DE3404635C2

DE3404635C2 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Härte eines rauchbaren Artikels

Info

Publication number: DE3404635C2
Application number: DE3404635A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dr.-Ing. 2070 Ahrensburg Federle; Friedrich Dipl.-Ing. 2072 Bargteheide Walther
Original assignee: BAT Cigarettenfabriken GmbH
Current assignee: British American Tobacco Germany GmbH
Priority date: 1984-02-09
Filing date: 1984-02-09
Publication date: 1986-07-03
Also published as: DE3404635A1; GB8503203D0; GB2153654A; US4615342A; IT1200381B; IT8519440A0; GB2153654B; CA1224644A

Abstract

Eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Härte eines rauchbaren Artikels, insbesondere einer Cigarette, aus den mechanischen Eigenschaften eines Strangs von Tabakfasern während der Herstellung dieses rauchbaren Artikels erfaßt die Temperatur des Formatfingers, der den Strang der Tabakfasern auf einen vorgegebenen, vom Durchmesser des fertigen rauchbaren Artikels abhängenden Durchmesser verdichtet. Diese Temperaturmessung, die mittels eines Thermoelementes, eines Widerstandsthermometers oder eines Halbleiter-Temperaturfühlers erfolgen kann, stellt ein exaktes, reproduzierbares Maß für die Härte des rauchbaren Artikels dar, der mit diesem Strang von Tabakfasern hergestellt wird.

Description

a) mit einem Formatfinger für die Verdichtung des Strangs von Tabakfasern auf einen vorgegebenen Durchmesser, und ;

b) mit einem an dem Formatfinger vorgesehenen Aufnehmer für die von dem Strang auf den Formatfinger ausgeübte Kraft, die ein Maß für die Härte des rauchbaren Artikels darstellt,

dadurch gekennzeichnet, daß

c) der Aufj*Ehmer (30) als Wirkung der Kraft die durch die Reibungswärme bei einer vorgegebenen Fördergeschwindigkeit des Strangs hervorgerufene Temperatur des Formatfingers (12) erfaßt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperatur-Aufnehmer ein Widerstandsthermometer (30) verwendet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperatur-Aufnehmer ein Thermoelement (3C) verwendet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperatur-Aufnehmer ein Halbleiter-Temperaturfühler (3C) ven-endet wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Aufnehmer für die von dem Strang auf den Formatfinger in einem Bereich, in dem der Durchmesser des Strangs von Tabakfasern etwa dem Tabakdurchmesser des fertigen, rauchbaren Artikels entspricht, ausgeübte Kraft, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Temperatur-Aufnehmer (30) an einer Stelle (32) in diesem Bereich des Formatfingers (12) befindet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatur-Aufnehmer (30) in einer Sackbohrung angeordnet ist, die von der Oberseite des Formatfingers (12) in Richtung auf den Strang von Tabakfasern verläuft.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Ende der Sackbohrung und der unteren Fläche des Formatfingers (12) möglichst gering ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Temperatur-Aufnehmer (34) am Einlauf des Formatfingers (12) angeordnet ist, und daß als Meßsignal eine errechnete Größe aus den Ausgangssignalen der beiden Temperatur-Aufnehmer (30, 34) verwendet wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Temperatur-Aufnehmer (30, 34) in Transportrichtung des Stranges von Tabakfasern gesehen, in der Mitte des Formatfingers (12) angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Härte eines rauchbaren Artikels aus den mechanischen Eigenschaften eines Strangs von Tabakfasern während der Herstellung dieses rauchbaren Artikels der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei der Qualitätskontrolle in der Cigarettenproduktion wird der Härte der Cigaretten immer größere Beachtung geschenkt, da sich aus einer Härtemessung auf

ίο relativ einfache Weise feststellen läßt, ob ein rauchbarer Artikel, bspw. eine Cigarette, ausreichend gefüllt ist oder nicht Gerade die mangelhafte Füllung von rauchbaren Artikeln stellt jedoch einen häufigen Reklamationsgrund dar.

