**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.
mentes (10), eine in Längsrichtung des letzteren über dasselbe verschiebbare Kammer (12), Zufuhrmittel (5) zur regel- und messbaren Zufuhr von Gas in diese Kammer (12), und eine Messanordnung (19) zur Messung des in dieser Kammer (12) herrschenden Druckes, aufweist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführöffnung (1) derart bemessen und/oder ausgebildet ist, dass sie das zu überprüfende stabförmige Element (10) mindestens während dem Prüfvorgang abdichtend umschliesst.
13. Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (12) für den Durchtritt des zu überprüfenden, stabförmigen Elementes (10) in dessen Innenraum mit mindestens einer dieses Element (10) abdichtend umschliessenden gummielastischen Membrane (13) versehen ist.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrmittel (5) mit Mitteln (18) versehen sind, um dem in die Kammer (12) einzuführenden Gas eine bestimmte Temperatur zu erteilen.
15. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung zur Einregulierung des in der Kammer (12) herrschenden Innendruckes auf den Druck der Aussenatmosphäre mit einem Differenzdruck-Manometer, vorzugsweise einem Flüssigkeitsmanometer (19) versehen ist.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Messung der der Kammer (12) zugeführten Gasmenge einen ersten Schwebekörper Durchflussmeter (16) und zur Messung der an der Stirnseite des zu überprüfenden stabförmigen Elementes (10) abgesogenen Gasmenge einen zweiten Schwebekörper-Durchflussmeter (3) aufweist.
17. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Bestimmung des Ventilationsgrades der Umhüllung von Zigaretten und/oder Zigarettenfiltern.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Ventilationsgrades durch mindestens einen Teil der Mantelfläche eines aus luftdurchlässigem Material bestehenden und/oder solches Material enthaltenden, stabförmigen Elementes, bei Ausübung eines Unterdruckes am einen Ende dieses stabförmigen Elementes, eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, sowie eine Anwendung dieses Verfahrens.
Es ist bekannt, dass z.B. beim Rauchen von Filterzigaretten ein Teil der vom Raucher eingesogenen Luft durch die offene Stirnseite des Tabakteiles angesogen wird, und dass der gebildete Rauch auf seinem Weg bis zur Austrittsstirnseite der Filterzigarette mit Luft verdünnt wird, welche beim Saugen des Rauchers an der Zigarette durch das poröse Umhüllungspapier des Tabak- und des Filterteiles von aussen in das Innere der Filterzigarette gelangt.
Um den vom Raucher eingesogenen Rauch genau analysieren und vergleichen zu können, ist es wichtig, die beim Rauchen durch das Tabak- und das Filterumhüllungspapier erfolgende Ventilation, das heisst die Verdünnung des Rauches, genau zu kennen.
Es wurden durch den Erfinder des vorliegenden Erfindungsgegenstandes nicht veröffentlichte Laborversuche mit einer Sauganordnung und einer die zu überprüfende Filterzigarette mindestens zum Teil dicht umschliessenden Kammer gemacht, wobei bei Ausübung eines Unterdruckes an der freien Stirnseite des Filters gleichzeitig mittels einem Durchfluss-Mengenmessgerät die über eine mit der Aussenatmosphäre in Verbindung stehende Öffnung in diese Kammer einströmende Luftmenge gemessen wurde. Dabei stellte es sich heraus, dass mit unterschiedliche Messwerte erzielt wurden, was für die Praxis unbrauchbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Prüfverfahrens, welche diese Nachteile nicht aufweist, genau reproduzierbare Messergebnisse liefert, und in der Filter- und Zigarettenproduktion jederzeit die genaue Überprüfung der Luftdurchlässigkeit des verwendeten Umhüllungspapiers am fertigen Gegenstand ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man die der Saugseite gegenüberliegende Stirnseite des stabförmigen Elementes und/oder einen Abschnitt des letzteren mit einer dieselbe respektive denselben gegenüber der Aussenatmosphäre abdichtend umgebenden Kammer umgibt, der letzteren ein Gas in einer solchen Menge zuführt, dass in dieser Kammer ein der Aussenatmosphäre entsprechender Druck herrscht, und die dabei dieser Kammer zugeführte Gasmenge zur Bestimmung des Ventilationsgrades des von dieser Kammer abdichtend umgebenen, resp. freigelassenen und der Aussenatmosphäre ausgesetzten, Elementabschnittes mit der am einen Ende des stabförmigen Elementes gleichzeitig abgesogenen Gasmenge vergleicht.
Durch die während dem Messvorgang erfolgende Kompensation des im Kammerinnern herrschenden Druckes auf den gleichen Druck wie derjenige der Aussen- oder Umgebungsatmosphäre ergeben sich bei unterschiedlicher Ausbildung der Messapparatur und/oder der Filterzigarette immer gleiche, beziehungsweise äusserst genau reproduzier- und vergleichbare Messergebnisse.
Zur Normalisierung des Messvorganges ist es zweckmässig, wenn man zur Bewirkung des Unterdruckes am Ende des stabförmigen Elementes eine genau bestimmte, konstante Menge an Gas, vorzugsweise 17,5 ml/s, von diesem Ende absaugt. Ferner ist es dabei vorteilhaft, wenn mann das Gas, vorzugsweise Luft, mit einer bestimmten relativen Gasfeuchtigkeit, vorzugsweise 60%, und einer bestimmten Temperatur, vorzugsweise 22 "C, der Kammer zuführt.
