DE3111318C2 - Verfahren zur Bestimmung des Zugwiderstandes und/oder der Gasdurchlässigkeit eines Prüflings sowie Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens - Google Patents

Description

a) ein monoton steigender oder monoton fallender Volumenstrom durch den Prüfling (11) geleitet wird,

b) der Volumenstram und der Druckabfall fortlaufend gemessen und mit vorgegebenen Bezugswerten für den Volumenstrom und den Druckabfall verglichen werden und

c) bei Gleichheit zwischen einem Meßwert für den Volumenstrom oder den Druckabfall und dem zugehörigen, vorgegebenen Bezugswert ifas anstehe·! «Je, gerade gemessene Wertepaar Vo- !umenstrofn/DruckabfaH erfaßt wird.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Quelle für einen einstellbaren Volumenstrom, mit einer an die Quelle angeschlossener. Halterung für den Prüfling, mit einem Strömungsmesser, mit einem Druckmesser für den Druckabfall am Prüfling und mit einer Auswerteinrichtung, gekennzeichnet durch

a) eine Quf'k (6, 7, 9) für einen monoton steigenden oder monoton fallenden Volumenstrom,

b) einen Speichel für vorgegebene Bezugswerte für das Wertepa ar Volumenst. om/Druckabfall,

c) einen Komparator (20) für den Vergleich der gerade gemessenen Werte für den Volumenstrom und den Druckabfall mit den vorgegebenen Bezugswerten und

d) eine Einrichtung (3,19a. 196) zur Erfassung der gerade gemessenen Werte für den Volumenstrom und den Druckabfall bei Gleichheit zwischen mindestens einem vorgegebenen Bezugswert und seinem zugeordneten Meßwert

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Seite des Prüflings (11) beaufschlagende Quelle eine Pumpe (6), die in einem Volumen (7) einen Unterdruck gegenüber der Atmosphäre erzeugt sowie ein einstellbares Ventil 19) aufweist das einerseits an die Pumpe (6) und das Volumen (7) und andererseits an den Prüfling (U) angeschlossen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet daß das einstellbare Ventil (9) an einen Verbindungspunkt zwischen der Pumpe (6) und dem Volumen (7) angeschlossen ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, gekennzeichnet durch ein zweites Ventil (24) zwischen dem einstellbaren Ventil (9) einerseits und der Pumpe (6) bzw. dem Volumen (7) andererseits zur Einstellung des maximalen Strömungsvolumens bei gegebenem Gesarntströmungswiderstand.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch einen linearen Strömungswiderstand (10) zwischien der Quelle (6,7,9) und dem

Prüfling (H), und durch einen zweiten Druckmesser (86, 136) zur Bestimmung des Volumenstroms aus dem Druckabfall an dem linearen Strömungswiderstand (10).

7. Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch jeweils einen Speicher (5a, 56) für die an den beiden Druckmessern (8a, 86, 13a, 136) ermittelten Meßwerte.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet duch einen Umschalter (15), der den Komparator (20) wahlweise mit einem der beiden Druckmesser (8a, 86; 13a, 136) verbindet

9. Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch zwei Abtast- und Halteglieder (19a, 196), die einerseits mit dem Komparator (20) und andererseits mit den Druckmessern (8a, 86; 13a, 136) verbunden sind.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Druckmessern (8a. Sb. 13a. 136) einerseits und der Auswerteinrichtung andererseits Analog/Digital-Wandler (23a, 236) vorgesehen sind, und daß die Verarbeitung und Auswertung digital erfolgen.

1 i. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, gekennzeichnet durch einen Motor (4) für die Verseilung des einstellbaren Ventils (9).

