CH647135A5 - Verfahren zur ermittlung der brenn- und/oder glimmgeschwindigkeit eines rauchbaren artikels, und einrichtung zur durchfuehrung eines solchen verfahrens. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Brenn- und/oder Glimmgeschwindigkeit eines rauchbaren Artikels mit einem Fühler für die Strahlung der Glutzone des rauchbaren Artikels sowie eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Unter dem Begriff «rauchbarer Artikel» werden Cigar-ren, Cigarillos und insbesondere Cigaretten verstanden. Im folgenden sollen die hier interessierenden Probleme solcher rauchbarer Artikel anhand von Cigaretten erläutert werden.

Der Verbrauch von Tabak beim Rauchen, also während der Zugphasen oder während der Zugpausen, ist aus mehreren Gründen von Interesse: Zum einem lassen sich Aussagen über die Qualität des Produktes gewinnen, zum anderen ist der Verbrauch eine wichtige Hilfsgrösse bei der Bestimmung der Rauchausbeute und damit bei der Produktentwicklung.

Da die Messung der pro Zeiteinheit verbrannten Tabakmasse bisher nur bei grossem experimentellem Aufwand möglich ist und noch nicht für routinemässige Untersuchungen durchgeführt werden kann, wird als brauchbare Hilfsgrösse die Glimmgeschwindigkeit herangezogen, d.h., es wird die Bewegung der im allgemeinen kegelförmigen Glutzone pro Zeiteinheit gemessen, wenn die Cigarette sich selbst überlassen bleibt, also nicht an der Cigarette gezogen wird. Es handelt sich also um die Geschwindigkeit der Glutzone während einer einzigen, langen Zugpause ohne jede Zugphase.

Die übliche, routinemässige Bestimmung dieser Glimmgeschwindigkeit erfolgt durch Messung der gesamten Glimmdauer, d.h., es wird die Zeitspanne bestimmt, welche die Glutzone einer glimmenden Cigarette benötigt, um eine genau definierte Strecke zurückzulegen.

Eine Einrichtung zur Ermittlung der Glimmgeschwindigkeit, also der Geschwindigkeit der Glutzone ohne jeden Zug, ist aus der DE-OS 1 757 660 bekannt. Dabei sind parallel zu der in einer Halterung abbrennenden Cigarette zwei stationäre Phototransistoren in einem genau definierten Abstand voneinander angeordnet; die beiden Phototransistoren geben jeweils einen Impuls ab, wenn die Glutzone der Cigarette an ihnen vorbeiläuft. Aus der Zeitspanne zwischen dem Auftreten der beiden Impulse kann aus dem vorgegebenen, festen Abstand zwischen den beiden Transistoren die Glimmgeschwindigkeit der Cigarette ermittelt werden.

Mit der bekannten Einrichtung ist jedoch nur eine integrale Messung der Glimmgeschwindigkeit möglich, d.h., aus der Gesamtglimmzeit und der vorgegebenen Strecke wird eine mittlere Geschwindigkeit auf rechnerischem Wege ermittelt, während etwaige Änderungen der Glimmgeschwindigkeit im Laufe dieser Strecke nicht erfasst werden können.

Um jedoch Qualitätskontrollen bei verschiedenen Ciga-rettenchargen sowie Vergleiche zwischen verschiedenen Produkten durchführen zu können, sollten nicht nur die Gesamtglimmdauer, sondern auch zeitliche Änderungen der Glimmgeschwindigkeit erfasst werden.

Weiterhin ist mit der bekannten Einrichtung die Messung der Brenngeschwindigkeit nicht möglich, also der Geschwindigkeit der Glutzone während der Zugphasen; denn während der Zugphasen ergibt sich durch die Ventilation eine erhöhte Umwandlung des Tabaks in Rauch und damit eine schnellere Bewegung der Glutzone, die sich der reinen, langsameren Glimmbewegung überlagert. Diese Brenngeschwindigkeit kann mit der bekannten, integral messenden Einrichtung nicht erfasst werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der angegebenen Gattung und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, bei dem bzw. der die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten.

Insbesondere soll nicht nur die Glimmgeschwindigkeit der Glutzone während der Zugpausen, sondern auch ihre Brenngeschwindigkeit während der Zugphasen sehr exakt, also nicht nur zeitlich gemittelt, verfolgt und gemessen werden können.

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

647135

Bei dem Verfahren der angegebenen Gattung wird dies durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht. Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 ist durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 4 angeführten Merkmale erreicht.

