramik, Metall, Halbmetall, z.B. Silizium, Siliziumverbindungen oder Metalloxidverbindungen, ausgeführt. Mikrosystem- technische Einheiten weisen elektrische und/oder mechanische Strukturen mit Abmessungen im Mikrometer- bzw. Sub-Millimeter-Bereich auf, die in einem einheitli- chen Bearbeitungsvorgang in ein Substrat eingearbeitet werden. Im Falle eines Zerstäuberbauteils 22 werden insbesondere der Flüssigkeitskanal 27, der elektrische Aktuator 25 und ggf. in dem Zerstäuberbauteil 22 vorgesehene Sensorik in einem einheitlichen Bearbeitungsvorgang der Mikrosystem-Technologie in das Substrat 38 eingearbeitet. Im Falle eines Verdampferbauteils 23 wird insbesondere das Heizelement 36 und ggf. ein Piezoelement zum Vibrieren des Heizelements 36 und in dem Verdampferbauteil 23 vorgesehene Sensorik in einem einheitlichen Bearbeitungsvorgang der Mikrosystem-Technologie in das Substrat 38 eingearbeitet. In der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist daher die gesamte Zugabevorrichtung 20 als einheitliche mikrosystemtechnische Einheit 45 ausgeführt.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist das Heizelement 36 flach und parallel zu der Oberfläche des Substrats 39, also quasi„liegend" angeordnet. Andere Ausführungsformen sind möglich. In dem Flüssigkeitskanal 27 kann eine Vorheizung mit einem elektrischen Vorheizelement und einer Vorwärmkammer angeordnet sein.

In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist nur das Zerstäuberbauteil 22 als mikrosystemtechnische Einheit 45 ausgebildet, während das Substrat 39 des Verdampferbauteils 23 aus einem nichtleitenden Material, insbesondere Glas, Keramik oder einem Kunststoff, gefertigt ist. Dieser Aufbau kann kostengünstiger und somit vorteilhaft sein.

Die Verbrauchseinheit 17 bzw. die Kartusche 21 umfasst vorteilhaft einen nichtflüchtigen Informationsspeicher 53 (siehe Fig. 1) zum Speichern von die Verbrauchseinheit 17 bzw. die Kartusche 21 betreffender Information bzw. Parame- tern, beispielsweise in Ausführung als EEPROM, RFID oder anderer geeigneter Form. Der Informationsspeicher 53 kann Teil der elektrischen/elektronischen Einheit 1 9 oder separat davon ausgebildet sein. I n dem I nformationsspeicher 53 gespeichert ist vorteilhaft I nformation zum I nhaltsstoff, d.h . zur Zusammensetzung der in dem Flüssigkeitstank 1 8 gespeicherten Flüssigkeit; Information zum Pro- zessprofil, insbesondere Leistungs-/Temperatursteuerung; Daten zur Zustands- überwachung bzw. Systemprüfung, beispielsweise Dichtigkeitsprüfung; Daten betreffend Kopierschutz und Fälschungssicherheit, insbesondere umfassend eine I D zur eindeutigen Kennzeichnung der Verbrauchseinheit 1 7 bzw. Kartusche 21 ; Seriennummer, Herstelldatum und/oder Ablaufdatum; und/oder Zugzahl (Anzahl der Inhalationszüge durch den Konsumenten) bzw. der Nutzungszeit. Der Datenspeicher 53 ist vorteilhaft über Kontakte und/oder Leitungen mit der Steuereinrichtung 1 5 des Grundteils 56 verbunden oder verbindbar.

Zwischen der Verbrauchseinheit 1 7 bzw. der Kartusche 21 und der Energieversor- gungseinheit 12 ist vorteilhaft eine elektrische Verbindung 54 über eine entsprechende elektrische Schnittstelle 55, die eine Auswechslung der Kartusche 21 ermöglicht, vorgesehen. Die elektrische Verbindung 54 dient einerseits dem Datenaustausch zwischen der Verbrauchseinheit 1 7 bzw. der Kartusche 21 und der Energieversorgungseinheit 1 2, andererseits der Stromversorgung der Verbrauchs- einheit 1 7 bzw. der Kartusche 21 durch den elektrischen Energiespeicher 14.

