DE2941580C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen der Dichte eines fortlaufenden Stranges der tabakverarbeitenden Indu­ strie, insbesondere eines Tabakstranges, durch Absorptionsmes­ sung an den Strang durchsetzenden Meßstrahlen mit einer Strah­ lungsquelle zur Erzeugung eines den Strang durchdringenden Meßstrahles und eines am Strang vorbeigehenden Referenzstrahles, mit einem ortsfest angeordneten Meßmittel zur Erzeugung von der Strahlungsintensität entsprechenden elektrischen Meß- und Referenzsignalen und mit einer den Strahlengang des Meßstrahles kreuzenden Strangbahn.

Es ist bekannt, die Dichte der Kopfenden von queraxial geförderten stabförmigen Tabakartikeln mit einer kapazi­ tiven Meßeinrichtung zu bestimmen. Um Drifterscheinungen der kapazitiven Meßeinrichtung zu kompensieren, werden zwischen aufeinanderfolgenden Kopfendenprüfungen Referenz­ messungen durchgeführt, deren Meßwerte zum Abgleich der Meßeinrichtung benutzt werden (DE-OS 24 28 567, DE-OS 23 63 265). Im Fall der Kopfendenprüfung von queraxial geförderten Tabakartikeln bieten sich die Pausen zwischen aufeinanderfolgenden Messungen für die Referenzmessungen an. Diese Möglichkeit besteht bei der Dichtmessung an einem fortlaufenden Zigarettenstrang nicht. Hier muß eine eigenständige Lösung gefunden werden.

An die Gleichmäßigkeit des Tabakgehaltes in einem Tabakstrang für die Herstellung von Tabakartikeln wie Zigaretten, Zi­ garrenstumpen und dergleichen werden hohe Anforderungen ge­ stellt. Aus diesem Grund wird die Dichte des kontinuierli­ chen Tabakstranges laufend überwacht und die Strangherstel­ lung bei Abweichungen der Dichte von ihrem Sollwert so ge­ steuert, daß diese wieder ihren Sollwert erhält. Zur Be­ stimmung seiner Dichte hat es sich bewährt, den Tabakstrang mit radioaktiver Strahlung zu durchdringen und deren Inten­ sität nach dem Durchtritt durch den Strang mit einem geeig­ neten Meßmittel, beispielsweise mit Hilfe einer Ionisations­ kammer, zu ermitteln. Durch Vergleich der Intensität des den Strang durchdringenden Meßstrahles mit der eines den Strang nicht durchdringenden Referenzstrahles, also auf­ grund der Absorption der Strahlung im Tabakstrang, ergibt sich ein der Dichte des Stranges entsprechendes Meßsignal, das zur Anzeige gebracht oder zur Steuerung der Strangma­ schine verwendet werden kann.

Es sind verschiedene Vorrichtungen zur Anwendung dieses Prinzips bekannt. So beschreibt die DE-AS 12 41 740 eine Vor­ richtung zum laufenden Messen des Tabakgehaltes in einem fortlaufenden Tabakstrang, bei dem von zwei Strahlungsquel­ len ausgesandte radioaktive Strahlung nach gleichzeitigem Durchdringen des Tabakstranges in einer Ionisationskammer auf ihre Intensität geprüft werden. Der Einsatz von zwei Strahlungsquellen, die in einem bestimmten Winkelabstand zu­ einander angeordnet sind und deren Strahlung sich beim Durchgang durch den Strang kreuzt, soll gewährleisten, daß der ganze Querschnitt des Stranges bei der Messung erfaßt wird. Ionisationskammern sind stark temperaturabhängig, so daß Tempera­ turänderungen die mit einer Ionisationskammer gewonnenen Meß­ ergebnisse beeinflussen. Die Eichung der bekannten Vorrich­ tung muß vor der Messung erfolgen, solange noch kein zu prüfender Strang durchläuft. Ein Driften der Ionisationskammer infolge von Temperaturänderungen kann daher bei der bekann­ ten Vorrichtung das Meßergebnis verfälschen. Durch die US-PS 30 56 026 ist ein Meßkopf bekannt, bei dem für die Dichtemessung eines Tabakstranges Röntgenstrahlen benutzt werden. Die Ionisationskammer ist als Doppelkammer ausgebil­ det, wobei eine in der Mitte zwischen den beiden Elektroden angerodnete zusätzliche Meßelektrode die Ionisationskammer in zwei getrennte Bereiche teilt. Ein Teil der von der Röntgenröhre erzeugten Strahlung tritt durch den zu prüfen­ den Strang in den zwischen der einen der Elektroden und der Meßelektrode liegenden Bereich der Ionisationskammer, wäh­ rend ein anderer Teil der von der Röntgenröhre ausgehenden Strahlung nach Durchdringung eines Vergleichsnormals in den zwischen der anderen Elektrode und der Meßelektrode liegen­ den Bereich der Ionisationskammer eintritt.