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet tÄß der Motor (4) von der Auswerteinrichtung (3) gesteuert wird.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, gekennzeichnet durch einen Sägezahn-Generator (17), der das einstellbare Ventil (9) über eine Steuerkarte (16) verstellt

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13. gekennzeichnet durch einen Schreiber (12) für die Registrierung der Meßwerte in Abhängigkeit von der Zeit.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14. gekennzeichnet durch zwei getrennte Anzeigen (22a, 226) zur Ablesung der erfaßte \ Meßwerte.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Zugwiderstandes und/oder der Gasdurchlässigkeit eines Prüflings sowie eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Die hierbei auftretenden Schwierigkeiten sollen im

» folgenden unter Bezugnahme auf die Bestimmung der Luftdurchlässigkeit von Papieren für die Herstellung von Cigaretten einerseits sowie die Bestimmung des Zugwiderstandes von Cigaretten und Filterstäben andererseits erläutert werden.

Nach dem Entwurf der Dl N 10 251 vom IuIi 1980 wird als Zugwiderstand einer Cigarette oder eines Filterstabes die statische Druckdifferenz zwischen den beiden Enden der Probe bezeichnet wenn die Probe bei konstanten Bedingungen von einem Luftstrom von 173 ml/s, gemessen am Austrittsende, durchströmt wird. Nach dem Entwurf der von der International Organization for Standardization herausgegebenen Internationalen Norm ISO 2965-1979 ist die Luftdurchlässigkeit von Cigarettenpapier als Verhältnis zwischen dem Volumenstrom an Luft je Flächeneinheit des Prüfmusters und der Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Prüfmusters definiert.

Es sind verschiedene Vorrichtungen entwickelt

worden mit denen i-uweder die Luftdurchlässigkeit oder der Zugwiderstand ermittelt werden kann.

So geht aus der DE-OS 29 49 200 eine Einrichtung zur Bestimmung der Luftdurchlässigkeit von (Zigarettenpapier hervor, bei der zwischen der Quelle für den Volumenstrom und dem Prüfling mehrere Strömungsdurchlässe angeordnet sind, die jeweils zugeschaltet werden können, um so die Strömungsbedingungen zu ändern. Dadurch ergibt sich jedoch ein relativ komplizierter Aufbau.

Weiterhin gent aus der DE-OS 28 47 786 ein Verfahren zur Bestimmung der Luftdurchlässigkeit von Cigaretten- oder Filterpapier hervor, bei dem der Volumenstrom durch den Prüfling auf verschiedene Werte eingestellt wird, die sich in der Nähe eines Sollwertes, also z.B. bei 17,5ml/s befinden. Bei den verschiedenen, eingestellten Werten wird dann der jeweils zugehörige Druckabfall gemessen und aus den verschiedenen Meßwerten wiederum die Luftdurcnlässigkeit errechne». Als Alternative hierzu können verschiedene Werte in der Nähe eines vorgegebenen Druckabfalls, also zum Beispiel bei 1 kPa, mit den zugehörigen Volumenströmen gemessen und daraus d-e Luftdurchlässigkeit errechnet werden. Mit diesem Verfahren ist jedoch nur die näherungsweise Bestimmung der Luftdurchlässigkeit für einen bestimmten Volumenstrom oder einen bestimmten Druckabfall möglich, und zwar unter Bildung eines Mittelwertes.

Schließlich geht aus der DE-OS 28 28 430 noch ein weiteres Gerät zur Bestimmung der Luftdurchlässigkeit von Cigarettenpapier hervor, bei dem die Luft über drei verschiedene Strömungswege, die jeweils durch Ventile verschlossen werden können, durch das Cigarettenpapier gesaugt wird. In Abhängigkeit von der Luftdurchlässigkeit des Cigarettenpapiers muß zunächst der Strömungsweg bestimmt werden, der die manuelle Einstellung des angestrebten Wertes ermöglicht. Erst dann kann die eigentliche Messung vorgenommen werden.

