DE3404635A1

DE3404635A1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen bestimmung der haerte eines rauchbaren artikels

Info

Publication number: DE3404635A1
Application number: DE19843404635
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dr.-Ing. 2070 Ahrensburg Federle; Walther Dipl.-Ing. 2072 Bargteheide Friedrich
Original assignee: BAT Cigarettenfabriken GmbH
Current assignee: British American Tobacco Germany GmbH
Priority date: 1984-02-09
Filing date: 1984-02-09
Publication date: 1985-08-29
Also published as: DE3404635C2; GB2153654A; CA1224644A; IT1200381B; IT8519440A0; GB8503203D0; US4615342A; GB2153654B

Description

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Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Härte eines rauchbaren Artikels

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Härte eines rauchbaren Artikels aus den mechanischen Eigenschaften eines Strangs von Tabakfasern bei der Herstellung dieses rauchbaren Artikels der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei der Qualitätskontrolle in der Cigarettenproduktion wird der Härte der Cigaretten immer größere Beachtung geschenkt, da sich aus einer Härtemessung auf relativ einfache Weise feststellen läßt, ob ein rauchbarer Artikel, beispielsweise eine Cigarette, ausreichend gefüllt ist oder nicht. Gerade die mangelhafte Füllung von rauchbaren Artikeln stellt jedoch einen häufigen Rek/ * .mationsgrund dar.

Deshalb wird in einem Artikel aus "Beiträge zur Tabakforschung", Band 4, Heft 7, Dezember 1968, ein Gerät zur Prüfung der Härte von Cigaretten beschrieben, mit dem die Durchmesseränderung von Cigaretten unter bestimmter Belastung nach einer vorgegebenen Zeit gemessen und daraus die Härte ermittet wird. Dieses praktisch statische Verfahren ist jedoch nur für Stichprobenkontrollen geeignet, kann also nicht für die laufende, kontinuierliche Überwachung der Härte des rauchbaren Ar-_3E tikels während der Fertigung und für die entsprechende Regelung der gesamten Produktion eingesetzt werden.

Weiterhin geht aus der US-PS 3 411 513 ein Verfahren hervor, bei dem ein bewegter, fertiger, mit Papier umhüllter Tabakstrang durch einen Luftstrom deformiert und die zugehörige Nachführung der Düse erfaßt wird. Die dabei auftretende Bewegung der Düse steht in einem Zusammenhang mit der Füllkraft des Tabaks und damit der Härte der Cigarette. Die hierbei gewonnenen Aussagen werden jedoch durch Durchmesser- ^q Schwankungen sowie die Porosität des Cigarettenpapiers beeinflußt, so daß nur in wenigen Fällen eine exakte Korrelation zur statischen Messung der Härte über die Ermittlung der Eindringtiefe besteht, wie sie aus dem angezogenen Artikel bekannt ist.

Weiterhin sind verschiedene Verfahren bekannt, bei denen die Verformung des Formatfingers unter dem Einfluß des entlangfließenden Stroms von Tabakfasern erfaßt und damit ein kontinuierliches Meßsignal gewonnen wird, das in einer Korre-

2Q lation zur Härte der fertigen Cigarette stehen soll. So geht aus der DE-OS 2 241 774 eine Vorrichtung hervor, bei der ein Kraftaufnehmer, im allgemeinen ein Dehnungsmeßstreifen, vorgesehen ist, der die Verformung der Tragbrücke für den Formatfinger erfaßt. Eine andere Variante ist aus der DE-OS 2 4 57 141 bekannt, bei der die Auslenkung des vorderen Teils des zweigeteilten Formatfingers unter der Einwirkung des Strangs von Tabakfasern ermittelt wird. Und schließlich geht aus der US-PS 2 667 172 eine Vorrichtung hervor, die an verschiedenen Stellen die vertikalen und

OQ horizontalen Kräfte erfaßt, die der Tabakstrang auf seine Führung und insbesondere auf den Formatfinger ausübt. So wird beispielsweise die Breite des Spaltes zwischen dem vorderen Ende des Formatfingers und einem Aufnehmer, d. h., die Auslenkung des vorderen Endes des Formatfingers, erfaßt.