Es ist ferner zweckmässig, wenn man zur Bestimmung der gesamten, bei Ausübung des Unterdruckes durch die Mantelfläche des stabförmigen Elementes erfolgenden Ventilation Vtot die der Saugseite gegenüberliegende Stirnseite des stabförmigen Elementes, unter Freihaltung der Mantelfläche gegenüber der Aussen atmosphäre, mit der Kammer gegenüber der letzteren abdichtend umgibt, dieser Kammer ein Gas in einer solchen Menge qT zuführt, dass während der Ausübung des Unterdrukkes am Ende des stabförmigen Elementes in dieser Kammer ein der Aussenatmosphäre entsprechender Druck herrscht, und die dabei dieser Kammer zugeführte Gasmenge qT zur Bestimmung des Gesamtventilationsgrades Vtot mit der am Ende des stabförmigen Elementes gleichzeitig abgesogenen Gasmenge Q vergleicht, wobei gilt:
:
EMI2.1
(siehe Fig. 2)
Es ist ferner vorteilhaft, wenn man zur Bestimmung der bei Ausübung des Unterdruckes durch die Mantelfläche eines Längenabschnittes des stabförmigen Elementes erfolgenden Ventilation VF diesen Längenabschnitt mit der Kammer gegenüber der Aussenatmosphäre abdichtend umgibt, dieser Kammer ein Gas in einer solchen Menge qF zuführt, dass während der Aus übung des Unterdruckes am Ende des stabförmigen Elementes in dieser Kammer ein der Aussenatmosphäre entsprechender Druck herrscht, und die dabei dieser Kammer zugeführte Gasmenge qF zur Bestimmung des Mantelflächenabschnitt-Ventilationsgrades VF mit der am Ende des stabförmigen Elementes gleichzeitig abgesogenen Gasmenge Q vergleicht, wobei gilt:
EMI3.1
(siehe Fig. 4).
Es ist ausserdem zweckmässig, wenn man zur Bestimmung der bei Ausübung des Unterdruckes durch die Mantelfläche eines an die der Saugseite gegenüberliegende Stirnseite des stabförmigen Elementes angrenzenden Längenabschnittes des letzteren erfolgenden Ventilation VF. diesen Längenabschnitt und die angrenzende Stirnseite mit der Kammer gegenüber der Aussenatmosphäre abdichtend umgibt, dieser ein Gas in einer solchen Menge q=qT+qp zuführt, dass während der Ausübung des Unterdruckes am Ende des stabförmigen Elementes in dieser Kammer ein der Aussenatmosphäre entsprechender Druck herrscht, und die dabei dieser Kammer zugeführte Gasmenge q abzüglich der ebenfalls mittels dieser Kammer ermittelten,
durch diese Stirnseite in das stabförmige Element einströmenden Gasmenge qT zur Bestimmung des Mantelflächenabschnitt Ventilationsgrades Vp mit der am Ende des stabförmigen Elementes gleichzeitig abgesogenen Gasmenge Q vergleicht, wobei gilt:
EMI3.2
(siehe Fig. 3).
Es kann auch zweckmässig sein, wenn man zur Bestimmung der bei Ausübung des Unterdruckes durch die Mantelfläche eines von der der Saugseite gegenüberliegenden Einström-Stirnseite des stabförmigen Elementes distanzierten Längenabschnittes des letzteren erfolgenden Ventilation VF den zwischen diesem Längenabschnitt und der Einström-Stirnseite sich erstrekkenden restlichen Längenabschnitt sowie die daran angrenzende Einström-Stimseite mit der Kammer gegenüber der Aussenatmosphäre abdichtend umgibt, dieser ein Gas in einer solchen Menge q = qT + qp zuführt, dass während der Ausübung des Unterdruckes am Ende des stabförmigen Elementes in dieser Kammer ein der Aussenatmosphäre entsprechender Druck herrscht,
die dabei dieser Kammer zugeführte Gasmenge q entsprechend der Gleichung qF=Q -q = (qT + qp) von der an der unterdruckseitigen Stirnseite abgesogenen Gasmenge Q subtrahiert, und die daraus resultierende Restgasmenge qF zur Bestimmung des Mantelflächenabschnitt-Ventilationsgrades VF mit der am Ende des stabförmigen Elementes gleichzeitig abgesogenen Gasmenge Q vergleicht, wobei gilt:
EMI3.3
(siehe Fig. 3)
Bei der Herstellung von Zigarettenfiltern kann es ausserdem vorteilhaft sein, wenn das zu überprüfende Zigarettenfilter an seiner von der Saugseite abgewandten Stirnseite mit einem einen Norm-Tabakteil repräsentierenden Normalschlussteil verbunden ist, und der Saugwiderstand des letzteren einem genau definierten Wert entspricht.
Auf diese Weise erhält man für den zu überprüfenden Zigarettenfilter viel genauer miteinander vergleichbare Messresultate, da die sonst normalerweise zwischen verschiedenen Tabakteilen vorhandenen Unregelmässigkeiten wie geringfügig unterschiedliche Füllungsdichte, Feuchtigkeit, etc. wegfallen.
Zur Bestimmung der Ventilationswerte einer sich verkürzenden Zigarette, was einer Zigarette beim Rauchen entspricht, ist es zweckmässig, wenn man die Bestimmung des Gesamtventilationsgrades bei verschiedenen Längen der Zigarette wiederholt.
Zur Bestimmung der Ventilation des Filters einer sich verkürzenden Filterzigarette ist es vorteilhaft, wenn man die Bestimmung des Filterventilationsgrades bei verschiedenen Längen des Tabakteiles bzw. mit den letzteren entsprechenden unterschiedlichen Normanschlussteilen wiederholt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen mit einer Einführöffnung versehenen Halterungsteil zur Halterung des zu überprüfenden stabförmigen Elementes, eine Sauganordnung zur Absaugung einer genau bestimmten Gasmenge am einen Ende des zu überprüfenden stabförmigen Elementes, eine in Längsrichtung des letzteren über dasselbe verschiebbare Kammer, Zufuhrmittel zur regel- und messbaren Zufuhr von Gas in diese Kammer, und eine Messanordnung zur Messung des in dieser Kammer herrschenden Druckes, aufweist.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Einführöffnung derart bemessen und/oder ausgebildet ist, dass sie das zu überprüfende stabförmige Element mindestens während dem Prüfvorgang abdichtend umschliesst.