Deshalb wird in einem Artikel aus »Beiträge zur Tabakforschung«, Band 4, Heft 7, Dezember 1968, ein Gerät zur Prüfung der Härte von Cigaretten beschrieben, mit dem die Durchmesseränderung von Cigaretten unter bestimmter Belastung nach einer vorgegebenen Zeit gemessen und daraus die Härte ermittelt wird. Dieses praktisch statische Verfahren ist jedoch nur für Stichprobenkontrollcn geeignet, kann also nicht für die laufende, kontinuierliche Überwachung der Härte des rauchbaren Artikels während der Fertigung und für die entsprechende Regelung der gesamten Produktion eingesetzt werden.

Außerdem geht aus der US-PS 34 11 513 ein Verfahren hervor, bei dem ein bewegter, fertiger, mit Papier umhüllter Tabakstrang durch einen Luftstrom deformiert und die zugehörige Nachführung der Düse erfaßt wird. Die dabei auftretende Bewegung der Düse steht in einem Zusammenhang mit der Füllkraft des Tabaks und damit der Härte der Cigarette. Die hierbei gewonnenen Aussagen werden jedoch durch Durchmesserschwankungen sowie die Porosität des Cigarettenpapiers beeinflußt, so daß nur in wenigen Fällen eine exakte Korrelation zur statischen Messung der Härte über dte Ermittlung der Eindringtiefe besteht, wie sie aus dem angezogenen Artikel bekannt ist.

Weiterhin sind verschiedene Verfahren bekannt, bei denen die Verformung des Formatfingers unter dem Einfluß des entlangfließenden Stroms von Tabakfasern erfaßt und damit ein kontinuierliches Meßsignal gewonnen wird, das in einer Korrelation zur Härte der fertigen Cigarette stehen soll. So geht aus der DE-OS 22 41 774 eine Vorrichtung hervor, bei der ein Kraftaufnehmer, im allgemeinen ein Dehnungsmeßstreifen, vorgesehen ist, der die Verformung der Tragbrücke für den Formatfinger erfaßt. Eine andere Variante ist aus der DE-OS 24 57 141 bekannt, bei der die Auslenkung des vorderen Teils des zweigeteilten Formatfingers unter der Einwirkung des Strangs von Tabakfasern ermittelt wird. Und schließlich geht aus der US-PS 26 67 172 eine Vorrichtung hervor, die an verschiedenen Stellen die vertikalen und horizontalen Kräfte erfaßt, die der Tabakstrang auf seine Führung und insbesondere auf den Formatfinger ausübt. So wird beispielsweise die Breite des Spalts zwischen dem vorderen Ende des Formatfingers und einem Aufnehmer, d. h., die Auslenkung des vorderen Endes des Formatfingers, erfaßt.

Aus dem DE-GM 82 23 662 geht eine Vorrichtung zum Messen der Füllkraft von Tabak innerhalb eines auf einem kontinuierlich angetriebenen Förderer transportierten Tabakstromes hervor, bei der der Tabakstrom durch wenigstens zwei in Förderrichtung hintereinanderliegende Rollen beaufschlagt ist; dabei übt, bezogen auf die Förderrichtung, die jeweils stromabwärts nachgeordnete Rolle eine stärkere Druckwirkung aus als die

stromaufwärts vorgeordnete Rolle; den Rollen sind Meßwertgeber zur Bestimmung der Größe der durch die Rollen bewirkten Verformungen des Tabakstromes zugeordnet, deren Ausgänge mit einer Auswertschaltung zur Bildung einer ein Maß für die FOllkraft des Tabaks ergebenden Funktion aus den genannten Größen verknüpft sind. Auf diese Weise wird also die Kompressibilität durch Vergleichsmessung an zwei längs der Bearbeitungsbahn des Stranges verschiedenen Stellen ermittelt, an denen der Strang unterschiedliche Höhen aufweist bzw. durch unterschiedliche Druckkräfte belastet wird.

