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Stw. Zigaretten-Masse-messen-kapazitiv-Vergleichssignal Vorrichtung
zum Prüfen von stabförmigen Tabakartikeln, vorzugsweise von Zigaretten Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen von stabförmigen Tabakartikeln, vorzugsweise
Zigaretten, mit einem die Zigaretten im Abstand voneinander fördernden Förderer
und einer kapazitiven Meßanordnung für die Tabakdichte, die mindestens zwei mit
einer Hochfrequenzspannungsquelle verbundene Elektroden aufweist, deren Lage zu
den Zigaretten so gewählt ist, daß im Meßzeitpunkt ein von ihnen ausgehendes hoch£requentes
Feld jeweils die Zigaretten zumindest teilweise durchsetzt.
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Kapazitive Meßverfahren zur Massebestimmung sind wegen der Verwendung
hochfrequenter Spannungen sehr empfindlich gegen Drifterscheinungen, durch die der
Meßwert langsam nauswandert", was s Ungenauigkeiten oder Meßfehlern führen kann.
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Es ist bekannt, zur Abhilfe stabilisierte Schaltungen vorzusehen,
die aber trotz zusätzlichen Aufwandes meist das Problem nicht vollständig lösen.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin,
den Einfluß von Störgrößen auf die kapazitive Messung der Dichte von Zigaretten
in einem für praktische Bedürfnisse ausreichenden Maß zu verringern.
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Die Lösung dieser Aufgabe gemäß der Erfindung besteht darin, daß der
kapazitiven Meßanordnung eine Vergleichsanordnung zum Bilden eines Signals (Differenzsignals)
entsprechend der Differenz zwischen einem von der Tabakdichte abhängigen Meßsignal
und einem davon unabhängigen Vergleichssignal nachgeschaltet ist.
Zigaretten-Masse-messen-kapazitiv-Vergleichssignal
Die Erfindung eignet sich besonders für kapazitive Meßanordnungen mit zwei gegenüber
dem Förderer stationären Elektroden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Vergleichs
anordnung einen Speicher zum Aufnehmen und Speichern eines von einer Zigarette nicht
beeinflußten Vergleichssignals der kapazitiven Meßanordnung auf, dem ein Eingang
eines Differenzenbildners nachgeschaltet ist; ein anderer Eingang des Differenzenbildners
für ein von der Dichte in einer Zigarette abhängiges Meßsignal ist mit der kapazitiven
Meßanordnung verbunden. Das Vergleichssignal läßt sich gemäß einer besonders vorteilhaften
Weiterbildung der Erfindung in einfacher Weise durch die kapazitive Erfassung der
Luft bilden, die sich als Dielektrikum zwischen der Prüfung zweier aufeinanderfolgender
Zigaretten im Erfassungsbereich der Elektroden der Meßanordnung anstatt einer Zigarette
befindet.
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Bei der obigen Ausgestaltung der Erfindung wird eine Drift der Meßwerte
infolge einer störenden Beeinflussung des hochfrequenzen kapazitiven Meßkreises
weitgehend ausgeschaltet.
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Eine vorteilhafte Anwendung für die Maßnahme gemäß der Erfindung ist
bei der Förderung von Zigaretten in queraxialer Richtung z.B. auf einer sogenannten
Filteransetzmaschine möglich. Bei solchen Maschinen besteht oft der Wunsch, die
töpfe (auch Zigarettenenden genannt) der mit Filterstopfen verbundenen Zigaretten
auf ausreichende Tabakfüllung zu prüfen. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung
wird dies dadurch erreicht, daß die Elektroden der kapazitiven Meßanordnung in bezug
auf die Zigaretten so angeordnet 9nd, daß die Feldlinien nur die Zigarettenenden
durchsetzen.