Es ist zweckmässig, wenn die Kammer für den Durchtritt des zu überprüfenden, stabförmigen Elementes in dessen Innenraum mit mindestens einer dieses Element abdichtend umschliessenden gummielastischen Membrane versehen ist.
Um vergleichbare Messresultate zu erreichen, ist es insbesondere bei durch Feuchtigkeit aufquellbaren Materialien wie zum Beispiel Tabak und Papier selbst in klimatisierten Räumen vorteilhaft, wenn die Zufuhrmittel mit Mitteln versehen sind, um dem in die Kammer einzuführenden Gas eine bestimmte Temperatur und/oder relative Feuchtigkeit zu erteilen. Da die im allgemeinen mittels einer Pumpe der Kammer zugeführte Luft bei diesem Vorgang erwärmt wird, und eine Trocknung des im Tabakteil sich befindenden Tabaks vermieden werden soll, ist in diesem Fall vorteilhafterweise eine Abkühlung der mittels der Förderpumpe verdichteten Luft auf eine Standardtemperatur von beispielsweise 22 "C erforderlich. Da die durch die Pumpe angesogene Luft im Normalfall aus einem klimatisierten Raum stammt, bleibt die relative Feuchtigkeit dabei auf einem Standardwert.
Es ist vorteilhaft, wenn die Messanordnung zur Einregulierung des in der Kammer herrschenden Innendruckes auf den Druck der Aussenatmosphäre mit einem Differenzdruck-Manometer, vorzugsweise einem Flüssigkeitsmanometer versehen ist.
Es ist ausserdem zweckmässig, wenn diese Einrichtung zur Messung der der Kammer zugeführten Gasmenge einen ersten Schwebekörper-Durchflussmeter und zur Messung der an der Stirnseite des zu überprüfenden stabförmigen Elementes abgesogenen Gasmenge einen zweiten Schwebekörper-Durchflussmeter aufweist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ausserdem eine Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Bestimmung des Ventilationsgrades der Umhüllung von Zigaretten und/oder Zigarettenfiltern.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 schematisch eine beispielsweise Ausführungsform ei ner erfindungsgemässen Einrichtung;
Fig. 2 und 3 schematisch die Anwendung der in Fig. 1 darge stellten Einrichtung zur Messung der verschiedenen Werte;
Fig. 4 schematisch eine zweite beispielsweise Ausführungs form einer erfindungsgemässen Einrichtung zur Überprüfung von Zigarettenfiltern;
Fig. 5 die Verwendung eines Norm-Tabakteiles;
Fig. 6 ein Eich-Stabelement zur Eichung der Mess-Skala de auf der Luftzufuhrseite vorgesehenen Schwebekörper-Durch flussmeters;
Fig. 7 anhand eines Diagramms die die Ventilationsverhältnisse an einer ungekürzten Filterzigarette darstellenden Messwerte;
und
Fig. 8 anhand eines Diagramms die die Ventilationsverhältnisse an einer sich verkürzenden (abbrennenden) Filterzigarette darstellenden Messwerte.
Wie aus Fig.1 ersichtlich, weist die dargestellte Einrichtung eine mit einer Einführöffnung 1 versehene, fest angeordnete Saugkammer 2 auf, welche über ein Schwebekörper-Durchflussmeter 3 und einen Regulierhahn 4 mit einer Vakuumpumpe 5 verbunden ist.
Zur Messung des Saugwiderstandes ist die Saugkammer 2 mit einem Flüssigkeitsmanometer 6 verbunden, an dem der Saugdruck direkt in mm Wassersäule abgelesen werden kann.
Der rohrförmig ausgebildete Halterungsteil 7 weist einen Durchmesser von 9 mm und der eingespannte Gummischlauch 8 in seinem Mittelbereich einen Durchmesser von 8 mm, das heisst geringfügig weniger als der Durchmesser der zu überprüfenden Zigarette auf. Im zwischen dem Halterungsteil 7 und dem Gummischlauch 8 vorhandenen Zwischenraum 30 kann über die Zuleitung 9 ein Unterdruck erzeugt werden, um den Gummischlauch 8 aufzuweiten.
Soll nun die Ventilation einer Filterzigarette 10 bestimmt werden, dann wird zur Aufweitung des Gummischlauches 8 im Zwischenraum 30 ein Unterdruck erzeugt, die zu überprüfende Filterzigarette 10 in die durch den aufgeweiteten Gummischlauch 8 gebildete, geringfügig grössere Einführöffnung 1 eingeführt, bis sie an einem Anschlag ansteht, und darauf der Zwischenraum 30 wieder mit der Aussenatmosphäre verbunden, wodurch der Gummischlauch 8 über eine Länge von 9 mm mit geringem Anpressdruck abdichtend an der Aussenseite des Zigarettenfilters 11 anliegt und damit die zu überprüfende Filterzigarette 10 in ihrer Lage festhält. Da der Saugwiderstand des Zigarettenfilters 11 bei einer Einschnürung des letzteren stark erhöht wird, ist es wichtig, dass der durch den Gummischlauch 8 auf das Filter 11 ausgeübte Druck möglichst gering ist.
Diese Anordnung weist ferner den Vorteil auf, dass bei zunehmenden Unterdruck in der Saugkammer 2 der Druck des Gummischlauches 8 auf die Aussenseite des Filters 11, das heisst die Abdichtwirkung gegen aussen, gleichzeitig selbsttätig erhöht wird.
Ferner weist diese Einrichtung eine in Längsrichtung der zu überprüfenden Filterzigarette 10 über die letztere verschiebbare Kammer 12 auf, wobei eine kreisringförmige Gummimembrane 13 für eine einwandfreie Abdichtung der Kammer 12 gegenüber der Aussenseite der Filterzigarette 10 dient.
Auf einem relativ zur Saugkammer 2 fest angeordneten Massstab 14 ist dank eines an der Kammer 12 befestigten Zeigers 15 jeweils sofort die Lage der Membrane 13 in Längsrichtung der Filterzigarette 10 ablesbar.