Die Energieversorgungseinheit 1 2 bzw. das Grundteil 56 kann vorteilhaft eine Ladeschnittstelle 60 zum Aufladen des Energiespeichers 14 aufweisen. Die Ladeschnittstelle 60 kann beispielsweise eine Aufladung per Induktion oder direkter elektrischer Ankopplung ermöglichen. Anstelle einer Ladeschnittstelle kann der

Energiespeicher auch als Tauschakku oder Tauschbatterie ausgebildet sein, wobei ein entladener Energiespeicher 14 von dem Konsumenten aus dem Zigarettenprodukt 1 0 entnehmbar und ein geladener Energiespeicher 14 wieder einsetzbar ist. Es sind auch Ausführungsformen mit Einweg-Energiespeicher 14, insbesondere Batterie, ohne Ladeschnittstelle 60 denkbar, wobei das Grundteil nach Entladung des Energiespeichers 14 entsorgt wird .

Bei sämtlichen in den Figuren gezeigten Ausführungsformen weist die Verbrauchseinheit 1 7 bzw. die Kartusche 21 eine elektrische Steuereinheit 19 und weitere elektrische Komponenten, insbesondere Aktuatoren 25 und Heizelemente 36 auf. Es sind jedoch auch Ausführungsformen möglich, bei denen die elektrische Steuereinheit 1 9 und/oder die weiteren elektrischen Komponenten vollständig in dem wiederverwendbaren Grundteil 56 angeordnet sind, so dass die Anzahl der elektrischen Komponenten in der Verbrauchseinheit 1 7 bzw. Kartusche 21 reduziert sind, oder die Verbrauchseinheit 1 7 bzw. Kartusche 21 höchstens passive elektrische Komponenten (passiver Datenspeicher 53 wie RFI D, Transponder oder dergleichen) umfasst, oder frei von elektrischen Komponenten ist. Diese Ausführungsformen haben den Vorteil, dass eine elektrische Kontaktierung der Kartusche 21 über die elektrische Schnittstelle 55 vorteilhaft entfallen kann.

Der erfindungsgemäß aufgefundene, universelle Zusammenhang zwischen Liquidzusammensetzung, Temperaturverhalten während der Verdampfung und Wirkstofffreisetzung wird im Folgenden anhand der Diagramme in den Figuren 4A bis 4D erläutert. Diese Kurven wurden bespielhaft berechnet für ein Referenz-Komponen- tengemisch mit 63 Gewichts-% Propylenglycol (PG), 29,85 Gewichts-% reinem Glycerin (GL), 5, 1 5 Gewichts-% Wasser (H ₂ 0) und 2 Gewichts-% Nikotin (N) unter der Annahme einer offenen Verdampfung, d.h. der Dampf (Gasphase) wird kontinuierlich entfernt. Des Weiteren betreffen die Figuren 4A bis 4D den Fall, wo eine anfängliche Flüssigkeitsmasse vollständig verdampft wird . (Dies ist zu unterscheiden von dem als„refill" bezeichneten Fall, wo die Flüssigkeitsmasse durch Nachförderung weiterer Flüssigkeit konstant gehalten wird).

Sämtliche Kurven sind aufgetragen über dem Verhältnis m _G /m _Li o der verdampften Masse m _G bezogen auf die Anfangsmasse m _{L 0} des gesamten Liquids. Figur 4A zeigt die verbleibende Masse m _L ,i (i = Komponentenindex) in der flüssigen Phase für Propylenglycol (PG), Glycerin (GL), Wasser (H ₂ 0), Nikotin (N) sowie für die Summe alle Komponenten (to. = total) bezogen auf die Anfangsmasse m _L, o des gesamten Liquids. Figur 4B zeigt die Massenanteile w _{G ,} i in der Gasphase in Prozent für Propylenglycol (PG), Glycerin (GL), Wasser (H ₂ 0) und Nikotin (N). Figur 4C zeigt diesel- ben Massenanteile w _L, i in der flüssigen Phase in Prozent. Figur 4D zeigt die Siedetemperatur T _B in °C des Komponentengemisches unter der Annahme einer isobaren Verdampfung .

