DE2235037C3 - Einrichtung zum Messen des Kohlenstoffgehaltes von aus kohlenstoffhaltigen und nicht kohlenstoffhaltigen Bereichen zusammengesetzten Rauchfiltern - Google Patents

Description

Die Herstellung von Rauchfiltern, die einerseits aus kohlenstoffhaltigen Einlagen und nicht kohlenstoffhaltigen Einlagen bestehen, erfordert eine laufende Überwachung, um die geforderte Filterqualiiä; einzuhaken. Die Überwachung der nicht kohlenstoffhaltigen, meist aus Watte bestehenden Filtereinlagen kann durch laufende Gewichtsmessungen der Filterstangen überwacht werden. Die Überwachung des Kohlenstoffgehaltes der kohlenstoffhaltigen Einlagen solcher Filterstangen ist bisher nur dadurch möglich gewesen, daß periodisch Filterstangen aus der Produktion herausgenommen und zerteilt wurden und dann der so isolierte Kohlenstoff gemessen wird. Abgesehen davon, daß dieses Verfahren unnötigen Ausschuß erzeugt, ist dies relativ umständlich und zeitraubend und auch nicht genau genug. Eine laufende Überwachung im Betrieb war nur durch Messung des Gesamtgewichtes der Filterstangen möglich. Wenn hierbei Abweichungen festgestellt wurden. war damit jedoch noch nicht festgestellt, ob diese Abweichung auf den kohlenstoff- oder auf den nicht kohlenstoffhaltigen Teil des Filters zurückzuführen ist, so daß in der Praxis oftmals Fehlsteuerungjn stattfanden.

Zur Messung bestimmter Materialeigenschaften, beispielsweise der Packungsdichte von Tabak in Zigaretten, ist es bekannt, Kapazitätsmeßeinrichtungen mit zwei gegenüberliegenden Elektrodenpiatten zu verwenden, vgl. die US-PS 2 519 089. Das zwischen die Elektrodenplatten gebrachte zu untersuchende Material kann damit ohne Zerstörung bezüglich bestimmter Materialeigenschaften, beispielweise der Feuchtigkeit od. dgl., gemessen werden. Diese bekannten Kapazitätsmeßeinrichtungen sind in dieser Form jedoch noch nicht zum Messen des Kohlenstoffgehaltes von aus kohlenstoffhaltigen und nicht kohlenstoffhaltigen Bereichen zusammengesetzten Rauchfiltern geeignet.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Meßeinrichlung zu schaffen, mit der ohne Zerstörung einfach und Schnell und trotzdem genau auch Rauchfilter auf ihren Kohlenstoffgehalt hin überprüft werden können, die #us mehreren axial aufeinanderfolgenden kohlenstoffhaltigen und nicht kohlenstoffhaltigen Bereichen zutammengesetzt sind.

Diese Aufgabe wird unter Verwendung einer be-Rannten Kapazitätsmeßtnordnung mit zwei gegenüberliegenden Elektrodenplatten erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine der Elektrodenpiatten der Lage der kohlenstoffhaltigen Bereiche der zwischen den Elektroden gehaltenen Filter entsprechend verteilte Längsrippen aufweist.

Die erfindungsgeniäße Meßeinrichtung erlaubt das ^rortlaufende zerstörungsfreie Messen des Kohlenstoffgehaltes von zusammengesetzten Rauchfiltern und i daher besonders für die laufende Überwachung d( Fertigung solcher Rauchfilter geeignet. Die eignet sie vor allem zum Messen solcher Rauchfilter, bei dene der kohlenstoffhaltige Bereich in Form lockerer Körr ch-en von Aktivkohle zwischen Stopfen von Zellulose filtermaterial angeordnet sind. Durch die zusätzliche Rippen an der Elektrodenplatte wird erreicht, daß dii Kapazitätsmessung im wesentlichen auf die kohlen stoffhaltigen Bereiche beschränkt wird, also schon ge ringstmögliche Abweichungen des Kohlenstoffgehalte: festgestellt werden können. Die erfindungsgemäß« Meßeinrichtung wird vorzugsweise vor Inbetriebnah me mit Filtern bekannten Kohlenstoffgehaltes geeicht und die Anzeige kann dann in Prozentabweichung von einem Sollwert erfolgen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen ar. einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 zeigt die Elektronenanordnung für eine Meßeinrichtung;

F i g. 2 bis 4 zeigen Details davon, und zwar zeigt Fig. 2 einen Längsschnitt und F i g. 3 und 4 jeweils Querschnitte längs der Linien 5-5 nach F i g. 2.

