DE3414247C2 - Vorrichtung zum Messen des Durchmessers von strang- oder stabförmigen Erzeugnissen der tabakverarbeitenden Industrie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Durch­ messers von streng- oder stabförmigen Erzeugnissen der tabak­ verarbeitenden Industrie, vorzugsweise eines mit porösem Umhüllungsmaterial versehenen Filterstranges, mittels einer durch ein pneumatisches Prüfsystem beaufschlagten Strangmeßdüse, wobei das Prüfsystem Mittel zum Konstanthalten des Prüfdruckes sowie Meßmittel zum Erfassen der Durchflußmenge des Prüfmittels in Abhängigkeit von Durchmesserschwankungen des Stranges aufweist.

Unter "stabförmigen Erzeugnissen" sind im hier vorliegenden Zusammenhang Zigaretten, Filterstäbe, Filterzigaretten und ähnliche Gegenstände vorgegebenen Durchmessers zu verstehen. In erster Linie befaßt sich die vorliegende Erfindung jedoch mit der Durchmessermessung an strangförmigen Erzeugnissen, wie Zigaretten- und insbesondere Filtersträngen, die kontinuierlich gefördert werden. Wenn im folgenden der Einfachheit halber nur noch von strangförmigen Erzeugnissen die Rede ist, so sollen stabförmige Artikel der obengenannten Art jedenfalls nicht aus­ geschlossen sein.

Bei der Herstellung von im Strangverfahren gefertigten Produk­ ten, wie z. B. Filterstäben, ist man bemüht, Durchmesserschwan­ kungen so gering wie möglich zu halten. Abweichungen bezüglich des Durchmessers eines Filterstranges sind insofern besonders schädlich, als bei aus Filterstopfen und Zigaretten zusammen­ gesetzten Mundstückzigaretten Stopfen und Zigaretten den gleichen Durchmesser haben müssen, damit ihre Vereinigung, beispielsweise durch ein Verbindungsblättchen, erfolgen kann, ohne daß Lücken zwischen dem Blättchen und dem Stopfen oder der Zigarette verbleiben, durch welche Nebenluft eindringen und die Raucheigenschaften verschlechtern könnte.

Eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art, die zur Durch­ messerbestimmung eines Stranges mit einem konstant gehaltenen Druck der als Prüfmittel wirkenden Luft arbeitet, ist aus der US-PS 3 585 844 bekannt, welche außerdem die Möglichkeit der Einbeziehung der Durchflußmenge des Prüfmittels zur Durch­ messerbestimmung offenbart.

Eine derartige Vorrichtung sowie auch andere herkömmliche Strangmeßdüsen (beispielsweise gemäß der britischen Patent­ schrift 1 521 116 der Anmelderin) zum Messen des Durchmessers eines mit einem praktisch gasundurchlässigen Umhüllungsmaterial versehenen Filterstranges arbeiten seit langer Zeit mit guten Ergebnissen hinsichtlich exakter Signalgewinnung.

Die zunehmende Verwendung vorperforierten Belagpapiers zum Ver­ binden von Filterstopfen und Zigaretten erfordert jedoch den Einsatz von mehr oder weniger luftdurchlässigem, d. h. porösem Umhüllungsmaterial für die Filterkomponenten. Bei der Verwen­ dung derartigen Materials konnten auf Dauer keine sicheren Meßergebnisse mehr erhalten werden, d. h. geringe Durchmesser­ schwankungen des Filterstranges nicht mehr erfaßt und korrigiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung anzugeben, die auch bei Verwendung hochporösen Umhüllungs­ materials des Filterstranges bzw. bei Porositätsschwankungen derartigen Umhüllungsmaterials exakte, für Steuerungszwecke besonders gut verwertbare Meßsignale liefert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Strangmeßdüse eine schmale, den Strang ringförmig umschließende Prüfkammer aufweist, welche an das auf einen eine Verformung des Stranges ausschließenden Prüfdruck eingestellte Prüfsystem angeschlossen ist, und daß in die Strangmeßdüse eine an sich bekannte Strangführung der Art integriert ist, daß zwischen der Prüfkammer und der Strangführung eine erweiterte, mit der Atmosphäre verbundene Entspannungskammer vorgesehen ist.