Figur 4B ist besonders instruktiv, da es die Veränderung der Zusammensetzung des vom Konsumenten inhalierten Dampfes (Gasphase) zeigt. Aus Figur 4B ist ersieht- lieh, dass die Verdampfung der Komponenten Wasser, Propylenglycol und Glycerin im Wesentlichen nicht azeotrop, sondern überwiegend sukzessiv erfolgt, wobei die Reihenfolge durch die jeweiligen Siedetemperaturen bestimmt wird. Die Verdampfung von Nikotin kann an die Verdampfung von Propylenglycol gebunden sein und/oder zwischen der Verdampfung von Propylenglycol und der von Glycerin maximal sein. Jedenfalls ist im zeitlich letzten Abschnitt, wenn im Wesentlichen Glycerin verdampft wird, das Nikotin im Wesentlichen bereits vollständig verdampft, siehe auch Figur 4C. Es ist ersichtlich, dass die Konzentration und Wirksamkeit des Wirkstoffs Nikotin, sowie die Zeitdauer der Wirkstoffbeigabe, durch den Anteil an Glyce- rin (allgemein der oder einer höher siedenden Komponente) in dem Komponentengemisch gesteuert werden kann.

Wenn die Verdampfertemperatur (Temperatur der Heizeinrichtung 36) vorteilhaft etwa im Bereich zwischen der Siedetemperatur des Wirkstoffs und der Siedetempe- ratur der oder einer höher siedenden Komponente gewählt wird, hier beispielsweise im Bereich zwischen 250 °C und 290 °C, vorzugsweise im Bereich zwischen 260 °C und 290 °C, weiter im Bereich zwischen 270 °C und 290 °C, beispielsweise bei etwa 280 °C, folgt der Temperaturverlauf der Heizeinrichtung 36 der in Figur 4D gezeigten Kurve bis zum Erreichen der eingestellten Maximaltemperatur (beispielsweise 280 °C), die jedoch nicht mehr ausreicht, um die höher siedende Komponente (hier Glycerin) effektiv zu verdampfen. Der Konsument merkt an der fehlenden Dampfentwicklung , dass der Anteil des Wirkstoffs im Kartuscheninhalt aufgebraucht ist, und wechselt die verbrauchte Kartusche 21 , die noch einen erheblichen Anteil der höher siedenden (Dummy-) Komponente (Glycerin) enthalten kann, gegen eine neue Kartusche 21 aus.

Die in den Figuren 4A bis 4D gezeigten universellen Kurven lassen sich für jedes relevante Komponentengemisch berechnen oder per Kalibrierung vermessen. Die optimalen Verdampfungsparameter lassen sich für jedes relevante Komponenten- gemisch aus den universellen Verdampfungskurven ableiten und werden hersteller- seitig in einem Datenspeicher 59 des Grundteils 56 abgelegt. Der Datenspeicher 59 ist vorteilhaft in der elektronischen Einheit 15 des Grundteils 56 vorgesehen. Beim Einsetzen einer neuen Kartusche 21 in das Zigarettenprodukt 1 0 liest die elektronische Steuereinrichtung 1 5 des Grundteils 56 die Kennung der Kartusche 21 , die in dem Datenspeicher 53 der Kartusche 21 hinterlegt ist und das in der Kartusche 21 enthaltene Komponentengemisch eindeutig beschreibt, aus dem Datenspeicher 53 aus, lädt den der Kennung eindeutig zugeordneten Verdampfungsparametersatz aus dem Datenspeicher 59 des Grundteils 56 aus , und steuert den Zerstäuber 48 und/oder den Verdampfer 49 auf der Grundlage des eingelesenen Verdampfungspa- rametersatzes. Auf diese Weise wird für jedes Komponentengemisch eine optimale Verdampfung automatisch sichergestellt. Es ist auch mög lich , die Verdampfungsparameter in dem Datenspeicher 53 der Kartusche 21 von der elektronischen Steuereinrichtung 1 5 auslesbar zu hinterlegen. I n diesem Fall kann eine Hinterleg ung in dem Datenspeicher 59 des Grundteils 56 entbehrlich sein .