Die Eintrittsseite der Kammer 12 ist über einen zweiten Schwebekörper-Durchflussmeter 16, einen Regulierhahn 17 und einen Kühler 18 mit der Austrittsseite der Pumpe 5 verbunden.
Zur Messung des im Innern der Kammer 12 herrschenden Luftdruckes ist die letztere mit einem Flüssigkeits-Differenzdruck-Manometer 19 verbunden, wobei zur Erhöhung der Ablesegenauigkeit bei sehr geringen Druckunterschieden die eine Wassersäule 20 derart schräg verlaufend angeordnet ist, dass in dieser eine Verschiebung des Flüssigkeitsspiegels um 12 mm einem Druckunterschied von 1 mm Wassersäule entspricht, so dass der Kammerinnendruck sehr genau auf den jeweils in der Aussenatmosphäre herrschenden Druck eingestellt werden kann.
Der Kühler 18 dient dazu, die unter der Einwirkung der Pumpe 5 erwärmte Luft wieder auf die Umgebungstemperatur abzukühlen und damit ein Austrocknen des im Tabakteil 21 sich befindenden Tabaks zu vermeiden, da sonst eine unerwünschte Veränderung des Saugwiderstandes erfolgt.
Entsprechend den für die Zigarettenindustrie normalisierten Messbedingungen weist die Aussenatmosphäre (klimatisierter Raum) eine Temperatur von 22 "C und eine relative Luftfeuchtigkeit cp von 60% auf.
Der zweite Schwebekörper-Durchflussmeter 16 weist eine erste Skala in ml/sec. und eine zweite Skala in % Ventilation auf.
Nachstehend wird die Anwendung der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert.
Zur Messung der Gesamtventilation Vtot wird gemäss Fig. 2 die Abdichtmembran 13 der Kammer 12 um einen Betrag von 2 mm über die freie Stirnseite des Tabakteiles 21 der zu überprüfenden in Halterungsteil 7 mittels dem unter Druck stehenden Gummischlauch 8 über eine Länge von 9 mm abdichtend festgehaltenen Filterzigarette 10 geschoben, um die an dieser Stirnseite einströmende Luftmenge messen zu können.
Darauf wird die Pumpe 5 in Betrieb gesetzt und die über die Saugkammer abgesorgene Luftmenge Q sowie die über die Kammer 12 in die freie Stirnseite des Tabakteiles 21 eingeführte Luftmenge qT solange mit Hilfe der Regulierhahnen 4 und 17 einreguliert, bis einerseits die abgesogene Luftmenge Q gemäss der Anzeige des Schwebekörper-Durchflussmeters 3 den normalisierten Betrag von 17,5 ml/sec erreicht und anderseits der Luftdruck in der Kammer 12 genau gleich gross wie der Luftdruck der Aussenatmosphäre ist, was sehr genau am Flüssigkeits-Differenzdruck-Manometer 19 abgelesen werden kann.
Da die mittels der Kammer 12 der Stirnseite des Tabakteiles 21 zugeführte Luft aus der die Einrichtung umgebenden Aussenatmosphäre, das heisst aus einem klimatisierten Raum mit einer normalisierten Lufttemperatur t von 22 "C und einer normalisierten relativen Luftfeuchtigkeit < pvon 60%, stammt, und nach der durch die Pumpe 5 bewirkten Erwärmung auf eine Temperatur t1 mittels dem Kühler 18 wieder auf Raumtemperatur t abgekühlt wird, entspricht die relative Feuchtigkeit (p dieser in der Kammer 12 sich befindenden Luft ebenfalls wieder 60%.
Man hat nun somit bei stationärem Betrieb dieser Einrichtung in der Kammer 12 bezüglich Luftdruck, Lufttemperatur und relativer Feuchtigkeit Bedingungen, die genau der im klimatisierten Raum herrschenden Aussenatmosphäre entsprechen.
Für diesen einregulierten stationären Zustand gilt nun bei allen nachfolgenden beschriebenen Messungen: Q = Gesamte, am freien Filterende abgesogene Luftmenge = 17,5 ml/sec (konstant).
RT = Saugwiderstand in mm-Wassersäule Unterdruck, ge messen in der dem freien Filterende benachbarten Saug kammer.
qT = Anteil der durch die freie Stirnseite des Tabakteiles von aussen einströmenden Luft in ml/sec.
qp = Anteil der durch das poröse Zigarettenpapier über die
Länge des Tabakes von aussen in das Innere der Zigaret te einströmenden Luft in ml/sec.
qF = Anteil der durch die poröse Filterumhüllung über der freien Filterlänge (Filterlänge - 9 mm) von aussen in das
Filterinnere einströmenden Luft in ml/sec.
Für diesen einregulierten stationären Zustand gilt nun ferner:
Q = qT + qp + qF = 17,5 ml/sec.
das heisst qp + qF = 17,5 ml/sec -q, Gesamtventilation in %
EMI5.1
Ventilation durch das Zigarettenpapier in %
EMI5.2
Ventilation durch die Filterumhüllung in %
EMI5.3
Bei einer Messung gemäss Fig. 2 kann qT direkt an den Skalen des Schwebekörper-Durchflussmeters 16 in ml/sec und in % abgelesen werden, wobei gilt
EMI5.4
Bei einer Messung gemäss Fig. 3 zur Bestimmung von (qT+qp)=qwird die Kammer 12 aus der in Fig. 2 eingezeichneten Stellung so weit nach links verschoben, bis sich die Membrane 13 genau am Tabakteil 21 zugewandten Ende des Zigarettenfilters 11 befindet, was mit Hilfe des Massstabes 14 und des Zeigers 15 sehr einfach eingestellt werden kann.
Da q gemäss Fig. 2 bestimmt werden kann, ist es nun möglich, zusammen mit der Messung von (qT+qp) gemäss Fig. 3 die Werte qT und qp für sich allein wie folgt zu bestimmen: qp = (qT+qp) - qT = Messung gemäss Fig. 3Messung gemäss Fig. 2.