Zweckmässige Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen zusammengestellt.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile beruhen insbesondere darauf, dass die Bewegung der Glutzone kontinuierlich überwacht und ein der Bewegung entsprechendes Signal erzeugt wird, so dass immer die exakte Korrelation zwischen der Stelle, an der sich gerade die Glutzone befindet, und der Zeit möglich ist. Aus den so erhaltenen Weg/Zeit-Kuven kann durch einfache Differentiation die momentane Geschwindigkeit der Glutzone für jeden Punkt der Länge des rauchbaren Artikels erhalten werden, so dass man sehr exakte Aussagen über die Glimm- und/oder Brenngeschwindigkeit des untersuchten Artikels, insbesondere über etwaige Änderungen dieser Geschwindigkeit im Laufe der Zeit, machen kann. Es lässt sich beispielsweise sofort feststellen, ob die Glimm- und/oder Brenngeschwindigkeit konstant bleibt oder sich im Laufe der Zeit ändert.

Für die Bewegung des Fühlers stehen zwei prinzipielle Verfahrensvarianten zur Verfügung: Bei der ersten Variante wird der Fühler im Prinzip ständig mit der Glutzone mitbewegt und nur dann angehalten, wenn eine Stelle mit genau definierter Strahlungsintensität der Glutzone erreicht wird; dies bedeutet in der Praxis, dass der Fühler, von der Spitze des Glutkegels aus gesehen, ständig nachgeführt wird. Diese Variante ist bei grösseren Genauigkeitsanforderungen nur für die Messung der Glimmgeschwindigkeit, also für die Bewegung der Glutzone während der Zugpausen, jedoch nicht für die Ermittlung der Brenngeschwindigkeit, also der Geschwindigkeit der Glutzone während der Zugphasen, geeignet, da bei einem Zug weiterer Tabak im wesentlichen in der Nähe der Papierbrennlinie verbrannt wird, so dass die Spitze des Glutkegels praktisch an der gleichen Stelle bleibt. Bei diesem Messverfahren bleibt also der Fühler während der Zugphase praktisch stehen. Trotzdem wird die über einen grösseren Zeitraum bestimmte Gesamtgeschwindigkeit der Bewegung des Glutkegels für Zugphase und Zugpause grösser als die reine Glimmgeschwindigkeir, also die Geschwindigkeit ohne jede Zugphase.

Bei der anderen Verfahrensvariante wird der Fühler nur dann bewegt, wenn sich ein Ort mit vorgegebener Strahlungsintensität der Glutzone nähert. In der Praxis heisst das, dass der Fühler vor der Glutzone in Richtung auf das Mundstück des Artikels verschoben wird. Bei dieser Variante kann die Brenn- und/oder Glimmgeschwindigkeit, also die Geschwindigkeit der Glutzone für Zugphasen und Zugpausen, direkt gemessen und aufgezeichnet werden.

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

Fig. 1 eine Übersichtskizze des Gesamtaufbaus einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,

Fig. 2 eine Schaltskizze des elektrischen Teils der Einrichtung, und

Fig. 3 eine Schar von mit der Einrichtung aufgezeichneten Kurven, die für verschiedene Cigaretten erhalten wurden.

Wie man in Fig. 1 erkennen kann, ist in einer Rauchmaschine 1 eine Cigarette 2 angeordnet, die von der Rauchmaschine 1 abgeraucht wird. Dabei bewegt sich der Glutkegel 3 der Cigarette 2 im Laufe des Abrauchens auf das Mundstück 4.

Parallel zu der Cigarette 2 verläuft eine von einem Motor 5 angetriebene Gewindespindel 6, deren Steigung so ausgelegt ist, dass über eine Länge von 80 mm etwa 10 Gänge vorhanden sind.

Auf der Gewindespindel 6 sitzt in einer Halterung 8 eine Photodiode 7, die dem Glutkegel 3 der Cigarette 2 nachgeführt werden kann. Mit dem Motor 5 ist ein Drehpotentiometer 9 gekoppelt, das eine vom Vorschub der Photodiode 7 anhängende Spannung erzeugt, die als Funktion der Zeit mittels eines Weg/Zeit-Schreibers 10 aufgezeichnet werden kann. Der Motor 5 und das Potentiometer 9 werden von einer gemeinsamen Spannungsquelle 11 versorgt.

Der elektrische Aufbau der Motorsteuerung soll im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert werden.

Im Stromkreis 12 des Motors 5 befindet sich ein Schalter Sl, mit dem die Drehrichtung des Motors 5 umgeschaltet bzw. der Motor angehalten werden kann. Dieser Schalter Sl weist drei bewegliche Kontakte auf, von denen jeder in Anlage an drei stationäre Kontakte kommen kann, die mit A, B, C, A', B', C und A", B", C" bezeichnet sind.