Außerdem haben die bekannten Verfahren noch die gemeinsame Einschränkung, daß sie speziell nur auf die Bestimmung der Luftdurchlässigkeit von Cigarettenpapier gerichtet sind, während die Bestimmung des Zugwiderstandes nicht angesprochen wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung des Zugwiderstandes und/oder der Gasdurchlässigkeit einer Prüflings der im Oberbegriff des Anspruchs t angegeoenen Gattung sowie eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens der im Oberbegriff des Anspruchs 2 angegebenen Gattung zu j-haffen. bei dem bzw. der der jeweils interessierende MeUwert bzw. das Meßwert-Paar, auch für unterschiedliche Vorgabe-Bedingungen, in einer einzigen, geschlossenen Messung sehr exakt ermittelt werden kann.

Diese Aufgabe w*d durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche I und 2 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf folgender Funktionsweise: Mittels einer speziellen Quelle wird ein Volumenstrom erzeugt, der entweder monoton ansteigt oder monoton abfallt, also im Verlaufe einer bestimmten Zeit den zur Verfügung stehenden Strömtingsbereich durchläuft. Dieser veränderliche Volumenstrom wird durch den Prüfling geleitet, wobei einerseits der Volumenstrom und andererseits der Druckabfall an de:n Prüfling fortlaufend gemessen werden. Die jeweils vorhandenen Meßergebnisse, also die Momentanwerte von Volumenstrom und !Druckabfall, werden mit eingegebenen Bezugswerten verglichen. Sobald zumindest ein Momentanwert mit seinem Bezugswert übereinstimmt, wird das anstehende Momentanwertepaar Volumenstrom/Druckabfall erfaßt. Auf diese Weise erhält man also einmal die Kennlinie des Prüflings, nämlich die Beziehung zwischen dem durchgeleiteten Volumenstrom und dem dabei auftretenden Druckabfall über einen größeren Bereich von

ίο Strömungsvolumina, zum anderen können bei genau festgelegten Werten, beispielsweise bei einem Luftstrom von 17,5 ml/s oder einem Druckabfall von 1 kPa, wie es in dem Entwurf für DIN 10 251 bzw. ISO 2965 gefordert wird, die beiden interessierenden Meßwerte, nämlich der Druckabfall und der Volumenstroin, erfaßt und damit beispielsweise zur Bestimmung oes Zugwiderstandes herangezogen werden.

Wenn also der Zugwiderstand von Tabakerzeugnissen, insbesondere Cigaretten und Filterstäbeii, untersucht werden soll, muß nur ein entsprechender Prüfling, also beispielsweise eine Cigarette, in einem Cigarettenhalter befestigt und an die Meßvorric'. Jng angeschlossen werden, wodurch sich entsprechen.] dem oben beschriebenen Ablauf einerseits die Kennlinie der Cigarette und andererseits der Wert ihres Zugwiderstandes gemäß diesem Norm-Entwurf ergibt

Werm Jie Luftdurchlässigkeit von Cigaretten-, FiI-terumhüllungs- oder Belagpapier ermittelt werden soll, muß der Cigarettenhalter mit der Cigarette durch eine Spanneinrichtung für das Papier ersetzt werden, wonach dann mit der gleichen Meßeinrichtung, jedoch mit einem anderen Auswertverfahren, das Verhältnis zwischen dem Volumenstrom an Luft je Flächeneinheit des Prüfmusters und der Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Prüfmusters erfaßt und damit die Luftdurchlässigkeit des Papiers bestimmt wird

Durch Vorgabe von bestimmten Bezugswerten kann dabei gewährleistet werden, daß auch wirklich die interessierenden Momentanwerte des Dnjckabfalls und des Volumenstroms erfaßt werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die Quelle für den monoton steigenden oder monoton falleiiden Volumenstrom eine Pumpe auf. die in einem Volumen einen Unterdruck gegenüber Atmosphäre erzeugt. Zwischen dem Prüfling und dem Verbindungspunkt zwischen Pumpe und Volumen befindet sich ein Ventil, das durch einen Motor gesteuert wird, wodurch ein veränderlicher Volumenstrom geliefert werden kann.