Stw.: Zigaretten-Masse-messen-kapazitiv-Vergleichssignal
Eine weitere Verbesserung der Meßergebnisse kann man gemäß der Erfindung dadurch
erreichen, daß man die Hauptstörgröße, nämlich eine thermische Beeinflussung der
elektrischen Größen des Hochfrequenzmeßkreises, gesondert eliminiert. Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird hierzu ein Temperaturregler
zum Konstanthalten der Temperatur im Bereich der kapazitiven Meßanordnung vorgesehen.
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Für eine exakte Erfassung der Tabakdichte der Zigarettenenden ist
eine exakte Lage der zu prüfenden Zigaretten renativ zu der Meßanordnung vorteilhaft.
Eine entsprechend zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist daher gekennzeich--net
durch eine Positionierungsvorrichtung für die Zigarettenenden bezüglich der Elektroden
der kapazitiven Meßanordnung. Eine mechanisch sehr einfache und betriebssichere
Ausrichtung erhält man in weiterer Ausgestaltung der Erfindung, wenn die Positionierungsvorrichtung
als ortsfeste, die Zigaretten durch axiales Verschieben ausrichtende Leitfläche
ausgebildet ist.
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Eine weitere vorteilhafte Anwendung für die Maßnahme gemäß der Erfindung
ist bei der Förderung von Zigaretten in längsaxialer Richtung, z.B. auf einer sogenannten
Strangmaschine, möglich, auf der die Zigaretten hergestellt werden. Es besteht bei
solchen Maschinen nämlich oft der Wunsch, die Dichte der erzeugten und die Maschine
verlassenden Zigarette zu erfassen, beispielsweise um Abweichungen der Dichte, insbesondere
in negativer Richtung, rechtzeitig erkennen und die entsprechenden fehlerhaften
Zigaretten von der Weiterverarbeitung aussondern zu können. Eine besonders vorteilhafte
Meßstelle, d.h. Anordnung der Elektroden, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
in einem Bereich möglich, in dem ein Beschleunigungsmittel zum Bilden von Abständen
zwischen jeweils zwei Zigaretten vorgesehen ist.
Stw.: Zigaretten-Masse-messen-kapazitiv-Vergleichssignal
Der Ausgang der Vergleichsanordnung kann mit einer Auswertanordnung für das Differenzsignal
verbunden sein, die vorteilhaft mit einer Steueranordnung einer Aussonderungseinrichtung
zum Entfernen von fehlerhaften Zigaretten bei außerhalb eines Standards liegenden
Differenzsignalen von ihrer Förderbahn verbunden ist.
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Stw.: Zigaretten-Masse-messen-kapazitiv-Vergleichssignal Die Erfindung
wird anhand der Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen: Figur 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Prüf trommel einer Filteransetzmaschine
mit einer kapazitiven Meßuerterfassung der Dichte der Zigarettenenden, Figur 2 eine
Draufsicht auf die Prüf trommel entsprechend Pfeil II in Figur 1, Figur 3 den. Ablegerbereich
einer Zigarettenstrangmaschine mit kapazitiver Neßverterfassung der Zigarettendichte.
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Stu.: Zigaretten-Masse-messen-kapazitiv-Vergleichssignal Bei der Endenabtasttrommel
429 in den Figuren 1 und 2, von der der Trommelkörper 436, Aufnahmen 438 mit Bohrungen
439 und der Steuerring 443 sichtbar sind, bildet die kapazitive Meßanordnung 456
mit der ringförmigen Elektrode 457 und der konzentrisch dazu angeordneten Elektrode
458 das Ende einer stationären Schiebefläche 501, die eine Positionierungsvorrichtung
für die Zigarettenenden Ze bezüglich der Meßelektroden 457 und 458 darstellt. Die
Trommel 429 bildet einen Teil einer an sich bekannten, nicht dargestellten Filteransetzmaschine,
wie sie beispielsweise in der USA-Patentschrift 3.672.373 beschrieben ist. Bei in
Richtung des Pfeiles 502 ( Figur 2) drehender Trommel 429 werden die Zigaretten
Z von der stationären Schiebefläche 501 sanft gegen die Wirkung von an den Bohrungen
439 wirkender, relativ schwacher Saugluft so verschoben, daß ihre Stirnseiten dicht
an den Elektroden 457 und 458 entlangstreifen und damit eine definierte Lage bezüglich
der kapazitiven Meßanordnung 456 und vor allem bezüglich deren Meßelektroden 457
und 458 einnehmen.