Wenn die beweglichen Kontakte in Anlage an die gemäss der Darstellung in Fig. 2 unteren stationären Kontakte C, C' bzw. C" kommen, ist der Motor eingeschaltet und läuft in seiner normalen Betriebsrichtung, so dass sich gemäss der Darstellung in Fig. 1 die Photodiode 7 von links nach rechts auf der Gewindespindel 6 verschiebt.

Wenn die beweglichen Kontakte in Anlage an die gemäss der Darstellung in Fig. 2 mittleren stationäre Kontakte B, B' bzw. B" kommen, ist der Motor ausgeschaltet, so dass sich die Gewindespindel 6 nicht drehen kann.

Wenn schliesslich die beweglichen Kontakte in Anlage an die oberen stationären Kontakte A, A' bzw. A" kommen, so wird die Drehrichtung des Motors 5 umgekehrt, d.h., die Photodiode 7 wird gemäss der Darstellung in Fig. 1 von rechts in die linke Ausgangsstellung am Anfang der Cigarette 2 zurückgeführt.

Mit dem Schalter Sl ist ein weiterer Schalter S2 verbunden, mit dem in noch zu erläuternder Weise die grundsätzliche Betriebsart der Einrichtung eingestellt werden kann.

Im einzelnen ist dabei ein Verbindungspunkt der beiden stationären Kontakte A' und C" des Schalters Sl mit einem zweiten beweglichen Kontakt K2 des Schalters S2 verbunden, während ein Verbindungspunkt der beiden stationären Kontakte C' und A" des Schalters Sl an einen dritten beweglichen Kontakt K3 des Schalters S2 angeschlossen ist. Schliesslich ist noch der stationäre Kontakt A des Schalters

51 mit einem ersten beweglichen Kontakt Kl des Schalters

52 verbunden.

Der gemäss der Darstellung in Fig. 2 obere, mit dem stationären Kontakt A verbundene bewegliche Kontakt Kl des Schalters S2 kann zwischen einer Schaltstellung I, in welcher er an Erde liegt, und einer Schaltstellung II umgestellt werden, in der er über einen Widerstand R2 mit dem positiven Anschluss einer Spannungsquelle 11 verbunden ist. . Der gemäss der Darstellung in Fig. 2 mittlere bewegbare Kontakt K2 des Schalters S2 kann zwischen einer Schaltstellung I' und einer Schaltstellung II' umgestellt werden, in der er direkt an dem positiven Pol der Spannungsquelle 11 anliegt.

Der gemäss der Darstellung in Fig. 2 untere bewegliche Kontakt K3 des Schalters S2 kann schliesslich zwischen einer Schaltstellung I", in der er an Masse liegt, und einer Schaltstellung II" umgestellt werden.

Die beiden Schaltstellungen I' und II" sind über einen gemeinsamen Punkt 30 verbunden, der wiederum über einen Widerstand R1 und eine Leitung 13 an dem positiven Pol der Spannungsquelle 11 sowie über die Kollektor/Emitter-Strecke eines Transistors 21 an Masse liegt. Die Basis des

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

6Q

65

647 135

4

Transistors 21 ist über eine Leitung 22 mit dem oberen beweglichen Kontakt des Schalters Sl verbunden. Die beiden anderen beweglichen Kontakte des Schalters Sl sind an den Motor 5 angeschlossen.

Die Photodiode 7 liegt mit einem Anschluss über einen Widerstand R3 an Masse und mit dem anderen Anschluss über eine Leitung 15 an dem positiven Pol der Spannungsquelle II.

Zwischen dem Widerstand R3 und der Photodiode 7 zweigt eine Leitung 16 zu einem Komparator 17 ab, dem an seinem + Eingang das Ausgangssignal der Photodiode 7 und an seinem —Eingang auf einer Leitung 18 eine Bezugsspannung zugeführt wird, deren Höhe variiert werden kann. Die Einstellung der Bezugsspannung erfolgt in einer Rückkopplungsschaltung 19, die Widerstände R4 und R5, einen Kondensator C3 und ein Potentiometer PI enthält. Mittels des Potentiometers PI kann die Bezugsspannung verstellt werden.

Der Ausgang des Komparators 17 ist über einen weiteren Widerstand R6 und eine Leitung 20 mit der Basis des Transistors 21 verbunden.

Der negative Pol der 15V liefernden Spannungsquelle 11 ist über zwei Kondensatoren Cl u. C2 mit dem positiven Pol verbunden, wie man in Fig. 2 erkennen kann.