Weicht die Intensität des den zu prüfenden Strang durchdrin­ genden Meßstrahles von der Sollintensität ab, so wird an der Meßelektrode ein Differenzsignal abgenommen, welches nach seiner Auswertung zur Steuerung der Strangdichte an der Strangmaschine verwertet werden kann. Bei dieser Vorrich­ tung ist eine exakte Justierung der Strahlenquelle zur Ioni­ sationskammer, des Vergleichsobjektes und der zusätzlichen Meßelektrode erforderlich, um systematische Verfälschungen des Meßergebnisses auszuschließen. Dennoch kann nicht aus­ geschlossen werden, daß in der Ionistaionskammer die Meß­ ergebnisse verfälschende Drifterscheinungen auftreten, weil eine gleichbleibende Charakteristik der beiden Bereiche der Ioni­ sationskammer nicht gewährleistet werden kann. In der US-PS 29 38 520 ist eine weitere Meßeinrichtung dieser Art beschrie­ ben, welche jedoch zwei Meßköpfe und zwei diesen zugeordneten Ionisationskammern aufweist. Einer der Meßköpfe dient zur Prüfung des durchlaufenden Tabakstranges, mit dem anderen Meß­ kopf wird ein Referenzsignal erzeugt, wozu ein Vergleichsnor­ mal eingesetzt wird. Die in den Ionisationskammern gewonnenen elektrischen Signale werden in einer Auswerteschaltung mit­ einander verglichen, und aus Differenzen der Signale werden Steuersignale für die Maschine abgeleitet. Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht in dem durch die doppelte Ausfüh­ rung erforderlichen hohen Aufwand und insbesondere darin, daß Verfälschungen der Meßergebnisse durch unterschiedli­ ches Driften der als Meßmittel dienenden Ionisationskammern nicht zu vermeiden sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ei­ ne Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei welcher Meßwertverfälschungen durch Driften des Arbeitspunktes des Meßmittels mit Sicherheit ausge­ schaltet sind, ohne daß ein hoher apparativer Aufwand für die Meßvorrichtung erforderlich ist. Die laufende Nacheichung der Meßvor­ richtung soll möglich sein, ohne den Fertigungsprozeß un­ terbrechen zu müssen.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch, daß ein automatisch arbeitendes Stellmittel zur periodisch abwechselnden Führung der Strahlung als Meßstrahl durch den Strang und als Referenz­ strahl am Strang vorbei zum Meßmittel vorgesehen ist und daß eine an das Meßmittel angeschlossene Auswertschaltung eine mit dem Stellmittel gekoppelte Umschalteinrichtung aufweist, welche die mit dem gemeinsamen Meßmittel gewonnenen elektrischen Referenzsignale über einen Speicher einem Eingang eines Kompa­ rators und die ebenfalls mit dem gemeinsamen Meßmittel gewon­ nenen elektrischen Meßsignale einem anderen Eingang des Kompa­ rators zuführt, so daß am Ausgang des Komparators ein von Driften des Meßmittels bereinigter Meßwert abgenommen werden kann.