EMI5.5
= = 17,5 - (qr+qp) = 17,5 - Messung gemäss Fig. 3
EMI5.6
Wie man sieht kann man mit den beiden Messungen gemäss der Figuren 2 und 3 alle erwünschten Werte Viot, Vp und VF auf einfache Weise bestimmen, wobei es möglich ist, den Schwebekörper-Durchflussmeter 16 ausser mit der ml/sec-Skala auch mit entsprechenden VtOt-, Vp- und VF-Skalen zu versehen.
Soll bei der Zigarettenfilterfabrikation nur qF bzw. VF bestimmt werden, dann ist auch eine Anordnung gemäss Fig. 4 genügend, bei welcher die Kammer 12 nur über das Zigarettenfilter 11 verschoben werden kann. Bei entsprechender Eichung des Schwebekörper-Durchflussmeters 16 können diese beiden bei der Herstellung von Zigarettenfiltern interessierenden Werte direkt an zwei Skalen abgelesen werden.
Die Einregulierung von Q und qF erfolgt auf die genau gleiche Weise wie bei den anhand der Figuren 1, 2 und 3 erläuterten Verfahren, d.h. beim Ablesen der Messwerte muss Q =17,5 ml/ sec. und der Luftdruck im Innern der Kammer 12 genau gleich hoch wie der Luftdruck in der die Einrichtung umgebenden Aussenatmosphäre und die Temperatur 22 "C sein.
Um zu vermeiden, dass infolge Unregelmässigkeiten im Ta bakteil 21 die nur den Filterteil 11 betreffenden Messergebnisse durch unterschiedliche Filterteile 11 beeinflusst werden, ist es wie aus Fig. 5 ersichtlich auch möglich, den Tabakteil 21 durch einen zum Beispiel aus Metall oder Kunststoff bestehenden Norm-Tabakteil 22 zu ersetzen, wobei die Bohrung 23 derart bemessen ist, dass das der Saugwiderstand dieses Norm-Ta bakteiles 22 dem durchsclmittlichen Saugwiderstand des mit diesem Filter 11 zu kombinierenden Tabakteiles 21 entspricht.
Um die Mess-Skalen des Schwebekörper-Durchflussmeters
16 auf einfache und rasche Weise eichen zu können, ist es vorteilhaft, ein wie in Fig. 6 dargestelltes Eich-Stabelement 24 zu verwenden, welches im Prinzip aus einem mit Bohrungen 25 versehenen Rohr besteht, welches zur Ausschliessung eines Ventilationsanteiles qF an dem in die Kammer 12 einzuführenden Ende 26 verschlossen ist.
Zur Eichung der Mess-Skala des Schwebekörper-Durchflussmeters 16 wird das Eich-Stabelement 24 mit seinem offenen Ende 27 in die Einführöffnung 1 eingeführt, dort längs seinem Aussenumfang mittels dem Schlauch 8 abdichtend festgehalten, und dann die Kammer 12 längs der Skala 14 bestimmte Werte der Mess-Skala des Schwebekörper-Durchflussmeters 16 zugeordnet sind.
In Fig. 7 sind anhand eines Diagramms die die Ventilationsverhältnisse an einer ungekürzten Filterzigarette darstellenden Messwerte eingezeichnet, wobei die Messungen an den Stellen A, B, C, D und E gemäss den anhand der Fig. 1,2 und 3 erläuterten Verfahren an einer ungekürzten Filterzigarette 10 von 80 mm Länge mit dem Filter 11 und dem Tabakteil 21, eingespannt über eine Länge von 9 mm in einem Halterungsteil 7, durchgeführt wurden.
In Fig. 8 sind anhand eines Diagramms die die Verhältnisse an einer sich verkürzenden (entspricht einer abbrennenden Zigarette) Filterzigarette darstellenden Messwerte eingezeichnet, wobei die Messungen von qT, qF, und RT gemäss den anhand der Figuren 1, 2 und 3 erläuterten Verfahren durchgeführt wurden.
Die Messungen gehen von der ungekürzten Filterzigarette a) aus, deren Tabakteil 21 stufenweise um jeweils ein Viertel seine Ausgangslänge 1 verkürzt wird.
Wie man sieht, kann man nun aus diesem Diagramm für jeden Punkt der Filterzigarette auf einfache Weise qT, qpS qF und RT (Saugwiderstand am Ende der Zigarette) bei Q = 17,5 ml/ sec herauslesen.
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mentes (10), a chamber (12) displaceable in the longitudinal direction of the latter via the same, supply means (5) for the controllable and measurable supply of gas into this chamber (12), and a measuring arrangement (19) for measuring the in this chamber ( 12) prevailing pressure.
12. The device according to claim 11, characterized in that the insertion opening (1) is dimensioned and / or designed such that it seals the rod-shaped element (10) to be checked, at least during the testing process.
13. Device according to claim 11 or 12, characterized in that the chamber (12) for the passage of the rod-shaped element (10) to be checked is provided in its interior with at least one rubber-elastic membrane (13) sealingly enclosing this element (10) .
14. Device according to one of claims 11 to 13, characterized in that the supply means (5) are provided with means (18) to give the gas to be introduced into the chamber (12) a certain temperature.
15. Device according to claim 11, characterized in that the measuring arrangement for regulating the internal pressure prevailing in the chamber (12) to the pressure of the external atmosphere is provided with a differential pressure manometer, preferably a liquid manometer (19).
16. Device according to one of claims 11 to 15, characterized in that it has a first float flow meter (16) for measuring the amount of gas supplied to the chamber (12) and for measuring the amount of gas drawn off on the end face of the rod-shaped element (10) to be checked has a second variable area flow meter (3).
17. Application of the method according to claim 1 for determining the degree of ventilation of the wrapper of cigarettes and / or cigarette filters.