Als Alternative hierzu kann ein Sägezahn-Oszillator Vorgesehen werden, der über eine Steuerkarte das Ventil verstellt und dTdurch ebenfalls einen kontinuierlich veränderlichen Volumenstrom hefen.

Die Messung des Volumenstroms erfolgt zweckmä-

ßig»rw ise durch Ermittlung des Druckabfalls an einem linearen Strömungswiderstand, d. h. also, daß zwei Druckmessungen durchgeführt werden müssen. Die Ergebnisse der beiden Druck messungen werden zweckmäßigerweisc in digitale Werte umgewandelt, so daß

Μ die weitere Verarbeitung mit'els eines digitalen Rechners erfolgen kann.

Um den baulichen Aufwand ^u verringern, wird zweckmäßigerweise nur ein einziger Komparator vorgesehen, der wahlweise an einen der beiden

()5 Druckmesser angeschaltet wird, wobei jeweils nur einer der anstehenden Momentanwerte für die beiden Größen mit dem zugcnörigen Bezugswert verglichen wird.

Dieser Komparator ist an Abtast- und Halteglieder angeschlossen, die bei Gleichheit zwischen einem Momentanwert und seinem zugeordneten Bezugswert die Momentanwerte aller Größen zur Anzeige bringen können.

Außerdem kann ein Schreiber vorgesehen sein, der die beiden MePgrößen, nämlich den Volumenstrom und den Druckabfall, in Abhängigkeit von der Zeit registriert.

Zweckmäßigerweise befindet sich in der Strömungsquelle ein weiteres Ventil, um den Unterdruck in dem Volumen und damit das maximale Strömungsvolumen bei gegebenem Gesamtsirömungswiderstand einzustellen.

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

F i g. 1 ein Blockschaltbild des prinzipiellen Aufbaus einer Einrichtung zur Bestimmung des Zugwiderstands und/oder der Gasdurchlässigkeit eines Prüflings.

Fig.2 den detaillierten Aufbau einer solchen Ausführungsform,

F i g. 3 ein Prinzipschaltbild eines programmgesteuerten Meßwerterfassungs- und Steuersystems.

In der folgenden Beschreibung werden jeweils die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Bauelemente verwendet Dies gilt auch für den Prüfling 11, bei dem es sich um Cigaretten-, Filterumhüllungs- oder Filterbelagpapier oder eine Cigarette bzw. einen Filterstab handeln kann.

F i g. 1 zeigt das Grundprinzip einer solchen Einrichtung. Dabei erzeugt eine Pumpe 6 in einem Volumen 7 einen Unterdruck gegenüber Atmosphäre. Ein entsprechender, vom Druckabfall auf der Strömungsstrecke abhängender Unterdruck liegt über ein einstellbares Ventil 9 an einem Anschluß einer Halterung für einen Prüfling 11 an, der auf seiner anderen Seite zur Atmosphäre hin offen ist Das Ventil 9 wird über einen Motor 4 gesteuert so daß ein veränderlicher Volumenstrom in Richtung des Pfeils durch den Prüfling 11 strömt

Zwischen dem Ventil 9 und dem Prüfling 11 befindet sich ein linearer Strömungswiderstand 10, an dem ein Druckabfall auftritt der mittels eines Differenzdrucktransmitters 8a gemessen wird. Ein entsprechender Differenzdrucktransmitter 86 ermittelt den Druckabfall andern Prüfling 11.

Der Druckabfall an dem linearen Strömungswiderstand 10 ist proportional zu dem Volumenstrom, so daß anhand dieser Druckmessung der Volumenstrom ermittelt werden kann.

Die Differenzdrucktransmitter Sa und 86 wandeln den ermittelten Druck in entsprechende elektrische Signale um, wobei die elektrische Größe für den Volumenstrom von dem Differenzdrucktransmitter 8a dem Eingang A und die elektrische Größe für den Druckabfall an dem Prüfling 11 einem Eingang Λ'einer Steuerung 3 zugeführt wird.