Als Meßmittel ist gemäß der Erfindung eine für den Meßstrahl und den Referenzstrahl gemeinsame Ionisationskammer vorge­ sehen. Andere Meßgeräte, die als Strahlungsintensitäts­ messer geeignet sind, können hier ebenfalls eingesetzt werden, wie beispielsweise Photoelektronenvervielfacher. Die von der Strahlungsquelle ausgehende Strahlung wird also gemäß der Erfindung in regelmäßigen Zeitabständen kurzzeitig außerhalb des zu prüfenden Tabakstranges vor­ bei zur Ionisationskammer geführt. Auf diese Weise steht in regelmäßigen Zeitabständen, deren Länge entsprechend den Anforderungen frei gewählt werden kann, ein Referenz­ signal zur Eichung der Vorrichtung zur Verfügung. Da die Intensität des Referenzstrahles und die des Meßstrahles in ein und derselben Ionisationskammer bestimmt werden, werden Drifterscheinungen der Ionisationskammer, welche das Meßergebnis verfälschen könnten, kompensiert. Der appa­ rative Aufwand ist nur gering. Eine Unterbrechung des Fer­ tigungsprozesses ist für die laufende Nacheichung der Vorrichtung nicht erforderlich. Die Auswerteschaltung gibt bei Abweichungen der Dichte des Tabakstranges von ihrem Sollwert Steuer­ signale ab, mit denen die Strangmaschine unmittelbar gesteu­ ert werden kann und die zur Fehleranzeige genutzt werden können.

Als Stellmittel ist gemäß der Erfindung ein Schieber vor­ gesehen, welcher auf der der Ionisationskammer abgewandten Seite des Stranges hin und her verschiebbar angeordnet ist und eine zur Ionisationskammer ausgerichtete Strahlungs­ quelle trägt. Der Schieber steht mit einem periodisch in vorgegebenen Zeitabständen eine Hin- und Herverschiebung bewirkenden Antrieb in Wirkverbindung. Diese Ausbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung hat den besonderen Vorteil, daß nur eine einzige Strahlungsquelle erforder­ lich ist. Dies kann sich insbesondere bei der Verwendung eines radioaktiven Präparates als Strahlungsquelle als vorteilhaft erweisen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung können als Strahlungsquelle auch zwei auf eine gemeinsame Ionisationskammer ausgerichtete, jeweils aus einem radioaktiven Präparat bestehende Strahler vorgesehen sein, von denen einer einen den Strang durchdringenden Meßstrahl und der andere einen am Strang vorbeigehenden Referenzstrahl abgibt. Als Stellmittel dient in diesem Fall eine Blende, die zwischen dem Strang und der Ionisationskammer einer­ seits und den Strahlern andererseits angeordnet und hin und her verschiebbar ist. Die Hin- und Herverschiebung dieser Blende erfolgt periodisch in vorgegebenen Zeitabstän­ den, so daß jeweils nur der Meßstrahl oder nur der Refe­ renzstrahl durch eine Blendenöffnung zur Ionisationskammer hindurchtritt. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß nur die Blende mit ihrer relativ geringen Masse zu bewegen ist.

Die Strahler hingegen sind in diesem Fall ortsfest angeord­ net.

Zur Steuerung des Antriebes für die Hin- und Herverschie­ bung ist gemäß der Erfindung ein Zeitschaltmittel vorgesehen, das mit dem Antrieb des Stellmittels verbunden ist.

Als Strahlungsquelle kommen in erster Linie radioaktive Präparate infrage, wobei Strontium 90, ein starker Beta­ strahler, als Präparat bevorzugt sind.

Der Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung besteht insbesondere darin, daß das Driften des Arbeits­ punktes der Ionisationskammer vollständig kompensiert ist, da die Funktion der Ionisationskamer in regelmäßigen kur­ zen Abständen auch während der laufenden Produktion des Tabakstranges kontrolliert wird.