F i g. 1 zeigt die Elektrodenanordnung 104 zur Aufnahme der zu messenden Rauchfilter, die mit der nicht dargestellten eigentlichen elektrischen Kapazitätsmeßeinrichtung verbunden ist. Die Elektrodenanordnung 104 besteh; aus Seitenwänden 108, 110, 112 und 114 aus Metall ur.d einem metallischen Boden 116. Der Boden 116 besitzt überstehende Randbereiche 118 und 120. Am Oberteil ist eine Deckplatte 122 aus Metall angebracht, die an den Seitenwänden befestigt ist. An der Deckplatte 122 ist eine obere Kondensatorplatte 126 schwenkbar angebracht. Hierzu sind an der Deckplatte 122 über Metallschrauben 131 und 132 Lager 128 bzw. 130 befestigt, in denen Wellenlager 133 bzw. 134 angeordnet sind. In den Lagern 133 und 134 ist ein Block 136 auf einer Weile 138 schwenkbar gelagert, der außerdem an der Kondensatorplatte 126 mit Schrauben 140 befestigt ist. An der Kondensatorplatte 126 ist ein Riegel 142 in Form eines Klemmhebels angebracht, der einen Handgriff 144 hat, mit dem der Riegel in Eingriff und außer Eingriff mit einem ortsfesten Ansatz 146 gebracht wird, welcher mit einer Metallschraube 147 und einem Stift 148 an der Deckplatte 122 des Gehäuses 104 befestigt ist.

Die obere Kondensatorplatte 126 des im Gehäuse 104 aufgenommenen Plattenkondensators ist also schwenkbar an der Deckplatte 122 des Gehäuses 104 gelagert, so daß bei geschlossener Kondensatorplatte 126 der Riegel 142 mit dem Ansatz 146 in Eingriff steht und die Oberfläche der Kondensatorplatte 126 an die Oberfläche der Deckplatte 122 des Gehäuses 104 angrenzt.

Das Gehäuse 104 ist federnd gelagert, und an der Unterseite des Bodens 116 ist ein Vibrator 174 befestigt.

Die eigentliche Schaltung zum Messen der Kapazität zwischen den beiden Elektrodenpiatten ist in einem vom Gehäuse 104 getrennten gesonderten Gehäuse untergebracht. Die Schaltung ist von bekannter Art. Über ein Meßgerat wird die prozentuale Abweichung des Kohlenstoffgehaltes des zu prüfenden Gütermaterials von einem vorgeschriebenen Füllzustand, der null Prozent entspricht, angezeigt, Diese Kapazitätsmeßeinrichtting kann von beliebiger Art sein. Es handelt sich beispielsweise um eine Kapazitätsmeßeinrichtung, die

auf Kapazitätsänderungen zwischen den Elektrodenplatten bis zu ein Zehntel Pikofarad anspricht.

In F i g. 1 ist die obere gerippte Kondensatorplatte 126 in geöffneter Stellung gezeigt

Die untere Kondensatorplatte 190 des im Gehäuse 104 aufgenommen Plattenkondensalors bildet den Boden einer Kammer mit Seitenwänden 192 und 194 aus einem isolierenden Werkstoff, die an der Kondensatorplatte 190 durch Schrauben 1% fest angebracht sind, und mit Stirnwandabstandsgliedern Ί98 und 200 aus einem isolierenden Werkstoff, die an einem Ende mit der Deckplatte 122 des Gehäuses 104 mittels Schraubbolzen 202 und an den Enden der Kondensatorplatte 190 mittels der Schraubbolzen 202, isolierender Unterlegscheiben 204 und Muttern 206 befestigt sind.