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Die Meßanordnung 456 weist eine Hochfrequenzspannungsquelle 459b auf,
die die Elektroden 457 und 458, die frequenzbestimmender Teil eines bekannten elektrischen
Resonanzfrequenzkreises 462 sind, mit Hochfrequenzspannung konstanter, durch einen
Quarzkristall stabilisierter Frequenz speist.
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Ein Beispiel für einen derartigen Oszillator findet sich in dem von
der Firma Radio Corporation of America herausgegebenen RCA-Transistor Manual, 1967,
Seite 507. Eine Ausuertanordnung 461b für die von der Tabakmasse in den Zigarettenenden,
die von den Feldlinien zwischen den Elektroden 457 und 458 durchsetzt werden, abhängigen
Amplituden einer elektrischen Größe spannung, Strom) des Resonanzkreises gibt ein
von der Tabakmasse abhängiges Ausgangssignal ab.
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Stw.: Zigaretten-Masse-messen-kapazitiv-Vergleichssignal Die einzelnen
Bauelemente 459b, 462 und 461b befinden sich in einem Gehäuse 503, das mittels eines
Heizwiderstandes 504 beheizbar ist. Zum Konstanthalten der Temperatur in dem Gehäuse
503 dient ein Temperaturregler 506, der außer dem-Heizwiderstand 504 noch einen
Temperaturfühler 507 im Gehäuse 503, ein Vergleichsglied 508, einen Sollwertgeber
509 und einen Regelverstärker 511 aufweist. Der Temperaturregler 506 sorgt dafür,
daß die elektrischen Bauelemente der kapazitiven Meßanordnung 456 im Gehäuse 503
auf konstanter Temperatur gehalten werden, so daß Drifterscheinungen infolge Temperaturschwankungen
reduziert werden.
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Zur weiteren Unterdrückung von Drifterscheinungen ist der kapazitiven
Meßanordnung 456 eine Vergleichsanordnung 510 zum Bilden eines Differenzsignals
entsprechend der Differenz zwischen einem von der Tabakdichte in einem Zigarettenende
Ze abhängigen Meßsignal und einem davon unabhängigen Vergleichssignal nachgeschaltet.
Hierzu ist der Ausgang der Auswertanordnung 461b mit dem Eingang a eines Analog-Speichers
512 (im einfachsten Fall ein RC-Glied) verbunden, der übernommene Signale solange
speichert, bis sie durch neue ersetzt werden. Zur Steuerung der Übernahme neuer
Speichersignale dient ein Eingang b, der Steuersignale von einem Taktgeber 513,
bestehend aus einer mit Steuernocken 514 besetzten Taktscheibe 516 und einem Näherungsinitiator
517, erhält. Die Taktscheibe 516 ist mit dem Maschinenantrieb so synchronisiert,
daß der Näherungsinitiator 517 dann ein Steuersignal abgibt, wenn sich vor den Elektroden
457 und 458 keine Zigaretten Z, sondern ein Zwischenraum befindet. Ein zu diesem
Zeitpunkt durch kapazitive Erfassung von sich als Dielektrikum im Elektrodenbereich
befindlicher Luft gebildetes Vergleichssignal, das unabhängig von den Zigaretten
Z ist, wird dann in den Analog-Speicher 512 übernommen. Der Ausgang des Analog-Speichers
512 ist zur Übertragung des
Stw.: Zigaretten-Masse-messen-kapazitiv-Vergleichssignal
Vergleidhssignals mit einem Eingang a eines Differenzbildners 518 verbunden, dessen
anderer Eingang b von der Auswertanordnung 461b beaufschlagt ist. Zur Übertragung
eines Differenzsignales, das der Differenz von Vergleichssignal und Meßsignal entspricht,
an ein Schwellenwertglied in Form eines Schmitt-Triggers 476 dient ein nachgeschaltetes
UND-Glied 519, dessen Eingang b von einem Taktgeber 521, bestehend aus einer mit
Nocken 471 besetzten Taktscheibe 522 und einem Näherungsinitiator 472, mit Steuerimpulsen
beaufschlagbar ist. Die Taktscheibe 522, die auch vom Trommelkörper 436 gebildet
sei-n kann, ist so mit dem Maschinenantrieb synchronisiert, daß der Näherungsinitiator
472 einen Steuerimpuls abgibt, wenn sich eine Zigarette Z genau in Meßposition vor
den Elektroden 457 und 458 befindet.