Zur Berücksichtigung von Feuchte-Schwankungen des Tabakstroms bei der Füllkraftbestimmung ist die erste Rolle mit einer Feuchtmeßanordnung zur kapazitiven Feuchtemessung des Tabaks versehen. Der von einem Feuchtemeßwertgeber abgegebene Feuchte-Meßweri für die prozentuale Tabakfeuchtigkeit wird ebenfalls der Auswertschaltung zugeführt. Dieser Wert für die Tabakfeuchtigkeit wird mittels eines Summiergüedes der Auswertschaltung nach Multiplikation mit einem tabakspezifischen Faktor als Korrekt' .-rwert bei der Füllkraftermittlung berücksichtigt

Bei Vorrichtungen nach Art der US-PS 34 11513, DE-OS 22 41 774, DE-OS 24 57141 und US-PS 26 67 172 korreliert das Meßergebnis jedoch nur dann linear mit der Härte der fertigen Cigarette, wenn der Aufnehmer die Verformung des Formatfingers an derjenigen Stelle erfaßt, an der der Durchmesser des Strangs von Tabakfasern etwa dem Tabakdurchmesser des fertigen, rauchbaren Artikels entspricht, wie es aus der älteren Anmeldung P 33 06 543.8-23 bekannt und, obwohl dies dort nicht ausdrücklich erwähnt wird, zu einem wesentlichen Teil im Endergebnis wohl auch bei der Vorrichtung nach der DE-OS 24 57 141 verwirklicht ist

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Härte eines rauchbaren Artikels aus den mechanischen Eigenschaften eines Strangs von Tabakfasern während der Herstellung dieses rauchbaren Artikels der angegebenen Gattung zu schaffen, die auf meßtechnisch einfache Weise ein sehr exaktes Maß für die Härte des fertigen rauchbaren Artikels liefert, nämlich ein Meßsignal, das in einer linearen Beziehung zur Härte des fertigen rauchbarer» Artikels steht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die Merkmale der Unteransprüche definiert.

Die mit uer Erfindung erzielten Vorteile beruhen darauf, daß die durch die Reibungskräfte zwischen dem Strang von Tabakfasern und der Unterseite des Formatfingers bei einer vorgegebenen Fördergeschwindigkeit des Stranges erzeugte Wärme und damit die entsprechende Temperatur des Formatfingers sehr exakt mit der Härte des fertigen rauchbaren Artikels korreliert, d. h., eine meßtechnisch einfach durchzuführende Überwachung der Temperatur des Formatfingers ein sehr exaktes Maß für die Härte des hergestellten, rauchbaren Artikels liefert. Aus einer Abweichung der Temperatur des Formatfingers von einem vorgegebenen Soll-Wert kann man also auf eine entsprechende Abweichung der Härte des fertigen rauchbaren Artikels schließen, so daß eine Regelung der verschiedenen Produktionsparameter im Sinne einer Aufhebung dieser Abweichung möglich ist.

Die optimale Korrelation zwischen Temperaturmessung und Härte des rauchbaren Artikels ergibt sich, wenn der in eine Bohrung des Formatfingers eingesetzte Temperaturaufnehmer auf der Oberfläche des Strangs von Tabakfasern aufliegt Hierbei ergeben sich jedoch produktionstechnische Probleme, da sich die Tabakfasern in der Öffnung dieser Bohrung verfangen können. Außerdem kommt es zu einem relativ raschen Verschleiß des eigentlichen Meßelementes.

Für die Belange der Praxis reicht es jedoch aus, wenn der Meßaufnehmer in einer Sackbohrung des Fonnatfingers angeordnet und die an der Stirnseite der Sackbohrung verbleibende Wandstärke möglichst gering ist, etwa im Bereich von 0,1 mm liegt Dadurch wird der Temperaturaufnehmer gegen eine direkte Berührung mit dem Strang von Tabakfasern geschützt, ohne daß sich eine relevante Beeinträchtigung der Korrelation zwischen Temperaturmessung und Härte des fertigen rauchbaren Artikels ergibt

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Temperatur des Formatfingers an eim;r Stelle erfaßt, an der der Durchmesser des Strangs von Tauakf asern etwa dem Tabakdurchmesser des fertigen, rauchbaren Artikels entspricht da an dieser Stelle die Verdichtung des Strangs von Tabakfasern exakt gleich der Verdichtung des Tabaks in dem fertigen, rauchbaren Artikel ist, sich also insoweit äquivalente Verhältnisse wie bei dem fertigen rauchbaren Artikel ergeben.