Auf diese Weise sind durch in tolerierbaren Grenzen erfolgende Porositätsschwankungen des Umhüllungsstreifens bewirkte Durch­ flußmengenschwankungen des Prüfmittels praktisch nicht fest­ stellbar, so daß hochgenaue Meßsignale für den Durchmesser des Stranges gewonnen werden. In der Entspannungskammer kann sich das Prüfmittel schlagartig entspannen und unter Umgehung der Strangführung in die Atmosphäre entweichen.

Um den Einfluß der Porosität des Umhüllungsmaterials auf den auf Konstanz geregelten Prüfdruck so gering wie möglich zu halten, d. h. einen derartigen Einfluß außerhalb der eigent­ lichen Prüfzone abzuwenden, ist vorschlagsgemäß die Prüfkammer über einen durch eine schneidenförmige Kante begrenzten Prüf­ spalt mit der Entspannungskammer verbunden.

Darüber hinaus ist gemäß einer zusätzlichen Ausgestaltung der Durchmesser der Strangführung kleiner als der Durchmesser der Prüfkammer, womit erreicht wird, daß sich Ablagerungen in Form von Leimresten oder dergleichen nicht in der Prüfkammer sondern in der Strangführung absetzen, womit eine Verfälschung der Meß­ signale ausgeschlossen ist.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht in der Unempfindlichkeit des Meßsystems gegenüber Porositätsschwan­ kungen des Umhüllungspapiers, so daß selbst ganz geringe Durch­ messerschwankungen des Stranges in Form von differenzierten, unverfälschten Meßsignalen erfaßt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert
Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine in ein schematisch angedeutetes Prüfsystem integrierte Strangmeßdüse zum Überwachen des Durchmessers eines Filterstranges,

Fig. 2 eine mit dem Prüfsystem gemäß Fig. 1 bei unter­ schiedlich porösem Umhüllungsmaterial erhaltene Kennlinienschar von Meßsignalen,

Fig. 3 eine Variante eines Durchmesserprüfsystems mit integriertem Prüfsystem zur Kompensation von Po­ rositätsschwankungen des Umhüllungsmaterials und

Fig. 4 eine auf den gesamten, theoretisch möglichen Durchmesserbereich eines Prüflings bezogene Kenn­ linienschar von Meßsignalen für unterschiedliche Papierporositäten.

Die in Fig. 1 dargestellte Strangmeßdüse 1 zur Überwachung des Durchmessers bzw. Querschnittes eines mit porösem Um­ hüllungsmaterial versehenen Filterstranges 2 ist Bestand­ teil einer nicht weiter dargestellten Filterherstellmaschine und beispielsweise gemäß der GB-PS 1 521 116 einer derarti­ gen Maschine auf bekannte Weise zugeordnet. Die Strangmeß­ düse 1 ist mit einer den Filterstrang 2 ringförmig um­ schließenden schmalen Prüfkammer 3 versehen, welche eine Anschlußbohrung 4 zum Zuführen von Prüfluft und eine An­ schlußbohrung 6 zur Drucküberwachung aufweist. Die Prüf­ kammer 3 ist beidseitig von Wandungen begrenzt, die in Rich­ tung auf den Filterstrang 2 zu in eine schneidenförmige Kante 7 auslaufen, welche den Filterstrang 2 mit Abstand umschließt, so daß zwischen dem Filterstrang 2 und der Kante 7 ein Prüfspalt 8 gebildet wird. Der Prüfspalt 8 ver­ bindet die Prüfkammer 3 zu beiden Seiten mit einer erwei­ terten Ringkammer 9, die über Entlüftungsbohrungen 11 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Darüber hinaus weist die Strangmeßdüse 1 beidseitig an den der Prüfkammer 3 gegen­ überliegenden Seiten der Ringkammer 9 einen ringförmig um den Filterstrang 2 verlaufenden Führungsspalt 12 auf, des­ sen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Prüf­ spaltes 8 im Bereich der Prüfkammer 3, so daß sich evtl. Leimreste immer am Führungsspalt und nicht am Prüfspalt ab­ setzen.