The present invention relates to a method for determining the degree of ventilation through at least a part of the outer surface of a rod-shaped element consisting of air-permeable material and / or containing such material, when a negative pressure is exerted at one end of this rod-shaped element, a device for carrying out the method, and an application of this method.
It is known that e.g. when smoking filter cigarettes, part of the air sucked in by the smoker is sucked in through the open end of the tobacco part, and that the smoke formed on its way to the outlet end of the filter cigarette is diluted with air which, when the smoker sucks the cigarette, through the porous wrapping paper of the tobacco and filter parts from the outside into the interior of the filter cigarette.
In order to be able to precisely analyze and compare the smoke sucked in by the smoker, it is important to know exactly the ventilation that occurs when smoking through the tobacco and filter wrapping paper, i.e. the thinning of the smoke.
Laboratory tests, which were not published, were carried out by the inventor of the present subject matter with a suction arrangement and a chamber which at least partially tightly encloses the filter cigarette to be checked, wherein, when a negative pressure is exerted on the free end face of the filter, at the same time by means of a flow rate measuring device, the flow rate is measured using a The amount of air flowing into this chamber was measured in connection with the outside atmosphere. It turned out that different measurements were achieved, which is unusable in practice.
The object of the present invention is to provide a test method which does not have these disadvantages, provides precisely reproducible measurement results, and enables the air permeability of the wrapping paper used on the finished article to be checked at any time in filter and cigarette production.
This object is achieved according to the invention in a method of the type mentioned at the outset by surrounding the end face of the rod-shaped element opposite the suction side and / or a section of the latter with a chamber surrounding the same or sealing the latter from the outside atmosphere, the latter enclosing a gas in a gas supplies such an amount that a pressure corresponding to the outside atmosphere prevails in this chamber, and the amount of gas supplied to this chamber for determining the degree of ventilation of the chamber, which is sealingly surrounded, respectively. released and exposed to the outside atmosphere, element section with the gas quantity drawn off at the same time at one end of the rod-shaped element.
Due to the compensation of the pressure prevailing inside the chamber to the same pressure as that of the outside or ambient atmosphere during the measurement process, the measurement results and / or the filter cigarette are made differently, and the measurement results are always the same, or extremely precisely reproducible and comparable.
To normalize the measuring process, it is expedient if a precisely determined, constant amount of gas, preferably 17.5 ml / s, is drawn off from this end in order to bring about the negative pressure at the end of the rod-shaped element. Furthermore, it is advantageous if the gas, preferably air, is fed to the chamber with a certain relative gas humidity, preferably 60%, and a certain temperature, preferably 22 ° C.
It is also expedient if, for determining the entire ventilation Vtot which occurs when the negative pressure is exerted by the lateral surface of the rod-shaped element, the end face of the rod-shaped element opposite the suction side, with the outer surface being kept free from the outside atmosphere, with the chamber sealing against the latter surrounds this chamber with a gas in such an amount qT that during the exercise of the pressure at the end of the rod-shaped element in this chamber there is a pressure corresponding to the outside atmosphere, and the amount of gas qT supplied to this chamber for determining the total ventilation degree Vtot with the am At the same time, the end of the rod-shaped element is compared with the amount of gas Q which has been drawn off, where:
:
EMI2.1
(see Fig. 2)
It is also advantageous if, in order to determine the ventilation VF which occurs when the negative pressure is exerted by the lateral surface of a longitudinal section of the rod-shaped element, this longitudinal section with the chamber is sealed around the outside atmosphere and a gas is supplied to this chamber in such an amount that qF during the From the exercise of the negative pressure at the end of the rod-shaped element in this chamber, a pressure corresponding to the outside atmosphere prevails, and the gas quantity qF supplied to this chamber for determining the lateral surface section degree of ventilation VF is compared with the gas quantity Q which is simultaneously drawn off at the end of the rod-shaped element, where:
EMI3.1
(see Fig. 4).
It is also expedient if, in order to determine the length of the ventilation VF adjacent to the end face of the rod-shaped element opposite the suction side when the negative pressure is exerted by the lateral surface. surrounds this length section and the adjacent end face with the chamber in a sealing manner from the outside atmosphere, which supplies a gas in such an amount q = qT + qp that during the application of the negative pressure at the end of the rod-shaped element in this chamber there is a pressure corresponding to the outside atmosphere, and the quantity of gas q supplied to this chamber minus the gas quantity likewise determined by means of this chamber,
compares the gas quantity qT flowing into the rod-shaped element through this end face to determine the degree of ventilation Vp with the lateral surface section with the gas quantity Q which is simultaneously drawn off at the end of the rod-shaped element, where:
EMI3.2
(see Fig. 3).
It can also be expedient to determine the length of ventilation VF which takes place between this length section and the inflow end face to determine the ventilation VF which occurs when the negative pressure is exerted by the lateral surface of a longitudinal section of the rod-shaped element opposite the inflow end face of the rod-shaped element and the adjoining inflow end with the chamber in a sealing manner from the outside atmosphere, which supplies a gas in such an amount q = qT + qp that during the application of the negative pressure at the end of the rod-shaped element in this chamber there is a pressure corresponding to the outside atmosphere ,
subtract the amount of gas q supplied to this chamber in accordance with the equation qF = Q -q = (qT + qp) from the amount of gas Q drawn off on the vacuum-side end face, and the resulting residual gas amount qF for determining the surface area section ventilation degree VF with that at the end of the compares the rod-shaped element with the extracted gas quantity Q, whereby the following applies:
EMI3.3
(see Fig. 3)
In the manufacture of cigarette filters, it can also be advantageous if the cigarette filter to be checked is connected on its front side facing away from the suction side to a normal closing part representing a standard tobacco part, and the suction resistance of the latter corresponds to a precisely defined value.
In this way, the measurement results for the cigarette filter to be checked are much more comparable, since the irregularities normally present between different tobacco parts, such as slightly different filling density, moisture, etc., are eliminated.