Es ist möglich, neben dem eigentlichen Temperatur-Aufnehmer noch einen Kompensations-Temperatur-Aufnehmer, beispielsweise auf der Einlaufseite des Formatfingers, vorzusehen, wobei die Differenz der Meßwerte der beiden Temperaturaufnehmer als Maß für die Härte des fertigen, rauchbaren Artikels herangezogen wird. Dadurch ergibt sich eine selbsttätige Kompensation der Umgebungseinflüsse, nämlich der Umgebungstemperatur sowie eventueller Luftströmungen, die sonst das Meßergebnis verfälschen können. Außerdem lassen sich durch diese Differenzmessung Aussagen über die Kompressibilität (vgl. auch DE-GM 82 23 662) der Cigaret:? gewinnen.

Zur Eichung der Vorrichtung muß nur der Absolutwert der Temperatur des Formatfingers bei den üblichen, hier interessanten Betriebsbedingungen, nämlich insbesondere der Transportgeschwindigkeit des Strangs von Tabakfasern, erfaßt werden, die zur optimalen Härte des fertigen, rauchbaren Artikels führen. Jeder Abweichung von diesem Soll-Wert kann dann durch Einstellung des entsprechenden Produktionsparameters entgegengewirkt werden.

Diese Abhängigkeit des Meßergebnisses vom stationären Produktionsbetrieb führt allerdings dazu, daß sich bei instabilen Zuständen, beispielsweise beim Anlaufen einer Cigarettenmaschine, keine verwertbaren Aussagen ergeben.

Als Temperatur-Aufnehmer sind insbesondere Widerstandsthermometer, Thermoelemente und Halbleiter-Temperaturfühler geeignet, d. h., Temperatur-Aufnehmer mit kleinen, genau definierten Meßköpfen, die ohne Problsme in entsprechenden Bohrungen des Formatfingers untergebracht werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht des Formatfingers und des Formatbandes einer Cigarettenmaschine,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur kontinuierlichen

Messung der Härte,

Fig.3 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Messung der Härte mit zwei Temperatur-Aufnehmern,

F i g. 4 eine Draufsicht auf den Formatfinger mit eingesetztem Temperaturaufnehmer, und

F i g. 5 eine Kurvendarstellung, bei der die Temperatur des Formatfingers in Grad Celsius über der korrigierten Deformation einer fertigen Cigarette, ausgedrückt in mm, aufgetragen ist.

F i g. 1 zeigt einen Teil einer herkömmlichen Cigarettenmaschine, in dem der in Richtung des Pfeils antransportierte, etwa zylindrische Strang von Tabakfasern von einem Durchmesser von etwa 11 mm auf den Soll-Durchmesser von etwa 6,8 mm verdichtet wird; dabei wird der auf dem Formatband 10 liegende Tabakstrang durch den Formatfinger 12, der etwa die Form eines hohlen Halbzylinders hat, auf den gewünschten Durchmesser zusammengedrückt.

Wie man in F i g. 1 erkennt, ist der Formatfinger 12 an einer senkrecht angeordneten, relativ starren Platte 14 befestigt, die wiederum an einem horizontalen Träger 16 angebracht ist.

Geht man davon aus, daß der Tabakstrang am Einlauf in den Formatfinger 12 einen Durchmesser von 11 mm und am Auslauf einen Durchmesser von 6,8 mm hat, so ergibt sich an der in F i g. 1 angedeuteten Stelle ein Abstand zwischen Formatband 10 und Formatfinger 12, der 7,85 mm beträgt, also dem Durchmesser des Tabakstrangs einer fertigen Cigarette entspricht. Auch die Stopfdichte des Strangs von Tabakfasern an dieser Stelle entspricht der Stopfdichte des fertigen Strangs von Tabakfasern und damit seiner Härte.

Die Rückstellkraft des Tabaksirangs gegen die von dem Formatfinger ausgeübte Verdichtung, damit die Reibungskräfte zwischen Tabakstrang und Formatfinger 12 und damit schließlich die durch diese Reibungskräfte erzeugte Temperatur korreliert sehr exakt mit der Rückstellkraft des fertigen, rauchbaren Artikels, beispielsweise einer Cigarette, d. h_M die Temperatur des Formatfingers an dieser Stelle liefert ein exaktes, reproduzierbares Maß für die Härte der fertigen Cigarette.