Die Strangmeßdüse ist an ein pneumatisches Prüfsystem an­ geschlossen, das von einer Druckquelle 13 mit einem Vordruck in der Größenordnung von etwa 2 bis 5 bar gespeist wird. Das Prüfsystem enthält beispielsweise ein handelsübliches Gerät 15 und um­ faßt ein Meßmittel in Form eines Durchflußmengenmessers 14, der über eine Speiseleitung 16 mit der Druckquelle 13 ver­ bunden ist, sowie Mittel zum Konstanthalten des Prüfdruckes in der Strangmeßdüse 1 in Form eines eingangsseitig durch ei­ nen Leitungszweig 17 mit dem Durchflußmengenmesser 14 und ausgangsseitig durch einen Leitungszweig 18 der Speiselei­ tung 16 mit der Strangmeßdüse 1 verbundenen elektrischen Stellventils 19 und eines elektrischen Reglers 21, welcher ausgangsseitig mit dem Stellventil 19 und eingangsseitig mit einem Sollwertgeber 22 zur Vorgabe eines Solldruckes sowie mit einem Druckspannungswandler 23 in Verbindung steht, welcher über eine Prüfleitung 24 den in der Strang­ meßdüse 1 herrschenden Istwert des Prüfdruckes erhält, in einen entsprechenden Spannungswert umwandelt und danach dem Regler 21 zuführt.

Die Wirkungsweise des Prüfsystems ist wie folgt: Ausgehend von einem bestimmten Standardquerschnitt bzw. Standarddurchmesser des Filterstranges 2 durchläuft der Fil­ terstrang die Strangmeßdüse 1 , wobei eine diesem Standard­ querschnitt entsprechende Prüfluftmenge der Strangmeßdüse 1 von der Druckquelle 13 über den Durchflußmengenmesser 14 und das Stellventil 19 zugeführt wird, wobei sich in der Prüf­ kammer 3 ein konstanter Überdruck - im Ausführungsbeispiel in der Höhe von etwa 10 mbar - einstellt. Die die Strangmeßdü­ se 1 durchströmende Prüfluft beaufschlagt den Filterstrang 2 mit diesem konstanten Prüfdruck lediglich auf einem schma­ len, der Breite der Prüfkammer 3 entsprechenden Ringstrei­ fen, so daß auf diesem schmalen Ringstreifen selbst bei Po­ rositätsänderungen eines hochporösen Umhüllungsmaterials keine eine einwandfreie Meßsignalbildung störenden Verände­ rungen der Durchflußmenge der Prüfluft auftreten. Nach dem Auftreffen auf die Strangoberfläche strömt die Prüfluft pa­ rallel zum Strang aus der Prüfkammer 3 in die erweiterte Ringkammer 9, wobei sie sich nach Umströmen der schneiden­ förmigen Kante 7 schlagartig auf Atmosphärendruck entspannt, d. h. es wird eine längerdauernde Drucksenkungsphase ver­ hindert, während welcher die Prüfluft sonst wie bei den be­ kannten Prüfeinrichtungen unter Druck ebenfalls durch das poröse Umhüllungsmaterial hindurchtreten und die Meßsignale nachträglich noch verfälschen könnte. Die Beaufschlagung des Filterstranges 2 bleibt somit bei konstantgehaltenem Prüfdruck scharf auf die durch die Prüfkammer 3 gebildete schmale Zone der Strangoberfläche begrenzt. Die auf Atmos­ phärendruck entspannte Prüfluft strömt aus der Ringkammer 9 über die Entlüftungsbohrungen 11 ins Freie.