In F i g. 1 sind dreißig Filterstangen 208 mit freier Kohlenstoffüllung zum Prüfen in der Kammer auf der Oberseite der Kondensatorplatte 190 gezeigt. Ein Teil der isolierenden Abstandsglieder 198 und 200 liegt etwas höher als die Filterstangen 208. Jede der zu prüfenden Filterstangen 208 mit freier Kohlenstoffüllung weist abwechselnd Kohlenstoffkammern 210 und Zellulosefilterabschnitte 212 auf. Jede Stange ergibt schließlich sechs Filter mit freier Kohlenstoffüllung, von denen jeder Filter einen einzigen kohlenstoffhaltigen Bereich aufweist, Bei dem es sich hier um die Kohlenstoffkammer 210 handelt, der an jedem Ende von einem nicht kohlenstoffhaltigen Bereich 212 begrenzt ist. An der Oberfläche der oberen Kondensatorplatte 126 sind Rippen 214 mit Befestigungsmitteln 216 befestigt. Diese Rippen 214 sind an der Kondensatorplatte 126 in Bezug aufeinander so angeordnet, daß bei verriegelte; Stellung der Kondensatorplatte 126 mit Hilfe des Rie gels 142 und des Ansatzes 146 die Rippen 214 an ihren Enden von den isolierenden Abstandssuicken 198 und 200 abgestützt sind und den Kohlenstoffkammern 210 der Filterstangen 208 mit freier Kohlenstoffüllung benachbart sind, wenn diese Filterstangen auf der unteren Kondensatorplatte 190 angeordnet sind.

F i g. 2 und 3 zeigen die obere Kondensatorplaue 126 in ihrer mit dem Riegel 142 und dem Ansatz 146 verriegelten, geschlossenen Stellung. Die zu prüfenden Filterstangen 208 mit freier Kohlenstoffüllung sind zwischen einem Teil der isolierenden Abstandsglieder 198 und 200 auf der Oberseite der unteren Kondensatorplatte 190 angeordnet. Die Rippen 214 der oberen Kondensatorplatte 126 sind an ihren Enden von einem Teil der isolierenden Abstandsglieder 198 und 200 abgestützt und in der Nähe der Kohlenstoffkammern 210 der Filterstangen 208 angeordnet. Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei in geschlossener Stellung mit Hilfe des Riegels 142 und des Ansatzes 146 verriegelter oberer Kondensatorplatte 126 ein integraler Verschluß mit dem Gehäuse 104 gebildet ist, wodurch die untere Kondensatorplatte 190 völlig umschlossen ist. Dies Abschirmen schützt die untere Kondensatorplatte 190 vor Nahwirkungen in der Nähe befindlicher Gegenstände und Personen und schirmt außerdem jede mögliche HF-Strahlung von dieser »heißen« Platte ab. Strom wird der unteren Kondensatorplatte 190 über einen elektrischen Stecker 218 zugeführt, der in F i g. 3 als ein koaxialer HF-Stecker gezeigt ist, der an der Bodenplatte 120 des Gehäuses 104 mit Schrauben 220 befestigt und an der Stelle 222 mit der unteren Kondensatorplatte 190 elektrisch verbunden ist.

Wenn die Filterstangen 208 mit freier Kohlenstoffüllung auf die untere Kondensatorplatte 190 zwischen die isolierenden Abstandsglieder 198 und 200 gefüllt werden und die obere Kondensatorplatte 126 mit dem Riegel 142 und dem Ansatz 146 in ihrer Lage verriegelt wird, befindet sich der Kohlenstoff in den Kohlenstoffkammern 210 im allgemeinen in ungeordnetem Zustand. Oft rollen z. B. die Filterstangen 208 noch kurz bevor sie ihre endgültige Stellung erreichen, wodurch die Kohlenstoffoberfläche der Kohlenstoffüliung innerhalb der Kohlenstoffkammer 210 unter einem Winke! zur Oberfläche der in der Nähe dieser Filterstangen

ίο befindlichen unteren Kondensatorplatte 190 oder zur Oberfläche der Rippen 214 in der Nähe der Filterstangen bleibt. Da dieser Winkel von Zeit zu Zeit verschieden ist, schwanken infolgedessen auch die bei aufeinanderfolgenden Messungen einer gegebenen Probe von Filierstangen 208 mit freier Kohlenstoffüüung erhaltenen Werte entsprechend. Da mit der Erfindung Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Meßwerte erreicht werden sollen, darf die Kohlenstoffanordnung oder -ausrichtung sich von einer Messung zur nächsten nicht merklich unterscheiden. Dies wird durch die Befestigung des Vibrators 174 am Gehäuse 104 und die Anordnung flexibler Federstützen zum Abstützen des isolierenden Gehäuses 104 erreicht.
Die Kapazität eines elektrischen Kondensators, wie