Wie in F i g. 2 dargestellt, ist ein Temperatur-Aufnehmer 30 an dem Formatfinger 12 befestigt, nämlich ein Thermoelement, ein Halbleiter-Temperaturfühler oder ein Widerstandsthermometer. Der Temperaturaufnehmer 30 ist an der Stelle 32 des Formatfingers angebracht, an der der Durchmesser des Tabakstrangs dem der fertigen Cigarette entspricht.

Wie man aus F i g. 3 erkennt, ist an dieser Stelle 32 der Formatfinger 12 mit einer Sackbohrung 36 versehen, die von der Oberseite des Formatfingers 12 nach unten bis in die Nähe seiner Unterfläche verläuft, wobei die verbleibende Wandstärke etwa 0,1 mm beträgt In diese Sackbohrung ist die eigentliche Meßstelle des Temperatur-Aufnehmers 30 eingesetzt.

F i g. 4 zeigt eine Draufsicht auf diese Meßanordnung, d. h., eine Ansicht der Oberseite des Formatfingers 12 mit dem in die Sackbohrung 36 eingesetzten Temperatur-Aufnehmer 30.

Die Fig.3 zeigt weiterhin noch einen Kompensations-Temperatur-Aufnehmer 34, welcher zusätzlich zum eigentlichen Temperatur-Aufnehmer 30 auf der Einlaßseite des Formatfingers 12 vorgesehen ist und sich ebenfalls in einer Sackbohrung befindet Auch für diesen Zweck kann ein Thermoelement Widerstandsthermometer oder ein Halbleiter-Temperaturfühler verwendet werden.

Fig. 5 zeigt eine Kurvendarstellung, bei der die an der Stelle 32 mittels eines einzigen Temperatur-Aufnehmers 30 ermittelte Temperatur in Grad Celsius über der nach einer vorgegebenen Zeit gemessenen Verformung in mm einer Cigarette unter einer vorgegebenen Belastung, also der nach der eingangs erwähnten Labormethode ermittelten Härte der fettigen Cigarette, aufgetragen ist. Es läßt sich erkennen, daß die Temperatur sich praktisch linear mit der Härte ändert. Der Korrelations-Koeffizient beträgt ungefähr 99%

Aus der Kurve kann man weiterhin ablesen, daß sich bei einer Änderung der Deformation um 0,6 mm die Temperatur des Formatfingers um etwa 20⁰C ändert, d. h., es ergibt sich ein ausreichend ausgeprägtes Meßsignal, das ohne Probleme ausgewertet und für die Regelung der Produktion herangezogen werden kann. Es wird beispielsweise möglich, die Cigarettenstrang-Maschine auf kontinuierliche Cigarettenhärte zu regeln, wobei als Stellgröße sowohl die Lage der Trimmscheiben als auch die Ausbreitergeschwindigkeit in Frage kommen.

Eine selbsttätige Kompensation von äußeren Einflüssen, beispielsweise der Umgebungstemperatur sowie der Kühlwirkung von eventuellen Luftströmungen, wird durch die Verwendung des Kompensations-Temperatur-Aufnehmers 34 erreicht

Bei Bedarf kann auch das von einem dieser Aufnehmer erzeugte elektrische Signal für die Cigarettenhärte, wie üblich mit einem elektrischen Signal für die Feuchte verknüpft werden, welches beispielsweise von einem im Ausbreiter der Strang-Maschine installierten Feuchte-Meßgerät geliefert wird; damit läßt sich eine feuchtekorrigierte Cigarettenhärte gewinnen. Dieses ist notwendig, da bekanntermaßen bei unterschiedlicher Tabakfeuchte und sonst gleichen Bedingungen, die Cigarettenhärte schwankt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Härte eines rauchbaren Artikels aus den mechanischen Eigenschaften eines Strangs von Tabakfasern während der Herstellung dieses rauchbaren Artikels