Der in der Prüfkammer 3 konstantgehaltene Prüfdruck wird auch bei sich änderndem Strangdurchmesser des Filterstran­ ges 2 auf Konstanz geregelt. Es sei angenommen, daß sich der Querschnitt des Filterstranges 2 verringert, so daß mehr Luft über den Prüfspalt 8 aus der Prüfkammer 3 in die Ringkammer 9 abströmen kann. Der dabei auftretende kurz­ fristige Druckabfall wird durch den Druckspannungswandler 23 erfaßt und in ein entsprechendes elektrisches Signal umge­ wandelt, welches auf den Regler 21 gegeben wird. Dieser vergleicht das Istsignal des Prüfdruckes mit dem vom Soll­ wertgeber 22 anstehenden Sollsignal des Prüfdruckes, bildet daraus ein Differenzsignal, welches als Stellsignal auf das Stellventil 19 gegeben wird. Das Stellsignal veranlaßt das Stellventil 19 zu einer größeren Öffnung seines Durchfluß­ querschnittes, so daß eine größere Prüfluftmenge in die Prüfkammer 3 der Strangmeßdüse 1 einströmt, bis der Prüf­ druck wieder seine vorgesehene Höhe erreicht. Die in Ab­ hängigkeit von dem verminderten Strangdurchmesser vom Stellventil 19 durchgelassene größere Prüfluftmenge wird vom Durchflußmengenmesser 14 als veränderte Durchflußmenge Q in Litern pro Minute erfaßt und in einen entsprechenden Spannungswert (V) umgerechnet. Dieser dem Strangdurchmesser entsprechende Spannungswert wird an den Anschlußklemmen 26, 27 des Durchflußmengenmessers 14 abgegriffen und auf be­ kannte Art beispielsweise zu Steuerungszwecken weiterver­ wertet, indem z. B. eine Formatleiste der Filterstrangma­ schine in ihrer Stellung so verändert wird, daß der Strang­ durchmesser wieder seinen vorbestimmten Wert erreicht.

In Fig. 2 sind beispielhaft drei Kennlinien K₁, K₂, K₃ für drei unterschiedlich poröse Umhüllungspapiere dargestellt, wobei die höherliegenden Kennlinien jeweils einer höheren Porosität des Umhüllungspapiers entsprechen und somit ins­ gesamt auch jeweils eine höhere Prüfluftmenge Q im gesamten Prüfbereich erfordern. Aus dem Diagramm ist eindeutig zu er­ kennen, daß für alle im zehntel und hundertstel Millimeter­ bereich liegenden Strangunregelmäßigkeiten des auf der Abs­ zisse eingetragenen Strangdurchmessers d in Millimetern bei allen Kennlinien K₁ bis K₃ die entsprechenden Durchflußmen­ gen Q der Prüfluft eine lineare Abhängigkeit vom Strang­ durchmesser aufweisen und damit jeweils gerade Kennlinien K₁ bis K₃ ergeben, diese Meßsignale sich somit besonders gut für die steuerungstechnische Weiterverarbeitung eignen.

Die in Fig. 3 dargestellte Variante eines Prüfsystems zur Durchmesserbestimmung des Stranges umfaßt zusätzlich zu dem bereits anhand der Fig. 1 beschriebenen Prüfsystem weitere Überwachungs- und Meßmittel zur Porositätsmessung des Umhül­ lungsstreifens, wobei diejenigen Elemente, die denen der Fi­ gur 1 entsprechen, mit gleichen, um hundert erhöhten Bezugs­ zahlen versehen und nicht nochmal besonders beschrieben sind.

