DE2428399A1 - Verfahren und vorrichtung zum zerstoerungsfreien festigkeitspruefen von gasdurchlaessigen gegenstaenden wie z.b. zigaretten - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

HEUMUTSGHROETZR KLAUS LEHMANN 2428399

DIPL.-PHYS. DIPL.-ING.

Tobacco Research and Development sp-re-26

Institute Limited BB/p

IO.6.1974

Verfahren und Vorrichtung zum zerstörungsfreien Festigkeitsprüfen von gasdurchlässigen Gegenständen wie z.B. Zigaretten

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum zerstörungsfreien Festigkeitsprüfen von gasdurchlässigen Gegenständen wie z.B. Zigaretten entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einem bekannten Verfahren zum Messen der Härte oder Festigkeit einer Zigarette wird sie einem äußeren Druck ausgesetzt,, und die Luftmenge gemessen, die von der Zigarette ausgestoßen wird. Aus dem bekannten Druck und der ausgestoßenen Luftmenge kann die Festigkeit der Zigarette berechnet werden. Es wird hier in diesem Zusammenhang auf die US-PS 3,115,772 verwiesen.

Dieses Verfahren hängt von einem Flüssigkeitsdruck und dem Messen einer geringen Gasmenge ab, die von der Zigarette ausgestoßen wird. Es ist auch aus der US-PS 3,668,928 ein Verfahren bekannt, das man als die Umkehrung des oben erwähnten Verfahrens bezeichnen kann. Bei diesem wird ein Sog auf das Innere der Zigarette ausgeübt, und die Volumenänderung der Zigarette unter dem Sogeinfluß gemessen. Bei diesem Verfahren wird die Festigkeit oder Härte der Zigarette dadurch gemessen, daß sie in eine Gummihülse eingeschoben wird, welche von Ringen umschlossen ist. Luft wird durch die Ringe

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geleitet, die zwischen der Zigarette und den aufgeschobenen Ringen vorhanden sind. Der Druckabfall wird zuerst mit der Zigarette wie sie ist gemessen, und daraufhin mit der Zigarette im Inneren,die einem Sog ausgesetzt ist. Die verschiedenen Druckabfalle sind Meßwerte für die Durchmesser der Zigarette bei den verschiedenen Belastungen des Inneren. Mittels dieser Durchmesser und der Belastungen kann die Festigkeit der Zigarette berechnet werden.

Dieses Verfahren benötigt eine komplizierte und teure Ausrüstung, die nur von Fachkräften unter Laborbedingungen verwendet werden kann. Natürlich ist sie unter solchen Bedingungen sehr genau und nützlich. Aber praktisch gesehen ist das bekannte Verfahren eher für die Forschung geeignet und nicht so sehr zur Verwendung in einer Produktionsstätte,wo schnell Ergebnisse notwendig sind, um zur Steuerung der Produktion Informationen zu erhalten.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen der Festigkeit und Härte von gasdurchlässigen Gegenständen wie z.B. Zigaretten darzustellen, bei dem die oben geschilderten Nachteile nicht auftreten.

Ein Lösungsmittel der Aufgabe wird im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 dargestellt.

Bei einer Fortbildung der Erfindung kann der Gegenstand mindestens zweimal einer^ Saugwirkung unterworfen werden, wobei jedesmal das Flüssigkeitsniveau bestimmt wird.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens,kann der Gegenstand in einer elastischen Hülle eingeschlossen sein, wie z.B. wenn der Gegenstand eine Zigarette ist, um die .Zigarette vor der Flüssigkeit zu schützen.

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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch eine Vielzahl von Meßsäulen verwendet werden, die mit dem gefüllten Raum in Verbindung stehen. Es werden dann nacheinander verschiedene Belastungen auf die Zigarette ausgeübt und nacheinander die Verbindung zwischen dem mit Flüssigkeit gefüllten Raum und einer Jeden Meßsäule bei den verschiedenen Belastungen unterbrochen.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Festigkeitsprüfung ist im Anspruch" 5 dargestellt.

Bei einer weiteren Ausbildung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Vielzahl von Meßsäulen und Einrichtungen haben, um die Verbindung zu den verschiedenen Meßsäulen bei den verschiedenen Saugwirkungen zu unterbrechen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

Fig. 2 ist- ein Schaltbild für eine Ausführungsform mit mehreren Meßsäulen.