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Mit dieser Anordnung ist gewährleistet, daß dem Schmitt-Trigger 476
stets Signale zugeführt werden, die der Differenz zwischen dem Meßsignal und einem
Vergleichssignal entsprechen.
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Diese Differenz bleibt auch bei Änderungen der absoluten Größe des
Meßsignals infolge einer unerwünschten Drift weitgehend erhalten. Liegt die Differenz
außerhalb eines gewünschten Standards, so gibt der Schmitt-Trigger 476 ein Fehlersignal
an ein Schieberegister 477 ab, das von über eine Schiebetaktleitung 523 zugeführten
Taktimpulsen durch die einzelnen Stufen 477a ... 477d des Schieberegisters geschoben
wird. Nach Verstärkung durch Verstärker 479 beaufschlagt das Fehlersignal ein Elektromagnetventil
481, das von einem Ventilator 447 kommende Blasluft in einer Leitung 452 freigibt;
diese Blasluft entfernt dann die Zigaretten mit dem fehlerhaften Zigarettenende.
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In ähnlicher Weise können Drifterscheinungen bei der Endenprüfung
von Zigaretten, die zu verpackungsgerechten Formationen (sogennten Zigarettenblöcken,
z.B. bestehend aus jeweils 20 Zigaretten) zusammengeführt sind, vermieden verden.
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Stw.: Zigaretten-Masse-messen-kapazitiv-Vergleichssignal Figur 3 zeigt
den Ablegerbereich einer an sich ikannten Zigarettenstrangmaschine, von der weitere
Einzelheiten nicht dargestellt sind. Sie sind z.B. der vorerwähnten USA-Patentschrift
3.672.373 zu entnehmen.
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Ein Messerapparat 601 mit einem umlaufenden Schneidmesser dient zum
fortlaufenden Abschneiden von Zigaretten Z von einem endlosen Zigarettenstrang 602.
Die Zigaretten werden von einem Beschleuniger in Form eines drehenden Nockens 603
voneinander getrennt, wobei die Umfangsgeschwindigkeit der Beschleunigungsfläche
des Beschleunigernockens 603 größer ist als die Geschwindigkeit der den Messerapparat
601 verlassenden Zigaretten Z, so daß die Zigaretten in Richtung des Pfeiles 604
beschleunigt werden. Hierdurch bilden sich ZrriscEnräume 605 zwischen den einzelnen
Zigaretten Z.
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Die beschleunigten und damit von den nachfolgenden Zigaretten getrennten
Zigaretten werden in Mulden 606 einer Ablegertrommel 607 überführt, auf der die
ZigaSten zur Weiterverarbeitung, beispielsweise auf einer Filteransetzmaschine,
abgefördert werden.
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Eine Meßvorrichtung 611 dient zur kapazitiven Erfassung der Tabakdichte
in den Zigaretten. Sie weist zwei Elektroden 612 und 613 auf, die frequenzbestimmender
Teil eines bekannten elektrischen Resamizfrequenzkreise's (vie 462 in Figur 1) sind.