In der gezeigten, unteren Stellung des Schalters S2 ist der stationäre Kontakt I' über die Leitung 13 und den Widerstand R1 mit dem positiven Pol der Spannungsquelle 11 verbunden, während der Kontakt I" auf Massepotential liegt.

Im folgenden soll die Funktionsweise der erfmdungsge-mässen Einrichtung erläutert werden. Nachdem die Cigarette 2 in die Rauchmaschine 1 eingesetzt und angeraucht worden ist, wird die Photodiode 7 an das gemäss der Darstellung in Fig. 1 linke Ende der Gewindespindel 6 zurückgefahren, indem der Schalter Sl so verstellt wird, dass seine beweglichen Kontakte an den stationären Kontakten A, A' bzw. A" anliegen. Wenn das linke Ende erreicht ist, wird der Schalter Sl umgestellt, so dass seine beweglichen Kontakte an den stationären Kontakten C, C' und C" anliegen, der Motor 5 sich in der normalen Betriebsrichtung dreht und die Photodiode 7 gemäss der Darstellung in Fig. 1 nach rechts bewegt wird. Diese Bewegung der Photodiode 7 ist mit der Geschwindigkeit der Glutzone 3 der .Cigarette 2 gekoppelt, so dass sie sich entsprechend der Bewegung der Glutzone 3 nach rechts verschiebt. Diese «Fixierung» der Photodiode 7 auf die Glutzone 3 der Cigarette 2 kann in Abhängigkeit von der Stellung des Schalters S2 auf eine der beiden folgenden Weisen erreicht werden. Wenn sich der Schalter Sl in der Stellung für normale Betriebsrichtung des Motors 5 befindet und die beweglichen Kontakte des zweiten Schalters S2 an den stationären Kontakten I, I' bzw. I" anliegen, wie es in Fig. 2 zu erkennen ist, fliesst Strom von dem positiven Pol der Spannungsquelle 11 über den Widerstand Rl, die Kontakte I', C", den Motor 5 sowie die Kontakte C' und I", wodurch der Motor 5 sich dreht und die Photodiode 7 auf der Gewindespindel 6 verschoben wird. Wenn nun die Photodiode 7 eine Stelle erreicht, an der sie von der Glutzone 3 der Cigarette eine Strahlung mit einer genau definierten Intensität empfängt, wird die Photodiode 7 leitend, d.h., sie steuert durch. Nun kann durch die Photodiode 7 ein Strom fliessen, der in dem Komparator 17 mit einer Bezugsgrösse verglichen wird, wobei der Komparator 17 bei Gleichheit ein Ausgangssignal erzeugt, das an die Basis des Transistors 21 angelegt wird und diesen durchsteuert, so dass der Stormfluss aus der Leitung 13 nicht mehr über den Motor 5, sondern direkt über den Transistor 21 erfolgt und damit der Motor 5 angehalten wird. Dies bedeutet also, dass auch die Photodiode 7 sich auf der Gewindespindel 6 nicht mehr verschiebt, wodurch die Photodiode 7 auf die Glutzone 3 der Cigarette 2 fixiert ist.

Erst wenn die im allgemeinen kegelförmige Glutzone 3 der Cigarette 2 aus dem Ansprechbereich der Photodiode 7 herausgewandert ist, wird der Transistor 21 wieder gesperrt und dadurch der Motor 5 wieder in Gang gesetzt.

Bei dieser Funktionsweise wird also die Photodiode 7, von der Spitze des Glutkegels 3 aus gesehen, nachgeführt.

Bei einer Umstellung des Schalters S2 auf die stationären Kontakte II, II' und II", wobei die Kontakte II' und II"

über den Motor 5 verbunden sind, fliesst kein Strom, wenn die Photodiode 7 nichtleitend ist und damit nicht durchgesteuert wird. Entsprechend dreht sich auch der Motor 5 nicht, so dass die Photodiode 7 stationär bleibt.

Erst wenn sich der Glutkegel 3 der Cigarette 2 dem Ansprechbereich der Photodiode 7 nähert, wird die Photodiode 7 leitend und steuert durch, wodurch auf die oben erläuterte Weise ein Signal an die Basis des Transistors 21 gelegt wird, so dass dieser ebenfalls durchgesteuert wird und damit den Motor 5 und den Vorschub der Gewindespindel 6 in Betrieb setzt. Bei dieser Arbeitsweise wird die Photodiode 7 also vor der Glutzone 3 in Richtung auf das Mundstück 4 zu verschoben.