Die.Fig. 1 zeigt eine zerstörungsfreie Prüfvorrichtung 8 zum Messen der Härte von'Zigaretten,Die Vorrichtung enthält einen waagerechten Zylinder 10, der an seinen Enden so verschlossen ist, daß in der Mitte eines jeden Endes eine öffnung bleibt, in die eine dünne, gezogene Gummiröhre 12 paßt. Der innere Durchmesser der Gummiröhre ist etwas kleiner als der der Zigarette 14, die gemessen werden soll. Das Innere der Röhre ist mit einer Vakuumquelle 18 (diese ist nicht dargestellt) verbunden. Ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Manometer dient zum Messen des Vakuumrestdruckes.

Ein Ende der Gummiröhre 12 ist mit einem Stöpsel 16 verschlossen, während das andere Ende mit der Vakuumquelle 18 verbunden ist.

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Eine senkrechte Meßsäule 20, die aus einer durchsichtigen Röhre mit einer kugelförmigen Ausbildung besteht, steht an einem Ende mit dem Raum im Inneren des Zylinders 10 in Verbindung. Das andere Ende ist mit einer zweiten Vakuumquelle 22 (diese ist nicht dargestellt) verbunden. Der Innenraum des Zylinders 10 und ein Teil der Meßsäule sind mit einer Flüssigkeit angefüllt,wie z.B. gefärbtem Wasser.

Beim Einsatz wird an das obere Ende des Meßrohres ein Unterdruck gegeben, der auf die Gummiröhre 12 eine Saugwirkung ausübt, wodurch diese sich ausdehnt. Eine Zigarette wird in die ausgedehnte Röhre eingeführt. Der Unterdruck wird abgestellt und die Flüssigkeit breitet sich um die Zigarette herum aus. Damit erhält man eine Nullmessung für die Zigarette. Ein Unterdruck P 1 wird daraufhin an die Zigarette über die Vakuumpumpe 18 gegeben und die Abnahme des Durchmessers D 1 wird an der Meßsäule abgelesen. Ein zweiter und größerer Unterdruck P 2 wird angelegt und die Durchmesseränderung D wird erneut abgelesen. Bei der Nullmessung, bei der der Durchmesser D 0 der Zigarette bestimmt wird, wenn kein Unterdruck auf sie wirkt, müssen die Kraft der elastischen Röhre und der Flüssigkeitskopf der Flüssigkeitssäule berücksichtigt werden.

Da eine Zigarette oder ein Filterabschnitt keine wirklich elastischen Körper sind, muß bei der Abfolge der einzelnen Vorgänge die Zeit berücksichtigt werden und zwar in dem ■ Sinne, daß, um Ergebnisse wiederholen zu können, die verschiedenen Ablesungen in festen Zeitabständen erfolgen müssen. Der absolute Zeitabstand ist unbedeutend, solange er während einer gleichen PrüfSerie konstant bleibt. In ähnlicher Weise spielt der absolute Wert des Unterdruckes keine Rolle. Die Werte können verschieden sein und müssen nicht notwendigerweise während der gleichen Testreihe die gleichen sein. Der Einfachheit halber wird es "jedoch bevorzugt die gleichen Werte zu wählen. Bei der praktischen Ausführung haben

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sich Werte von 0,2 -und..0,5 kp/cm bewährt.

Die Festigkeit oder Elastizität einer Zigarette kann unter Zuhilfenahme der in der US-PS 5,668,928 angegebenen Formel bestimmt werden.

Mit H s= Festigkeit oder Elastizität

^p, * P₂ = Auf die Zigarette wirkende Kraft

odei Unterdruck

1*2 ' = , Durchmesser der Zigarette ohne -■* Unterdruck P₀ und mit Unterdruck

•2·

Die Vorrichtung ist einfach und kann in wenigen Stunden hergestellt werden. Im wesentlichen benötigt die Vorrichtung überhaupt keine komplizierten Hilfsmittel. Es werden lediglich eine Unterdruckquelle, ein Druckmessgerät und eine Einrichtung zum-Steuern der Druckquelle benötigt.

Die Berechnung der Festigkeit ist eine einfache,mathematische Aufgabe. Die während der Produktion benötigte Information kann schnell erhalten werden und steht damit zum Einstellen der Produktionsparameter zur Verfügung.