Dieses Prüfsystem beinhaltet zusätzlich einen zylindrischen Führungskörper 28, um den der Umhüllungsstreifen 29 über ei­ nen Umschlingungswinkel von mehr als 90° herumgeführt ist. Der Umhüllungsstreifen 29 wird dabei über eine Prüfkammer 31 des Führungskörpers 28 hinwegbewegt, welche über eine An­ schlußbohrung 32 mit dem Stellventil 119 und über eine An­ schlußbohrung 33 mit dem Druck-Spannungs-Wandler 123 ver­ bunden ist. Die Versorgung der Prüfkammer 31 mit Prüfluft erfolgt durch die zugleich mit der Prüfkammer 3 der Strang­ meßdüse 1 verbundenen Druckquelle 13. Die am Durchflußmen­ genmesser 14 für die Strangmeßdüse 1 gewonnenen, an den Anschlußklemmen 26, 27 abgegriffenen Meßwerte für die Durch­ flußmenge der Prüfluft werden von einem Signalgeber in Form eines Durchflußmengen-Spannungs-Wandlers 34 als Q₁-Signal abgegeben. Entsprechend wird von den Meßmitteln für den Um­ hüllungsstreifen ein Mengensignal Q₂ von einem entsprechen­ den Signalgeber in Form eines Durchflußmengen-Spannungs-Wand­ lers 134 abgegeben. Das Mengensignal Q₂ wird einem Verzöge­ rungsglied 36 zugeführt, welches außerdem Signale von einem Taktgeber 37 erhält. Die auf diese Weise amplitudengetreu verzögerten Q₂-Signale werden vom Verzögerungsglied 36 ei­ nem Funktionsgeber 38 zugeführt, in dem eine empirisch er­ mittelte Funktion Y=f (Q₂) hinterlegt ist. Diese Funktion gibt die Steigung aller Kennlinien einer in Fig. 4 darge­ stellten Kennlinienschar von über den gesamten, theoretisch möglichen Durchmesserbereich eines Prüflings gewonnenen Meß­ signalen für unterschiedliche Papierporositäten wieder. Aus Fig. 4 ist zu ersehen, daß die Gerade Q₂₀ ein luftundurch­ lässiges Umhüllungsmaterial betrifft, da bei der auf der Abszisse eingetragenen Markierung d=D; d. h. der Prüfspalt 8 wäre durch den Strang verschlossen, durch das Umhüllungspa­ pier keine Prüfluft Q₂₀ entweicht. Die darüberliegenden Geraden Q₂₁ bis Q₂₃ geben eine steigende Porosität des Umhüllungsmaterials wieder, was bedeutet, daß bei geschlos­ senem Prüfspalt 8 eine umso größere Luftmenge durch den Um­ hüllungsstreifen dringt, je poröser das Umhüllungsmaterial ist. Weiterhin ist zu ersehen, daß bei kleiner werdendem Durchmesser d des Stranges die die Q₁-Signale verfälschenden porositätsbedingten Durchflußmengen im Vergleich zueinander immer kleiner werdende Unterschiede aufweisen, bis sich schließlich im Null-Punkt der Abszisse (bei einem Strangdurch­ messer d=0) alle Geraden in einem Punkt auf der Ordinate schneiden, d. h. Prüfluft nur noch axial durch den Prüfspalt 8 entweicht. Aus den vom Funktionsgeber 38 abgegebenen Funk­ tionswerten Y (Q₂) kann beispielsweise ersehen werden, ob eine Bobine mit Umhüllungspapier der vorbestimmten Porosi­ tät aufgelegt ist oder nicht.