To determine the ventilation values of a shortened cigarette, which corresponds to a cigarette when smoking, it is expedient to repeat the determination of the total degree of ventilation with different lengths of the cigarette.
To determine the ventilation of the filter of a shortening filter cigarette, it is advantageous if the determination of the degree of filter ventilation is repeated for different lengths of the tobacco part or with the different standard connection parts corresponding to the latter.
The present invention furthermore relates to a device for carrying out the method according to the invention, which is characterized in that it has a holding part provided with an insertion opening for holding the rod-shaped element to be checked, a suction arrangement for extracting a precisely determined amount of gas at one end of the rod-shaped to be checked Element, a in the longitudinal direction of the latter via the same displaceable chamber, supply means for controllable and measurable supply of gas into this chamber, and a measuring arrangement for measuring the pressure prevailing in this chamber.
It is advantageous if the insertion opening is dimensioned and / or designed in such a way that it seals around the rod-shaped element to be checked, at least during the testing process.
It is expedient if the chamber for the passage of the rod-shaped element to be checked is provided in its interior with at least one rubber-elastic membrane sealingly enclosing this element.
In order to achieve comparable measurement results, it is advantageous, particularly in the case of materials which can be swollen by moisture, such as tobacco and paper, even in air-conditioned rooms, if the supply means are provided with means for supplying the gas to be introduced into the chamber with a certain temperature and / or relative humidity To give. Since the air which is generally supplied to the chamber by means of a pump is heated during this process and drying of the tobacco located in the tobacco part is to be avoided, in this case the air compressed by means of the feed pump is advantageously cooled to a standard temperature of, for example, 22 ". C. Since the air sucked in by the pump normally comes from an air-conditioned room, the relative humidity remains at a standard value.
It is advantageous if the measuring arrangement for regulating the internal pressure prevailing in the chamber to the pressure of the outside atmosphere is provided with a differential pressure manometer, preferably a liquid manometer.
It is also expedient if this device has a first float flow meter for measuring the amount of gas supplied to the chamber and a second float flow meter for measuring the amount of gas drawn off at the end face of the rod-shaped element to be checked.
The present invention also relates to an application of the method according to the invention for determining the degree of ventilation of the wrapper of cigarettes and / or cigarette filters.
The invention is explained below with reference to the drawing, for example. It shows:
Fig. 1 shows schematically an example embodiment of a ner inventive device;
Figures 2 and 3 schematically illustrate the application of the device shown in Figure 1 Darge for measuring the different values.
4 schematically shows a second exemplary embodiment of a device according to the invention for checking cigarette filters;
5 shows the use of a standard tobacco part;
6 shows a calibration rod element for calibrating the measuring scale de float flow meters provided on the air supply side;
7 is a diagram of the measured values representing the ventilation conditions on an unabridged filter cigarette;
and
8 is a diagram of the measured values representing the ventilation conditions on a shortening (burning) filter cigarette.
As can be seen from FIG. 1, the device shown has a fixedly arranged suction chamber 2 which is provided with an insertion opening 1 and which is connected to a vacuum pump 5 via a variable area flow meter 3 and a regulating valve 4.
To measure the suction resistance, the suction chamber 2 is connected to a liquid manometer 6, on which the suction pressure can be read directly in mm of water.
The tubular support part 7 has a diameter of 9 mm and the clamped rubber tube 8 has a diameter of 8 mm in its central region, that is to say slightly less than the diameter of the cigarette to be checked. In the space 30 between the holding part 7 and the rubber hose 8, a negative pressure can be generated via the feed line 9 in order to expand the rubber hose 8.
If the ventilation of a filter cigarette 10 is now to be determined, a vacuum is created in the space 30 to widen the rubber tube 8, and the filter cigarette 10 to be checked is inserted into the slightly larger insertion opening 1 formed by the expanded rubber tube 8 until it abuts a stop , and then the intermediate space 30 is reconnected to the outside atmosphere, as a result of which the rubber tube 8 rests sealingly on the outside of the cigarette filter 11 over a length of 9 mm with a low contact pressure and thus holds the filter cigarette 10 to be checked in place. Since the suction resistance of the cigarette filter 11 is greatly increased when the latter is constricted, it is important that the pressure exerted on the filter 11 by the rubber tube 8 is as low as possible.
This arrangement also has the advantage that, when the vacuum in the suction chamber 2 increases, the pressure of the rubber hose 8 on the outside of the filter 11, that is to say the sealing action against the outside, is simultaneously increased automatically.
Furthermore, this device has a chamber 12 which can be moved in the longitudinal direction of the filter cigarette 10 to be checked, the annular rubber membrane 13 serving for a perfect sealing of the chamber 12 from the outside of the filter cigarette 10.
The position of the membrane 13 in the longitudinal direction of the filter cigarette 10 can be read immediately on a scale 14 which is fixed relative to the suction chamber 2, thanks to a pointer 15 attached to the chamber 12.
The inlet side of the chamber 12 is connected to the outlet side of the pump 5 via a second variable area flow meter 16, a regulating valve 17 and a cooler 18.
To measure the air pressure prevailing inside the chamber 12, the latter is connected to a liquid differential pressure manometer 19, in order to increase the reading accuracy with very small pressure differences, the one water column 20 is arranged at an angle such that there is a shift in the liquid level in this 12 mm corresponds to a pressure difference of 1 mm water column, so that the chamber pressure can be set very precisely to the pressure prevailing in the outside atmosphere.
The cooler 18 serves to cool the air heated under the action of the pump 5 back to the ambient temperature and thus to prevent the tobacco located in the tobacco part 21 from drying out, since otherwise an undesirable change in the suction resistance occurs.
According to the measurement conditions normalized for the cigarette industry, the outside atmosphere (air-conditioned room) has a temperature of 22 "C and a relative air humidity cp of 60%.
The second variable area flow meter 16 has a first scale in ml / sec. and a second scale in% ventilation.
The application of the device shown in FIG. 1 is explained in more detail below with reference to FIGS. 2 and 3.