Um die Festigkeit einer Zigarette oder eines Filters mit der oben beschriebenen Vorrichtung zu bestimmen, kann das Ablesen der Volumenänderung nur erfolgen, wenn das Manometer in Ruhe ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Ablesungen P₁^P₂' ¹^ ^D1*^D2 ^unter dynamischen Bedingungen " erfolgen müssen, das heißt während der Zeit der Volumenänderung um genauere Ablesungen zu erhalten. Bei dem vorliegenden Beispiel ist die Röhre 20 so geeicht, daß der Durchmesser der

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Zigarette direkt abgelesen werden kann. Wenn es Jedoch erwünscht ist, kann die Röhre 20 auch so geeicht werden, daß das Volumen der Zigarette direkt abgelesen werden kann.

Anhand der Figur 2 wird im folgenden eine.Vorrichtung beschrieben, die ein.Verfahren angibt, mit dessen Hilfe die verschiedenen Manometerwerte festgehalten werden können,um sie abzulesen .

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung 8 entspricht im wesentlichen der bereits beschriebenen. Ein Flüssigkeitsbehälter 30 hat zwei Entlüftungsventile 3I und 32. Drei Meßsäulen 33, 34 und 35* von denen eine Jede einen Behälter, 36,37 bzw. 38 hat, sind mit der Vorrichtung 8 verbunden. Magnetventile 39,40 und "41 sind zum öffnen und Schließen der Röhren vorgesehen. Das obere Ende eina* Jeden der Röhren 1st mit einer Vakuumquelle über Magnetventile 42 und 43 verbunden. Die Gummiröhre 12, die die Zigarette einschließt, ist mit der gleichen Vakuumquelle über ein Nadelventil 44 und das Magnetventil 43 verbunden. Manometer 45 und 46 werden über Magnetventile 47 bzw. 48 eingeschaltet, um den auf die Gummiröhre 12 wirkenden Unterdruck zu messen.

Die Magnetventile 39 bis 43 und 47 und 48 werden über einen Steuerkreis 24 gespeist, der drei Druckschalter 49,50 und 51 hat. Einem Versorgungsgerat 26 wird der Strom für den Steuerkreis 24 entnommen.

Der Steuerkreis 24 hat zwei Relais 52 und 53, und zwei Zeitelemente 54 und 55, die durch die Relais gesteuert werden.

Mittels eines Solenoids 28 wird ein Stöpsel in einer festen Lage in-der Gummiröhre 12 gehalten. Die Spule des Solenoids wird über den Steuerkreis gespeist.

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Beim Arbeltseinsatz arbeitet die Schaltvorrichtung wie folgt:

Zu Beginn sind die Magnetventile 39, 40, 41, 47 und 48 geöffnet. ·

Ein Druckknopf 49 wird betätigt, um das Relais 52 anzusteuern, welches sich über einen seiner eigenen Kontakte im angesteuerten Zustand hält. Das Ventil· 43 wird angesteuert und öffnet sich zu dem Ventil 42, das selbst geöffnet wird. Dadurch kann der Unterdruck so wirken, daß Flüssigkeit aus den Röhren 33, 34 und 35 in die Behälter 36,37 und 38 gesaugt wird, um die Gummiröhre 12 zu öffnen, damit eine Zigarette eingeschoben werden kann.

Der Druckknopf 50 wird daraufhin niedergedrückt. Dadurch fällt das Relais 52 ab, so daß das Ventil 42 nicht mehr angesteuert ist, und somit Luft in die oberen Enden der Meßröhren über ein Entlüftungsventil 56 eindringen kann. Dadurch wird der Unterdruck um die Gummiröhre herum aufgehoben, so daß sich die Flüssigkeit um die Zigarette herum ausbreitet. Zu diesem Zeitpunkt gibt die Höhe der Flüssigkeitssäule in den Röhren 33, 34 und 35 den Wert des Nulldrucks an. ■

Der Druckknopf 51 wird niedergedrückt, wodurch das Relais 53 angesteuert wird, welches sich über dem unteren Teil des Druckknopfes 49 selbst hält. Dadurch wird bewirkt:

a) Unterbrechung der Ansteuerung und Schließen des Ventiles 49, wodurch die Nulläblesung in der Röhre 33 aufrechterhalten wird.

b) Ansteuerung und Schließen des Ventiles 41,

0) Ansteuerung des Ventiles 43, wodurch der Unterdruck von dem Ventil 42 über das Nadelventil 44 an das Innere der Gummiröhre 12 gegeben wird, und an die Manometer 45 und 46. Durch das Ventil 44 wird das Maß des Unter-

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druckes, gesteuert,
d) die Zeitelemente 5^ und 55 werden gestartet.