Dieser elektrische Resonanzfrequenzkreis ist mit Hochfrequenzspannung konstanter
durch einen Quarzkristall stabilisierter Frequenz gespeist, die eine HochErequenzspannungsquelle
(wie 459b in Figur 1) abgibt. Eine Auswertanordnung (wie 461b in Figur 1) für ie
von der Tabakmasse der zigarettenabhängigen Amplituden einer elektrischen Größe
(Spannung, Strom) des Resonanzfrequenzkreises gibt ein von der Tabakmasse abhängiges
Ausgangssignal ab. Die vorgenannten Schaltungselelaente können sich in einem Gehäuse
(wie 503
Stw.: Zigaretten-Masse-messen-kapazitiv-Vergleichssignal
in Figur 1) befinden, das in Figur 3 mit 614 bezeichnet ist und, wie erwähnt, die
vorgenannten Schaltungsteile enthält.
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Das Ausgangssignal von 614 ist einem Eingang a eines Analogspeiche:
616 zugeführt, der übernommene Signale solange speichert, bis sie durch neue ersetzt
werden. Die Übernahme von Signalen in 616 steuert ein aus Taktscheibe 618 und Näherungsinitiator
619 bestehender Taktgeber 617. Die Taktscheibe 618 ist mit dem Maschinenantrieb
so synchronisiert, daß der Näherungsinitiator 619 an den Steuereingang b von 616
ein Signal abgibt, wenn sich zwischen den Elektroden 612 und 613 keine Zigaretten
Z befinden. Ein zu diesem Zeitpunkt durch kapazitive Erfassung von sich als Dielektrikum
zwischen den Elektroden befindender Luft gebildetes Vergleichssignal wird dann in
den Analogspeicher 616 übernommen. Der Ausgang des Analogspeichers 616 ist zu einem
Eingang a eines Differenzenbildners 621 geführt, dessen Eingang b die von dem Tabakgehalt
in den Zigarettenenden abhängigen Ausgangssignale von 614 unmittelbar erhält. Somit
bildet der Differenzenbildner 621 ein Signal, das der Differenz zwischen dem Augenblicksvert
von 614 und dem in 616 gespeicherten Wert entspricht. Letzterer war - wie bereits
erwähnt - zu einem Zeitpunkt gebildet worden, als sich zwischen den Elektroden 612
und 613 nur Luft befand. Das Ausgangssignal von 621 ist einmal einem Schwellenwertglied
622 und über einen von diesem betätigbaren elektronischen Schalter 623 zu einem
Integrationsglied 624 geführt. Das Schvellenvertglied 622 schaltet den elektronischen
Schalter 623 in leitenden Zustand, wenn das zugeführte Signal eine bestimmte Schwellenhöhe
erreicht hat, die so gewählt ist, daß sie anzeigt, daß sich eine Zigarette im Erfassungsbereich
der Elektroden 612 und 613 befindet. Das von 624 abgegebene Signal beaufschlagt
ein Schwellenrrertglied 626 dessen Ausgangssignal bei einer den vorgeschriebenen
Standard
Stw. Zigaretten-Masse-messen-kapazitiv-Vergleichssignal
unterschreitender Zigarette über ein Schieberegister 627 und einen Verstärker 628
einem Elektromagnetventil 629 zuführbar ist, durch das Blasluft von einer Blasluftquelle
631 zum Aussondern der fehlerhaften Zigarette steuerbar ist.
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Die Dichtemeßsignale für den Tabak in den Zigaretten Z können natürlich
auch in anderer Weise ausgewertet werden, beispielsweise zu statistischen Zwecken,
einem Rechner oder Speicher zugeführt werden.
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Der Vorteil der beschriebenen Anordnung besteht in einer weitgehenden
Unempfindlichkeit gegen Drifterscheinungen der Meßsignale.
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- Patentansprüche -