To measure the total ventilation Vtot, the sealing membrane 13 of the chamber 12 is held tight by an amount of 2 mm over the free end face of the tobacco part 21 of the to be checked in the holder part 7 by means of the pressurized rubber tube 8 over a length of 9 mm according to FIG. 2 Filter cigarette 10 pushed to be able to measure the amount of air flowing in on this end face.
Then the pump 5 is put into operation and the air quantity Q discharged via the suction chamber and the air quantity qT introduced via the chamber 12 into the free end face of the tobacco part 21 are regulated by means of the regulating cocks 4 and 17 until, on the one hand, the extracted air quantity Q according to Display of the variable area flow meter 3 reaches the normalized amount of 17.5 ml / sec and on the other hand the air pressure in the chamber 12 is exactly the same size as the air pressure of the outside atmosphere, which can be read very accurately on the liquid differential pressure manometer 19.
Since the air supplied by means of the chamber 12 to the end face of the tobacco part 21 comes from the outside atmosphere surrounding the device, that is to say from an air-conditioned room with a normalized air temperature t of 22 ° C. and a normalized relative air humidity <p of 60%, and after that the heating caused by the pump 5 to a temperature t1 is cooled back to room temperature t by the cooler 18, the relative humidity (p of this air in the chamber 12 also corresponds to 60% again.
With stationary operation of this device, one now has conditions in chamber 12 with respect to air pressure, air temperature and relative humidity which correspond exactly to the outside atmosphere prevailing in the air-conditioned room.
The following applies to this regulated steady state for all of the measurements described below: Q = total amount of air drawn off at the free end of the filter = 17.5 ml / sec (constant).
RT = suction resistance in mm water column negative pressure, measured in the suction chamber adjacent to the free filter end.
qT = proportion of the air flowing in from outside through the free end of the tobacco part in ml / sec.
qp = proportion of the porous cigarette paper over the
Length of the tobacco from outside into the interior of the cigarette in ml / sec.
qF = percentage of the outside through the porous filter covering over the free filter length (filter length - 9 mm)
Air flowing inside the filter in ml / sec.
The following also applies to this regulated steady state:
Q = qT + qp + qF = 17.5 ml / sec.
that means qp + qF = 17.5 ml / sec -q, total ventilation in%
EMI5.1
Ventilation through the cigarette paper in%
EMI5.2
Ventilation through the filter cover in%
EMI5.3
In a measurement according to FIG. 2, qT can be read off directly on the scales of the variable area flow meter 16 in ml / sec and in%, where applicable
EMI5.4
In a measurement according to FIG. 3 to determine (qT + qp) = q, the chamber 12 is shifted from the position shown in FIG. 2 to the left until the membrane 13 is exactly at the end of the cigarette filter 11 facing the tobacco part 21, which can be set very easily with the help of the scale 14 and the pointer 15.
Since q can be determined according to FIG. 2, it is now possible, together with the measurement of (qT + qp) according to FIG. 3, to determine the values qT and qp for themselves as follows: qp = (qT + qp) - qT = measurement according to FIG. 3 measurement according to FIG. 2.
EMI5.5
= = 17.5 - (qr + qp) = 17.5 - measurement according to FIG. 3
EMI5.6
As can be seen, with the two measurements according to FIGS. 2 and 3, all desired values Viot, Vp and VF can be determined in a simple manner, it being possible to use the variable area flow meter 16 with the corresponding VtOt in addition to the ml / sec scale -, Vp and VF scales.
If only qF or VF is to be determined in the manufacture of cigarette filters, then an arrangement according to FIG. 4 is sufficient, in which the chamber 12 can only be moved over the cigarette filter 11. With a corresponding calibration of the variable area flow meter 16, these two values of interest in the manufacture of cigarette filters can be read off directly on two scales.
The adjustment of Q and qF takes place in exactly the same way as for the methods explained with reference to FIGS. 1, 2 and 3, i.e. when reading the measured values, Q = 17.5 ml / sec. and the air pressure inside the chamber 12 must be exactly the same as the air pressure in the outside atmosphere surrounding the device and the temperature 22 "C.
In order to avoid that, as a result of irregularities in the tobacco part 21, the measurement results relating only to the filter part 11 are influenced by different filter parts 11, it is also possible, as can be seen from FIG. To replace tobacco part 22, wherein the bore 23 is dimensioned such that the suction resistance of this standard Ta bakteiles 22 corresponds to the clear suction resistance of the tobacco part 21 to be combined with this filter 11.
Around the measuring scales of the variable area flowmeter
To be able to calibrate 16 in a simple and quick manner, it is advantageous to use a calibration rod element 24, as shown in FIG Chamber 12 to be inserted end 26 is closed.
To calibrate the measuring scale of the variable area flow meter 16, the calibration rod element 24 is inserted with its open end 27 into the insertion opening 1, held there in a sealing manner along its outer circumference by means of the hose 8, and then the chamber 12 along the scale 14 has certain values are assigned to the measuring scale of the variable area flow meter 16.
FIG. 7 uses a diagram to show the measured values representing the ventilation conditions on an unabridged filter cigarette, the measurements at points A, B, C, D and E being carried out on an unabridged method according to the methods explained with reference to FIGS. 1, 2 and 3 Filter cigarette 10 of 80 mm in length with the filter 11 and the tobacco part 21, clamped over a length of 9 mm in a holder part 7, were carried out.
In FIG. 8 the diagram shows the measured values representing the conditions of a shortening (corresponds to a burning cigarette) filter cigarette, the measurements of qT, qF, and RT being carried out according to the methods explained with reference to FIGS. 1, 2 and 3 .
The measurements are based on the unabridged filter cigarette a), the tobacco part 21 of which is gradually shortened by a quarter of its initial length 1.
As you can see, you can now easily read qT, qpS qF and RT (suction resistance at the end of the cigarette) at Q = 17.5 ml / sec for each point of the filter cigarette.