Das Diagram m in Figur 5 verdeutlicht einerseits den gezielten Einsatz der Liquidzusammensetzung zur Beeinflussung der Wirkstofffreisetzung bei gegebener bzw. eingestellter Grenztem peratur ( aximaltem peratur) des Verdampfers. Der untere Teil von Figur 5 zeigt drei untersch iedliche Kom ponentengemische. I m linken Fall über- wiegt die Komponente K1 gegenüber der Komponente K2. I m mittleren Fal l haben die Kom ponenten K 1 und K2 etwa verg leich bare Anteile. I m rechten Fall ü berwiegt die Kom ponente K2 gegenüber der Komponente K1 . Die Komponente K1 kön nte beispielsweise höher, die Komponente K2 niedriger als der Wirkstoff sieden. Aus dem oberen Teil von Fig ur 5 ist ersichtlich, dass sich die Maximaltemperatur des Verdam pfers T _max nach den jeweiligen Anteilen des Komponentengemisches ändert. I n jedem Fall sollte die Maximaltem peratur des Verdampfers T _max unterhalb der kritischen Temperatur T _c liegen , welche die Grenze für Schadstofffreisetzung ma rkiert.

Die Kurvenverläufe im unteren Teil der Fig ur 5 zeigen den zeitlichen Verlauf der Wirkstofffreisetzung . Im linken Fall wird der Wirkstoff (etwa N ikotin N) überwiegend relativ früh freigesetzt, im mittleren Fall liegt das Maxim um der Wirkstofffreisetzung in einem mittleren zeitlichen Bereich , während im rechten Fall der Wirkstoff überwiegend relativ spät freigesetzt wird . Dies verdeutlicht, wie der zeitliche Verlauf der Wirkstofffreisetzung durch Wahl der Anteile der Komponenten des Komponenten- gemisches gezielt eingestel lt bzw. gesteuert werden kann .

Andererseits kann die Figur 5 auch eine zeitliche Änderung der Kom ponentenanteile während der Kartuschenentleerung infolge partieller Entmischung des Kom ponentengemisches darstellen . I n diesem Fall ist die horizontale Achse in Fig ur 5 eine Zeitachse, die hier von rechts nach links verläuft, entsprechend einer mit der Zeit ansteigenden Maximaltemperatur T _max .

Wie im Folgenden erläutert wird, beschreibt die Figur 5 im Zusammenhang mit den Figuren 6A bis 6C drei wesentlich unterschiedliche Betriebsarten bzw. Technologien des Inhalators.

Die Figuren 6A bis 6C verdeutlichen, wie durch unterschiedlichen Transport der Flüssigkeit von dem Flüssigkeitstank 18 zu der Zugabevorrichtung 20 bzw. zu dem Verdampfer 49 das Verdampfungsverhalten und die Wirkstofffreisetzung gezielt be- einflusst werden kann.

Figur 6A betrifft eine tröpfchengenaue aktive Förderung der Flüssigkeit von dem Flüssigkeitstank 18 zu dem Verdampfer 49 zur Erzeugung des Dampfs 40. Ein typi- sches Ausführungsbeispiel hierfür wäre ein Freistrahl-Zerstäuber 48 nach dem Ink- jet- oder Bubblejet-Prinzip. Diese Variante führt zu einer definierten, gleichmäßigen Wirkstofffreisetzung bzw. -dosierung je Zug, insbesondere unabhängig von der jeweiligen Flüssigkeitszusammensetzung . Die einmalig oder gepulst zugeführte Liquidmenge wird vollständig verdampft. Durch die vorteilhafte Steuerung oder Regelung der Heizeinrichtung 36 auf die maximal benötigte Temperatur T _ma x zur Verdampfung der höchstsiedenden Einzelkomponente des Liquids bleibt diese nach dem Verdampfungsvorgang frei von Liquidrückständen. Die Zusammensetzung des Dampfes entspricht bei jedem Zug der Ausgangszusammensetzung des Liquids.