Das erste Verfahren, also bei den Stellungen I, I' und I" der beweglichen Kontakte des Schalters S2, ist besonders zur Ermittlung des Verlaufes der Glimmgeschwindigkeit der Cigarette 2, also der Geschwindigkeit der Glutzone 3 während der Zugpausen, geeignet, während das zweite Verfahren,

also bei den Stellungen II, II' und II" der beweglichen Kontakte des Schalters S2, besonders für die Ermittlung der Brenn- und/oder Glimmgeschwindigkeit der Cigarette 2 während der Zugphasen und Zugpausen geeignet ist, da bei der Zugphase der Tabak zunächst im wesentlichen in der Nähe der Papierbrennlinie verbrannt wird und die Spitze des Glutkegels zunächst praktisch in der gleichen Lage bleibt.

Um den einwandfreien Rücklauf des Motors 5 bei Stellung II des Schalters S2 zu ermöglichen, muss der Transistor 21 durchgesteuert sein. Für diesen Zweck ist die über die Kontakte II und A an den positiven Pol der Spannungsquelle 11 angeschlossene Rückführleitung 22 vorgesehen, die mit der Basis des Transistors 21 verbunden ist.

Der Ansprechbereich der Photodiode, d.h., die Strahlungsintensität, bei der die Photodiode 7 anspricht, kann mittels des Potentiometers PI festgelegt werden.

In einer solchen Einrichtung kann also nicht nur die reine Glimmgeschwindigkeit, also die Bewegung der Glutzone, die ohne Ziehen an der Cigarette durch den natürlichen Abbrennvorgang abläuft, sondern auch die Brenngeschwindigkeit ermittelt werden, also die Geschwindigkeit, mit der sich die Glutzone beim Ziehen an der Cigarette vorwärtsbewegt.

In Fig. 3 sind schematisch einige Messergebnisse aufgetragen, die mit der erfmdungsgemässen Einrichtung erhalten wurden. Dabei handelt es sich um eine Schar von Weg/Zeit-Diagrammen für den Glutkegel einer Cigarette, an der nicht gezogen wurde; es lässt sich deutlich erkennen, dass die Glimmgeschwindigkeit über die Länge der Cigarette nicht konstant ist, sich also im Laufe der Zeit ändert.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

S

2 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

647135 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Ermittlung der Brenn- und/oder Glimmgeschwindigkeit eines rauchbaren Artikels mit einem Fühler für die Strahlung der Glutzone des rauchbaren Artikels, dadurch gekennzeichnet, dass der Fühler parallel zum rauchbaren Artikel der Glutzone nachgeführt und ein seiner Verschiebung entsprechendes wegabhängiges Signal erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fühler verschoben und bei Erreichen eines Ortes vorgegebener Strahlungsintensität in der Glutzone angehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der stillstehende Fühler bei der Annäherung eines Ortes vorgegebener Strahlungsintensität der Glutzone verschoben wird.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine parallel zu dem in einer Rauchmaschine (1) angeordneten, rauchbaren Artikel (2) verlaufende Gleitschiene (6) für die Verschiebung des als Photodiode (7) ausgebildeten, der Glutzone (3) folgenden Fühlers, wobei das wegabhängige Signal aus dem Vorschub des Fühlers (7) auf der Gleitschiene (6) abgeleitet wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen das wegabhängige Signal erzeugenden Weggeber für die Verschiebung der Photodiode (7).

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschiene als Gewindespindel (6) ausgebildet ist, die über einen Motor (5) gedreht wird, und dass der Motor (5) direkt mit einem Drehpotentiometer (9) gekoppelt ist, das eine der Zahl der Umdrehungen der Gewindespindel (6) proportionale, dem Vorschub der Photodiode (7) entsprechende Spannung erzeugt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehpotentiometer (9) an einen Schreiber (10) für die zeitabhängige Aufzeichnung der Spannung angeschlossen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Durchsteuerung der Photodiode (7) der Stromkreis des Motors (5) für die Gewindespindel (6) unterbrochen wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Durchsteuerung der Photodiode (7) der Stromkreis des Motors (5) für die Gewindespindel (6) geschlossen wird.

10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch ein bei der Durchsteuerung der Photodiode (7) betätigbares Schaltelement (21) im Stromkreis des Motors (5).

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement ein Transistor (21) ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen im Stromkreis des Motors (5) angeordneter Schalter (S2) das Schaltelement (21) wahlweise parallel oder in Reihe zu dem Motor (5) schaltbar ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen bzw. einen weiteren Schalter (Sl) für die Umschaltung der Drehrichtung bzw. zum Anhalten des Motors (5) für die Gewindespindel (6).