as des Plattenkondensators mit parallelen Kondensatorplatten 126 und 190. ist proportional zur Fläche der Platten und umgekehrt proportional zum Abstand D zwischen den Platten. Wenn ein unregelmäßiger leitender Gegenstand zwischen die Platten gebracht wird, so wird der Plattenabstand der Wirkung nach verringert, und die an den Platten gemessene Kapazität steigt. Wenn die Gestalt des Gegenstandes kompliziert ist, kann es schwierig oder unmöglich sein, die erwartete Kapazitätsänderung über die Platten des Kondensators hinweg beim Einführen des Gegenstandes zwischen den Platten zu berechnen. Trotzdem steht, wenn mehrere derartige Gegenstände von ähnlicher Gestalt aber unterschiedlicher Größe nacheinander zwischen die Platten des Kondensators gebracht werden, die Kapazitätsänderung an den Kondensatorplatten beim Einführen und Herausnehmen jedes Gegenstandes in Beziehung zur Größe des Gegenstandes in jedem betreffenden Fall. Der Kohlenstoff in der Kohlenstoffkammer 2ίΟ der Filterstangen 208 mit freier Kohlenstofffüllung ist der Wirkung nach ein kleiner leitfähiger Gegenstand. Wenn die Kohlenstoffkammer 210 eine im wesentlichen gleichbleibende Länge und einen im wesentlichen gleichbleibenden Querschnitt hat, drücken sich Änderungen der prozentualen Kohlenstoffüllung

in Änderung der Kohlenstoffhöhe aus. Wenn also die Filterslangen 208 mit freier Kohlenstoffüllung zwischen den Kondensatorplatten 126 und 190 des Plattenkondensators angeordnet werden, ist die über die Kondensatorplatten 126 und 190 hinweg von der Kapazitätsanzeigeeinrichtung gemessene Kapazitätsänderung proportional zum Kohlenstoffgehalt der gemessenen Charge Filterstangen mit freier Kohlenstoffüllung.

Es sind drei Ausrichtungen der Filterstangen 208 mit freier Kohlenstoffüllung und der Kondensatorplatten 126 und 190 möglich. Die Vorrichtung kann so aufgestellt sein, daß die Kondensatorplatten 126 und 190 senkrecht und die Filterstangen 208 waagerecht liegen. Bei dieser Anordnung der Kondensatorplatten 126 und 190 und der Filterstangen 208 ergibt sich die größtmögliehe Empfindlichkeit, wenn die Kohlenstoffkammern 210 ungefähr halb voll sind. Die Vorrichtung kann auch so aufgestellt sein, daß die Ko.idensatorplatten 126 und 190 und die Filterstangen 208 alle senkrecht zu liegen

kommen. Bei dieser Anordnung der Kondensatorplatten 126 und 190 und der Filterstangen 208 ist das Ansprechen bei allen Kohlenstoffhöhen linear, aber nur mäßig. Für das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel ist die dritte Ausrichtung gewählt, bei der die Kondensatorplatten 126 und 190 und die Filterstangen 208 sich alle parallel zur Horizontalen erstrekken. Diese Ausrichtung ergibt eine rasch steigende Empfindlichkeit bei Filtern, die beträchtlich mehr als halb voll sind. Es wird diejenigen Ausrichtung gewählt, die für die zu messenden Filterstangen 208 mit freier Kohlenstoffüllung am besten geeignet ist.

Im Betrieb wird zuerst eine Probecharge von Filterstangen 208 mit freier Kohlenstoffüllung auf die untere Kondensatorplatte 190 gegeben. Anschließend wird die obere Kondensatorplatte 126 mit Hilfe des Riegels 142 und des Ansatzes 146 in ihrer Lage verriegelt. Der Vibrator 174 versetzt das Gehäuse 104 für kurze Zeit, beispielsweise 5 Sekunden, in Schwingung, wodurch sich der Kohlenstoff in den Kohlenstoffkammern 210 der Filterstangen 208 absetzt. Dann wird der Vibrator 174 selbsttätig abgeschaltet und das Anzeigemeßgerät kurzfristig, beispielsweise 5 Sekunden lang eingeschaltet, und während dieser Zeit erfolgt die Ablesung. Am Ende dieses 10 Sekunden langen Zyklus wird das Meßgerät wieder abgeschaltet. Dann wird der Riegel 142 außer Eingriff mit dem Ansatz 146 gebracht und die obere Kondensatorplatte 126 geöffnet.

Als Beispiel der hier beschriebenen Betriebsweise wurde das Ausführungsbeispiel so eingestellt, daß sich eine Nullabweichung (Mitte der Skala) für Filter ergab, deren Kammern zu 63% mit Kohlenstoffkörnchen gefüllt waren. Dann wurden Gruppen von Filterstangen vorbereitet, von denen jede Gruppe einen anderen Kohlenstoffgehalt hatte. Mit dem oben beschriebenen Gerät wurde dann eine Anzeige für jede Gruppe erarbeitet. Anschließend wurden die Filter aufgeschnitten und der tatsächliche Kohlenstoffgehalt unmittelbar festgestellt.