Der apparative Aufwand für die Vorrichtung ist nur gering. Die Auswerteschaltung gibt immer ein vom Driften der Ioni­ sationskammer bereinigtes Dichtesignal ab.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrich­ tung nach der Erfindung mit einem Block­ diagramm der Auswerteschaltung und

Fig. 2 eine andere Ausführungsform der Vorrich­ tung nach der Erfindung, ebenfalls in schematischer Darstellung.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform der Vorrichtung weist eine Strahlungsquelle 1 auf, welche aus den beiden ortsfest angebrachten Strahlern, zwei radioaktiven Präparaten, 2 und 2′ besteht. Der Strahler 2 ist so angeordnet und auf die Ionisationskammer 3 ausge­ richtet, daß die von ihm ausgehenden Meßstrahlen 4 den zu prü­ fenden Tabakstrang 6 auf ihrem Weg zur Ionisationskammer durchdringen. Zwischen der Ionisationskammer 3 und dem Tabak­ strang 6 einerseits und den Strahlern 2 und 2′ andererseits ist eine Blende 7 angeordnet, die im dargestellten Fall zwei Blendenöffnungen 8 und 8′ aufweist. Die Referenzstrahlen 9 des Strahlers 2′ sind im dargestellten Fall durch die Blen­ de 7 abgeblendet. Die Blende 7 ist in Richtung des Doppel­ pfeiles 11 zwischen zwei Endstellungen hin- und herver­ schiebbar, wobei in der einen Endstellung die Meßstrahlung 4 des Strahlers 2 durch die Blendenöffnung 8 und in der zwei­ ten Endstellung die Referenzstrahlung 9 des Strahlers 2′ durch die Blendenöffnung 8′ hindurchtritt. Zur Hin- und Herver­ schiebung der Blende 7 dient ein in der Fig. 1 als Hub­ magnet 27 dargestellter Antrieb, der mit der Blende 7 über eine Verbindung 12 verbunden ist. Anstelle des Hubmange­ ten 27 können auch andere elektromagnetische, pneumatische, hydraulische u. a. Antriebe eingesetzt werden. Der Hubmagnet 27 ist an ein Zeitschaltglied 28 angeschlossen, das auch mit einem Speicherglied 18 einer Auswerteschaltung 14 verbun­ den ist.

Die Ionisationskammer 3 gibt in Abhängigkeit von der Inten­ sität der von ihr aufgenommenen Strahlung (4, 9) elektrische Signale ab, die nach ihrer Verstärkung in einem Verstärker 13 über einen Schalter 21 der Auswerteschaltung 14 zu­ geführt werden. Diese Auswerteschaltung 14 besteht aus zwei Zweigen 16 und 16′. Der Zweig 16 der Auswerteschaltung ist mit dem Eingang A eines Komparatorgliedes 17 verbunden. Der Zweig 16′, welcher das Speicherglied 18 enthält, ist an den Eingang B des Komparatorgliedes 17 angeschlossen. Dem Speicherglied 18 ist ein Mittelwertbildner 19 vorge­ schaltet, mit dem das Rauschen der Ionisationskammer ausgemittelt werden soll. Der Schalter 21 ist ein Umschalter, der gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig mit der Blende 7 oder, im Falle der Fig. 2 mit einem Schieber 23, betätigbar ist, was durch die gestrichelte Wirkungs-Linie 20 in Fig. 1 angedeutet ist.

Die Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung. Diese weist wie­ der eine Strahlungsquelle auf, die in diesem Fall jedoch nur aus einem einzigen Strahler 22 besteht. Gemäß der Erfindung ist dieser Strahler 22 auf dem Schieber 23 mon­ tiert, derart, daß er zur Ionisationskammer 3 ausgerichtet ist. Zwischen dem Strahler 22 und der Ionisationskammer 3 verläuft der zu prüfende Tabakstrang 6. Der Schieber 23 ist in Richtung des Doppelpfeils 24 hin- und herverschiebbar. Über eine Verbindung 26 steht der Schieber 23 mit einem im vorliegenden Fall ebenfalls als Hubmagnet 27 ausgebil­ deten Antrieb in Wirkverbindung. Der Hubmagnet ist wieder an ein Zeitschaltglied 28 angeschlossen. Als Zeitschaltglied kommen Zeitschaltuhren, Programmsteuerungen, elektronische Zähler und ähnliche Einrichtungen infrage. Die Auswerteschaltung entspricht derjenigen gemäß Fig. 1.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vor­ richtung ist wie folgt:

Nach Fig. 1 ist die Blende 7 so eingestellt, daß die von dem Strahler 2 ausgehende Meßstrahlung 4 durch die Blenden­ öffnung 8 und den Tabakstrang 6 hindurch zur Ionisations­ kammer 3 gelangt. Der Referenzstrahl 9 des Strahlers 2′ ist von der Blende 7 abgeblendet. In der Ionisationskammer 3 wird nun ein der Intensität der Meßstrahlung 4 entsprechendes elektrisches Signal erzeugt, das im Verstärker 13 verstärkt wird und über den Umschalter 21 und den Zweig 16 zum Ein­ gang A des Komparatorgliedes 17 gelangt. Im Komparatorglied 17 wird das Meßsignal mit einem Referenzsignal, das am Eingang B des Komparatorgliedes ansteht, verglichen. Weicht das Meßsignal vom Referenzsignal ab, wird vom Komparator­ glied 17 ein Differenzsignal abgegeben, das angezeigt oder unmittelbar zur Steuerung der Strangmaschine benutzt werden kann.

In regelmäßigen Zeitabständen, beispielsweise alls 100 Se­ kunden, die mit dem Zeitschaltglied 28 vorgegeben werden können, wird die Blende 7 von dem Antrieb 27, der über die Verbindung 12 mit der Blende in Wirkverbindung steht, in Richtung des Pfeils 11 so verschoben, daß der Referenzstrahl 9 durch die Blendenöffnung 8′ hindurchtreten und in die Ionisationskammer 3 gelangen kann. Gleichzeitig wird über die in Fig. 1 angedeutete Wirkverbindung 20 der Umschalter 21 umgeschaltet, so daß nun der Zweig 16′ der Auswerte­ schaltung 14 an die Ionisationskammer 3 angeschlossen ist. Der Strahl 4 von dem Strahler 2 ist während dieser Zeit kurzzeitig abgeblendet. Entsprechend der Intensität des Referenzstrahlers 9 wird in der Ionisationskammer 3 ein Referenz­ signal erzeugt, das nach seiner Verstärkung im Verstärker 13 über den Umschalter 21 und den Mittelwertbildner 19 zum Speicherglied 18 gelangt, wo dieses Referenzsignal gespei­ chert wird. Ein Übernahmesignal erhält der Speicher 18 über die Leitung 29 vom Zeitschaltglied 28 immer dann, wenn dieses auch das Signal für die Rückführung des Stell­ mittels, also der Blende 7 bzw. des Schiebers 23, in die Meßposition an den Antrieb bzw. Hubmagneten 27 abgibt. In diesem Moment wird der bisherige Referenzwert gelöscht und der Speicher 18 ist zur Übernahme des neuen Referenzsignals bereit. Über den Zweig 16′ der Auswerteschaltung steht dieses Referenz­ signal dann am Eingang B des Komparatorgliedes 17 an, so daß es mit dem zum Eingang A des Komparatorgliedes gelan­ genden Meßsignal verglichen werden kann.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung ist als Strahlungs­ quelle nur ein einziger Strahler 22 vorgesehen, der auf den Schieber 23 montiert ist. Zur Prüfung des Tabakstranges 6 ist der Strahler so angeordnet, daß die von ihm ausgehende Strahlung vor dem Eintritt in die Ionisationskammer 3 den Tabakstrang 6 durchdringt. Zur Bildung eines Referenzsignals wird der Schieber mit dem Strahler 22 in vorgegebenen Zeit­ abständen kurzzeitig in Richtung des Pfeils 24 nach rechts verschoben, so daß der Strahl des Strahlers 22 am Tabak­ strang 6 vorbei zur Ionisationskammer 3 verläuft. Der wei­ tere Ablauf stimmt völlig mit dem im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschriebenen überein. Um ein Referenzsignal zur Driftkompensation der Ionisationskammer zu erhalten, wird die Prüfung des Tabakstranges 6 unterbrochen. Zur Gewinnung des gewünschten Referenzsignals genügt es jedoch, den Strahl jeweils nur sehr kurzzeitig am Tabakstrang vorbei zur Ionisationskamer zu führen, so daß längere Unterbrechungen der eigentlichen Dichtemes­ sung nicht erforderlich sind. Es hat sich gezeigt, daß die Bildung von Referenzsignalen in Zeitabständen von etwa 100 Sekunden den Einfluß des Driftens der Ionisationskammer auf das Ergebnis der Dichtemessung zuverlässig ausschließt.