Außerdem werden diese beiden elektrischen Größen t auf Speicher 5a bzw. 56 gegeben, die den Momentanwert der beiden elektrischen Größen feststellen, sobald zumindest eine Größe, beispielsweise die unabhängige Größe, nämlich der Volumenstrom, einen vorgegebenen Bezugswert entspricht. t

Diese Bezugswerte können über eine Eingabeeinheit 1 der Steuerung 3 zugeführt werden, die auch ein Rechenwerk enthält und den Vergleich zwischen den gemessenen Momentanwerten und den angegebenen Bezugswerten durchführt.

Sobald Gleichheit zwischen mindestens einem der Bezugswerte und dem anstehenden Momentatiwert festgestellt wird, werden die Speicher 5a und 5b angesteuert, wodurch die ansiehenden Momentanwerte erfaßt, der Steuerung 3 zugeführt und über eine Ausgabeeinheit 2, beispielsweise einen Drucker, ausgegeben werden.

" In F i g. I sind noch weitere Speicher 5a und 56 sowie Differenzdrucktransmitter 8a und 86 angedeutet, die für eine weitere, nicht dargestellte Meßeinrichtung, die nach dem gleichen Prinzip arbeitet eingesetzt werden können, da das Steuern und Auswerten zentral über die

> Steuerung 3 erfolgt

Auch der Motor 4 für die Verstellung des Ventils 9 wird über die Steuerung 3 verstellt, so daß die Steuerung zentral die verschiedenen Einheiten verwaltet. F ι g. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der auf eine

υ zentrale Steuerung verzichtet wurde. Dabei ist der eigentliche Meßkopf im Detail dargestellt; wenn der Zugwiderstand von Cigaretten oder Filterstäben festgestellt werden soll, wird ein Ende des Prüflings 11, also der Cigarette oder des Filterstabs, in eine Halterung 26

. eingespannt, die über den linearen Strömungswiderstand .!) mit der Quelle 6, 7, 9 für den monoton steigenden oder fallenden Gasstrom verbunden ist. Der nicht in der Halterung fixierte Teil des Prüflings 11 ist zur Atmo««»häre hin frei.

Ii Wenn die Luftdurchlässigkeit von Cigaretten-, Filterumhüllungs- oder Filterbelagpapier gemessen werden soll, wird dieses Papier in der aus F i g. 2 ersichtlichen Weise zwischen zwei Klemmbacken einer Halterung 28 eingespannt, von der eine Seite über den

s Strömungswiderstand 10 an die Quelle 6, 7, 9 angeschlossen und die andere Seite zur Atmosphäre hin offen ist.

Zwischen dem Ventil 9 und dem Verbindungspunkt zwischen der Pumpe 6 und dem Volumen 7 befindet sich

> ein zweites Ventil 18, mit dem sich der Unterdruck in dem Volumen 7 und damit das maximale Strömungsvolumen bei gegebenem Gesamt-Strömungswiderstand einstellen läßt

Der an dem linearen Strömungswiderstand 10 bzw. an

dem Prüfling 11 auftretende Differenzdruck wird über einen Druckaufnehmer 13a bzw. 146 erfaßt der ein zu dem Differenzdruck und damit zum Volumenstrom bzw. zum Druckabfall an dem Prüfling proportionales elektrisches Signal erzeugt das mit Hilfe von Verstärkern 14a und 146 verstärkt wird. Diese Verstärker 14a und 146 ermöglichen eine betragsmäßige Anpassung der elektrischen Größen an die Meßgrößen.

Ein den Verstärkern 14a und 146 nachgeschalteter Schreiber 12 registriert die beiden Meßgrößen in

> Abhängigkeit von der Zeit

Die Ausgangssignale der beiden Verstärker 14a, 146 werden außerdem einerseits über einen Umschalter 15 auf einen Komparator 20 und andererseits auf Abtast- und Halteglieder 19a, 196 gegeben, die von dem Komparator 20 angesteuert werden.