Die Rippen 214 sind an der oberen Kondensatorplatte 126 vorgesehen, um dazu beizutragen, daß Ansprechen des Plattenkondensators auf Feuchtigkeitsschwankungen der nicht kohlenstoffhaltigen Bereiche 212 der Filterstangen 208 mit freier Kohlenstoffüllung auszuschalten. Da die Rippen 214 der oberen Kondensatorplatte 126 den Kohlenstoffkammern 210 benachbart sind, wird die Auswirkung der nicht kohlenstoffhaltigen Bereiche 212 dadurch geringer gemacht, daß der Abstand zwischen der oberen Kondensatorplatte 126 und der unteren Kondensatorplatte 190 in diesen Bereichen vergrößert wird. Eine weitere Reduzierung läßt sich mit einer anderen Konstruktion der unterer Kondensatorplatte erzielen, die mit Rippen in der Näh« der Kohlenstoffkammern 210 versehen ist. Wenn ge maß F i g. 4 zusätzlich zur oberen Kondensatorplatte 126 mit den Rippen in der Nähe der Kohlenstoffkammern 210 eine zweite obere Kondensatorplatte 126.' vorgesehen wird, die mit Rippen versehen ist, welche den nicht kohlenstoffhaltigen Bereichen 212 benach-

ίο bart sind, kann die Genauigkeit noch verbessert werden. Die Kondensatorplatte 126 ist sehr empfindlich für den Kohlenstoff in den Filterstangen 208 mit freier Kohlenstoffüllung, spricht aber auch geringfügig auf die Stoffe in den Filterstangen an, die nicht Kohlenstoff

iS sind. Die Platte 126a andererseits spricht minimal auf den Kohlenstoff in den Kohlenstoffkammern 210 und maximal auf die nicht kohlenstoffhaltigen Bereiche 212 an. So kann die Kapazität am Plattenkondensator für eine gegebene Charge Filterstangen 208 mit freier

ao Kohlenstoffüllung einmal gemessen werden, wenn die obere Kondensatcrplatte 126 geschlossen ist, und erneut, wenn die obere Kondensatorplatte 126;? geschlossen ist. Diese beiden Kapazitätswerte Ri bzw .fö werden dann zur Anzeige R = /?i - KR2 kombiniert, die unabhängig von Feuchtigkeit ist. Rt ist die Anzeige der Kapazität bei geschlossener oberer Kondensatorplatte 126, während /?2 die Anzeige der Kapazität bei geschlossener oberer Kondensatorplatte 126a ist. K ist eine Konstante, die empirisch festgelegt wird, um die Kombination R\ - KRi feuchtigkeitsunabhängig zu machen. Diese abwechselnde Verwendung von zwei oberen Kondensatorplatten ergibt einen geringfügigen Verlust an Kohlenstoffempfindlichkeit, aber die Genauigkeit des Ansprechens auf Kohlenstoff ist deutlich größen

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel wurde hier zwar im Zusammenhang mit dem Messen des Kohlenstoffgehalts in Filterstangen mit freier Kohlenstoffüllung beschrieben, die abwechselnd Kohlenstoffkammern und nicht kohlenstoffhaltige Bereiche aufweisen. Aber die Einrichtung kann auch zur Bestimmung des Kohlenstoffgehalts in Filtern verwendet werden, die mit Kohlenstoff imprägniertes Acetat aufweisen, bei denen die kohlenstoffhaltigen Bereiche aus in einer Stange aus Zelluloseacetatfiltermaterial dispergierten Kohlenstoffkörnchen bestehen. Bei dieser Messung ist der Vibrator 174 nicht nötig, und die obere Kondensatorplatte 126 kann eben sein und braucht keine Rippen 214 aufzuweisen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zum Messen des Kohlenstoffgehaltes von aus kohlenstoffhaltigen und nichikohlenstoffhaltigen Bereichen zusammengesetzten Rauchfiltern unter Verwendung einer Kapazitätsmeßanordnung mit zwei gegenüberliegenden Elektrodenplatten, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Elektrodenplatten (126) der Lage der kohlenstoffhaltigen Bereiche (210) der zwischen den Elektroden gehaltenen Filter (208) entsprechend verteilte Längsrippen (214) aufweist.