Je nach den jeweils vorliegenden Meßbedingungen mögen je­ doch auch größere oder kleinere Zeitabstände für die Re­ ferenzsignalbildung angezeigt sein.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Prüfen der Dichte eines fortlaufenden Stranges der tabakverarbeitenden Industrie, insbesondere eines Tabakstranges, durch Absorptionsmessung an den Strang durchsetzenden Meßstrahlen mit einer Strahlungsquelle zur Erzeugung eines den Strang durchdringenden Meßstrahles und eines am Strang vorbeigehenden Referenzstrahles, mit einem ortsfest angeordneten Meßmittel zur Erzeugung von der Strahlungsintensität entsprechenden elektrischen Meß- und Referenzsignalen und mit einer den Strahlengang des Meß­ strahles kreuzenden Strangbahn, dadurch gekennzeichnet, daß ein automatisch arbeitendes Stellmittel (7, 23) zur peri­ odisch abwechselnden Führung der Strahlung als Meßstrahl (4) durch den Strang (6) und als Referenzstrahl (9) am Strang vorbei zum Meßmittel (3) vorgesehen ist und daß eine an das Meßmittel angeschlossene Auswerteschaltung (14) eine mit dem Stellmittel (7, 23) gekoppelte Umschalteinrichtung (21, 28, 29) aufweist, welche die mit dem gemeinsamen Meßmittel (3) gewonnenen elektrischen Referenzsignale über einen Speicher (18) einem Eingang (B) eines Komparators (17) und die ebenfalls mit dem gemeinsamen Meßmittel (3) gewonnenen elektrischen Meßsignale einem anderen Eingang (A) des Komparators (17) zuführt, so daß am Ausgang des Komparators ein von Driften des Meßmittels (3) bereinigter Meßwert abgenommen werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellmittel ein mittels eines Antriebes (27) quer zum Strang (6) hin und her verschiebbarer und eine Strahlungsquelle (22) tragender Schieber (23) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle aus zwei auf eine gemeinsame Ionisationskammer (3) ausgerichteten jeweils aus einem radioaktiven Präparat gebildeten Strahlern (2, 2′) besteht, von denen der eine (2) einen den Strang (6) durch­ dringenden Meßstrahl (4) und der andere (2′) einen am Strang vorbeigehenden Referenzstrahl (9) abgibt, daß das Stellmittel eine zwischen dem Strang (6) und der Ionisa­ tionskammer (3) einerseits und den Strahlern (2, 2′) andererseits angeordnete, hin und her verschiebbare Blende (7) ist, welche periodisch in vorgegebenen Zeit­ abständen derart hin und her verschiebbar ist, daß jeweils nur der Meßstrahl (4) oder nur der Referenzstrahl (9) durch eine Blendenöffnung (8, 8′) zur Ionisationskammer (3) hindurchtritt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Zeitschaltmittel (28) vorgesehen ist, welches den Antrieb (27) des Stellmittels (7, 23) und die Auswerte­ schaltung (14) steuert.