Der Komparator vergleicht wahlweise einen der beiden anstehenden Momentanwerte für den Druckabfall bzw. den Volumenstrom mit vorgegebenen Bezugswerten und gibt bei Gleichheit eines Bezugswertes mit einem zugeordneten Momentanwert ein Ausgangssignal zu den Abtast- und Haltegliedern 19a und 196 ab, die dann die Momentanwerte der Meßgrößen festhalten.

Die auf diese Weise erfaßten Meßwerte werden durch getrennte Anzeigen 22a, 22b angezeigt.

Eine den Abtast- und Haltegliedern 19/?, 196 sowie dem Komparator 20 nachgeordnete Schaltung 21 (Interface) bereite' die Meßwerte auf, führt beispiels- s weise eine Analog/Digital-Wandlung durch, und leitet die aufbereiteten Meßwerte zu einer Ausgabeeinheit 2 weiter, beispielsweise einem Drucker oder einer Anzeifc

Bei diener Ausführungsform erfolgt die Verstellung des einstellbaren Ventils 9 über eine Steuerkarte 16, die von einem Sägezahn-Generator 17 angesteuert wird. Dadurch öffnet sich das einstellbare Ventil 9 kontinuierlich und schließt sich anschließend kontinuierlich, wodurch der erwähnte, monoton steigende oder H monoton fallende Volumenstrom erzeugt wird.

Fig.3 zeigt das Prinzip eines programmgesteuerten Meßwerterfassungs- und Steuerungssystems, wobei zum Beispiel der Mikroprozessor Z 80 in der Steuerung 3 eingesetzt werden kann.

Der Strömungsweg von der Atmosphäre über den Prüfling zur Quelle hat im wesentlichen den bereits unter Bezugnahme auf F i g. I erläuterten Aufbau, wobei jedoch zwischen dem Ventil 9 und dem Verbindungspunkt zwischen Pumpe 6 und Volumen 7 ein einstellbarer Druckregler 24 angeordnet ist, um den zur Verfügung stehenden Bereich einzuengen.

Die von den beiden Druckaufnehmern 13a, 136 erzeugten elektrischen Signale werden in Analog/Digital-Wandlern 23a, 23b in entsprechende digitale Signale umgewandelt, die der Steuerung 3 zugeführt werden.

Die Steuerung 3 ist an einen zentralen Speicher 25 angeschlossen, der die vorgegebenen Bezugswerte enthält, die in der Steuerung 3 mit den Momentanwerten für den Volumenstrom und den Druckabfall verglichen werden. Wenn Gleichheit zwischen mindestens einem Bezugswert und dem zugehörigen Momentanwert vorliegt, wird das anstehende Momentanwertepaar über die Ausgabeeinheit 2 angezeigt bzw. ausgegeben.

Durch die hier beschriebenen Maßnahmen lassen sich beliebig viele Stützpunkte der Kennlinie eines Papiers oder eines rauchbaren Artikels bzw. Filterstabes erfassen, so daß eine solche Kennlinie mit großer Genauigkeit ermittelt werden kann. Begrenzt wird die Zahl der Stützpunkte bei gegebener Volumenstromänderung pro Zeiteinheit nur durch elektrische Größen, insbesondere durch die Wandlungsrate der Analog/Digital-Wandler, sowie durch die Einspeicherzeit für die Meßwerte.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

308111/278

Claims (1)

1. 31 Π 318

   Patentansprüche:

   I. Verfahren zur Bestimmung des Zugwiderstandes und/oder der Gasdurchlässigkeit eines Prüflings, bei dem eine einstellbare Gasme.ige durch den Prüfling geleitet und der Volumenstrom sowie der Druckabfall an dem Prüfling gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, daß