Nach einem Zeitintervall ^K wird die Ansteuerung der Ventile 40 und 47 unterbrochen, wodurch der Ablesewert in der Röhre J4 und am Manometer 45 festgehalten wird. Das Ventil 41 wird geöffnet.

Nach einem weiteren Zeitintervall ( nach dem das Intervall im Einsatz war) kommt das Zeitelement 55 zur Wirkung. Durch dieses wird die Ansteuerung der Ventile 41 und 48 unterbrochen und die Ablesung in der Röhre 35 und an dem Manometer 46 festgehalten.

Nun können die Meßröhren und Manometer abgelesen werden...

Um die Meßwerte zu löschen und das ganze System auf Null zurückzusetzen, wird der Knopf 49 gedrückt. Dadurch fällt das Relais 55 ab- und unterbricht die Steuerung der Zeitelemente 54 und 55 und der Ventile 39 bis 41. Das Relais 52 wird geschlossen, wodurch das Tauchrelais 28 angesteuert wird, um den Stöpsel zurückzuziehen und die Röhre 12 zu öffnen, damit die Zigarette herausgenommen und eine andere zum Prüfen eingebracht werden kann.■

Bei dem Ausdruck Gummihülse,wird unter Gummi sowohl natürlicher als auch synthetischer verstanden.

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Claims (7)

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   Pat ent ansprüche

   Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines gasdurchlässigen Gegenstandesi bei dem auf das Innere des Gegenstandes .ein Unterdruck angewendet wird und die Volumenänderung des Gegenstandes während der Wirkung des Unterdruckes gemessen wird, wobei aus der Volumenänderung und dem angewandten Unterdruck eine Größe zum Beschreiben einer Eigenschaft des Gegenstandes abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß deir Gegenstand (14) mit einer Flüssigkeit umgeben wird und die Niveauänderung der umgebenden Flüssigkeit als " Maß für die Volumenänderung des Gegenstandes genommen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c hn et, daß der Gegenstand wenigstens zwei verschiedenen Unterdrücken ausgesetzt wird, wobei das Flüssigkeitsniveau bei jedem Unterdruck gemessen wird.
3. >, Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, mit einem zylinderischen Gegenstand, der aus einem Füllstoff und einer diesen umgebenden Hülle wie z.B. einer Zigarette besteht, dadurch g e kennzeichne t , daß zum Verfahren das Einschließen des Gegenstandes in eine elastische Hülse (12) gehört, wobei die Hülse von der Flüssigkeit umgeben wird,
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichne t, daß die zu bestimmende Eigenschaft die Festigkeit des Gegenstandes ist, wobei die Festigkeit errechnet wird durch:

   H =

   D₁ ..-.D₂

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   mit H der Festigkeit des Gegenstandes, verschiedenen Drücken P₁ und Pp, verschiedenen Durchmessern D, und D'g des Gegenstandes, die man aus den Ablesungen des Plüssigkeitsniveaus bei den Drücken P₁ und P₂ erhält, und mit D dem Durchmesser des Gegenstandes, wenn auf sein Inneres kein Unterdruck wirkt.
5. 5. Gerät zur zerstörungsfreien Prüfung eines Gegenstandes wie z.B. einer Zigarette, wobei eine elastische Hülse zum Umschließen des zu prüfenden Gegenstandes und eine Einrichtung zum Anwenden eines Soges bzw. eines Unterdruckes auf das Innere des Gegenstandes vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät einen die Hülse (12) umgebenden Raum (10) zum Füllen mit einer Flüssigkeit hat, und daß eine Meßsäule (2o) mit dem Raum in Verbindung steht und teilweise mit Flüssigkeit füllbar ist, wobei das Flüssigkeitsniveau in der Meßsäule als Anzeige von Volumenänderungen des Gegenstandes unter verschiedenen Sögen bzw. Unterdrücken dient.
6. 6. Gerät 9ach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet daß die Einrichtung zum Anwenden von Sögen bzw. Unterdrücken eine Leitung hat, die mit dem Inneren des Gegenstandes zum Anwenden eines Unterdruckes auf sein Inneres geeignet verbunden ist.
7. 7.. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch geschlossen, daß · mehrere Meßsäulen ( 33*34,35) und Absperreinrichtungen (39,40,41) der verschiedenen Meßsäulen von dem die Hülse umgebenden Raum bei den verschiedenen Sögen bzw. Unterdrücken vorhanden sind.

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