Aus den einem Rechenglied 39 zugeführten, der Durchflußmen­ ge Q₁ entsprechenden Signalen sowie den Signalen nach der empirisch ermittelten Funktion Y (Q₂) werden rechnerisch die jeweiligen Durchmesserwerte des Stranges nach der Formel

ermittelt, worin bedeuten:

d Strangdurchmesser
Q₁₀ Durchflußmenge bei einem Strangdurchmesser d=0
Q₁ die Durchflußmenge für Strangdurchmesser d<0 bis D Y(Q₂) Werte für die Steigung der Kennlinien für die von un­ terschiedlichen Papierporositäten abhängigen Durchfluß­ menge Q₂.

Die von der Rechnerschaltung in Form des Funktionsgebers 38 bzw. des Rechengliedes 39 durchgeführten Rechenoperationen können von einem handelsüblichen Rechnerbaustein ausgeführt werden. Die auf diese Weise ermittelten Durchmesserwerte d werden einem PID-Regler 41 zugeführt, welcher außerdem ein Soll­ wertsignal von einem Sollwertgeber 42 erhält. Der PID-Regler 41 gibt ein Ausgangssignal an einen Servomotor 43, welcher die Klebleiste einer Klebkammer 44 entsprechend verstellt, um den Durchmesser des Stranges entweder zu verkleinern oder zu vergrößern.

Die Signale für die Durchflußmenge Q₂ werden außerdem unver­ zögert auf ein Schwellwertglied 46 gegeben, dem von einem Sollwertgeber 47 ein Sollwert -MIN zugeführt wird, wobei im Fall einer Unterschreitung dieses Sollwertes durch Q₂ durch ein entsprechendes Ausgangssignal eine Schaltein­ richtung 48 aktiviert wird, um beispielsweise ein Warnsignal auszulösen oder die gesamte Maschine stillzusetzen. Darüber hinaus werden die Durchflußmengenwerte Q₂ auf ein Schwell­ wertglied 49 gegeben, welches von einem Sollwertgeber 51 einen Sollwert Q_MAX erhält. Bei Überschreitung dieses Soll­ wertes durch Q₂ wird ebenfalls durch ein entsprechendes Aus­ gangssignal die Schalteinrichtung 48 zwecks Warnung bzw. Stillsetzung der Maschine aktiviert.

Bei nur einmaliger Messung der Porosität des Umhüllungs­ streifens nach jedem Auflegen einer neuen Bobine kann auch ein einziges Prüfsystem der beschriebenen Art vorge­ sehen sein, welches kurzzeitig zur Prüfung der Hüllstreifen­ porosität umgeschaltet wird, und im übrigen der Durchmesser­ prüfung vorbehalten bleibt. Auf diese Weise wird eine Bobine, deren Porosität von der jeweils geforderten Norm abweicht, automatisch rechtzeitig erkannt.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Messen des Durchmessers von strang- oder stabförmigen Erzeugnissen der tabakverarbeitenden Indu­ strie, vorzugsweise eines mit porösem Umhüllungsmaterial versehenen Filterstranges, mittels einer durch ein pneumati­ sches Prüfsystem beaufschlagten Strangmeßdüse, wobei das Prüfsystem Mittel zum Konstanthalten des Prüfdruckes sowie Meßmittel zum Erfassen der Durchflußmenge des Prüfmittels in Abhängigkeit von Durchmesserschwankungen des Stranges auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Strangmeßdüse (1) eine schmale, den Strang (2) ringförmig umschließende Prüf­ kammer (3) aufweist, welche an das auf einen eine Verformung des Stranges ausschließenden Prüfdruck eingestellte Prüfsy­ stem angeschlossen ist, und daß in die Strangmeßdüse eine an sich bekannte Strangführung (12) derart integriert ist, daß zwischen der Prüfkammer und der Strangführung eine erweiter­ te, mit der Atmosphäre verbundene Entspannungskammer (9) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfkammer (3) über einen durch eine schneidenförmige Kante (7) begrenzten Prüfspalt (8) mit der Entspannungskam­ mer (9) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Durchmesser der Strangführung (12) kleiner ist als der Durchmesser der Prüfkammer (3).