Dem entsprechend wird also in Figur 5 die Wirkstofffreigabe in Abhängigkeit des Volumen-Anteils einer höhersiedenden Komponente für drei unterschiedliche, unabhängige Liquids gezeigt. Wann immer man pro Inhalation/Raucherzug die Flüssigkeitszusammensetzung konstant hält, wird auch die Wirkstofffreigabe bei jedem Zug gleichbleiben. In der technologischen Umsetzung entspricht das der Fig. 6A, in der man immer einen identisch zusammengesetzten Tropfen der Verdampfung zuführt. Im eigentlichen Reservoir findet somit keine Entmischung statt.

Figur 6B betrifft eine aktive Förderung zum Verdampfer 49 über ein Zwischenreser- voir 70, das entweder in der Kartusche 21 oder in dem Grundteil 56 angeordnet ist. Diese Variante führt zu einer kontrollierten Wirkstofffreisetzung über eine definierte Zugzahl bei Verdampfung aus dem Zwischenreservoir 70. Im Zwischenreservoir 70 findet eine Entmischung der Flüssigkeit abhängig von der Flüssigkeitszusammensetzung und der erlaubten Maximaltemperatur T _max des Verdampfers statt. Der Verdampfer wird bei dieser Variante vorteilhaft auf eine Temperatur unterhalb oder gleich der benötigten Temperatur T _max zur Verdampfung der höchstsiedenden Einzelkomponente des Liquids gesteuert oder geregelt. Die Liquidzusammensetzung bestimmt die Konzentration und zeitliche Freisetzung des Wirkstoffs im Dampf. Die dem Zwischenreservoir 70 einmalig oder gepulst zugeführte Liquidmenge wird während der definierten Zugzahl vollständig verdampft.

Figur 6C betrifft eine passive Förderung über eine Transporteinrichtung 71, beispielsweise eine Rohrleitung, zu der Zugabevorrichtung 20 bzw. dem Verdampfer 49. Diese Variante führt zu einer kontrollierten Wirkstofffreisetzung, insbesondere durch Regelung der Verdampfungstemperatur auf einen Wert unterhalb der benötigten Temperatur T _max zur Verdampfung der höchstsiedenden Einzelkomponente des Liquids. Im Flüssigkeitstank 18 findet eine Entmischung der Flüssigkeit abhängig von der Flüssigkeitszusammensetzung und der erlaubten Maximaltemperatur T _max des Verdampfers statt. Hierdurch wird der Wirkstoff gezielt ausgetrieben, ohne dass der gesamte Inhalt des Liquidreservoirs verdampft. Die Wirkstoffkonzentration im Dampf wird gegenüber der Wirkstoffkonzentration im Liquid erhöht. Bevor die höchstsiedende Einzelkomponente in die Gasphase übergeht, ist kein Wirkstoff in dem Flüssigkeitstank 18 mehr vorhanden. Durch die Begrenzung der Verdampfungstemperatur schaltet das System ab, bevor Schadstoffe emittiert wer- den können.

Sobald also in einem (Zwischen-)Reservoir 70, 18 eine Entmischung stattfinden kann, Fig. 6B bzw. 6C, beschreibt die Fig. 5 in diesem Fall die langsame zeitliche Entmischung des Liquids (in Figur 5 von rechts nach links) an drei beispielhaften Zustandspunkten, also auf der übergeordneten horizontalen Zeitskala die Veränderung des Zeitpunkts der Wirkstofffreigabe pro Zug und parallel dazu den Anstieg der für die Verdampfung benötigten Systemtemperatur, da die Temperatur proportional zum Anstieg des Anteils der höchstsiedenden Komponente verläuft, analog zu Fig. 4C und 4D. Die in Fig. 4A bis 4D beschriebene Erkenntnis erlaubt damit, bei vorhandener Hardware, Fig. 6A bis 6C, drei verschiedene Regelungskonzepte für die jeweilige entsprechende Hardware umzusetzen.