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Bei allen diesen bekannten Meßverfahren ist jedoch die Korrelation zwischen der Verformung des Formatfingers und der Härte der fertigen Cigarette relativ gering, d. h., das Meßergebnis korreliert nur dann linear mit der Härte der fertigen Cigarette, wenn der Aufnehmer die Verformung des Formatfingers an einer Stelle erfaßt, an der der Durchmesser des Strangs von Tabakfasern etwa dem Tabak-2Q durchmessers des fertigen, rauchbaren Artikels entspricht, wie es aus der älteren Anmeldung P 33 06 543.8-23 bekannt ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vor- ^5 richtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Härte eines rauchbaren Artikels aus den mechanischen Eigenschaften eines Strangs von Tabakfasern während der Herstellung dieses rauchbaren Artikels zu schaffen, die auf meßtechnisch einfache Weise ein sehr exaktes Maß für die Härte 2Q des fertigen rauchbaren Artikels liefert, nämlich ein Meßsignal, das in einer linearen Beziehung zur Härte des fertigen rauchbaren Artikels steht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.

gO Die mit der Erfiräing erzielten Vorteile beruhen darauf, daß die durch die Reibungskräfte zwischen dem Strang von Tabakfasern und der Unterseite des Formatfingers erzeugte Wärme und damit die entsprechende Temperatur des Formatfingers sehr exakt mit der Härte des fertigen rauchbaren

on Artikels korreliert, d. h., eine meßtechnisch einfach durch-

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zuführende Überwachung der Temperatur des Formatfingers ein sehr exaktes Maß für die Härte des hergestellten, rauchbaren Artikels liefert. Aus einer Abweichung der

Temperatur des Formatfingers von einem vorgegebenen Soll-Wert kann man also auf eine entsprechende Abweichung der Härte des fertigen rauchbaren Artikels schließen, so daß eine Regelung der verschiedenen Produktionsparameter im IQ Sinne einer Aufhebung dieser Abweichung möglich ist.

Die optimale Korrelation zwischen Temperaturmessung und Härte des rauchbaren Artikels ergibt sich, wenn der in eine Bohrung des Formatfingers eingesetzte Temperatur- ^5 aufnehmer auf der Oberfläche des Strangs von Tabakfasern aufliegt. Hierbei ergeben sich jedoch produktionstechnische Probleme, da sich die Tabakfasern in der Öffnung dieser Bohrung verfangen können. Außerdem kommt es zu einem relativ raschen Verschleiß des eigentlichen Meßelementes.

Für die Belange der Praxis reicht es jedoch aus, wenn der Meßaufnehmer in einer Sackbohrung des Formatfingers angeordnet und das verbleibende "Fleisch" dieser Sackbohrung möglichst gering ist, etwa im Bereich von 0,1 mm liegt. Dadurch wird der Temperaturaufnehmer gegen eine direkte Berührung mit dem Strang von Tabakfasern geschützt, ohne daß sich eine relevante Beeinträchtigung der Korrelation zwischen Temperaturmessung und Härte des fertigen rauchbaren Artikels ergibt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Temperatur des Formatfingers an einer Stelle erfaßt, an der der Durchmesser des Strangs von Tabakfasern etwa dem Tabakdurchmesser des fertigen, rauchbaren Artikels entspricht, da an dieser Stelle die Verdichtung des Strangs von Tabakfasern exakt gleich der Verdichtung des Tabaks in dem fertigen, rauch-

6536 Λ,

baren Artikel ist, sich also insoweit äquivalente Verhältnisse wie bei dem fertigen rauchbaren Artikel ergeben; auch die Reibungskräfte und damit die Temperatur des Formatfingers spiegeln diese Äquivalenz mit dem fertigen rauchbaren Artikel wider, so daß sich eine besonders gute Korrelation ergibt.

^o Es ist möglich, neben dem eigentlichen Temperatur-Aufnehmer noch einen Kompensations-Temperatur-Aufnehmer, beispielsweise auf der Einlaufseite des Formatfingers, vorzusehen, wobei die Differenz der Meßwerte der beiden Temperaturaufnehmer als Maß für die Härte des fertigen, rauchbaren

2g Artikels herangezogen wird. Dadurch ergibt sich eine selbsttätige Kompensation der Umgebungseinflüsse, nämlich der Umgebungstemperatur sowie eventueller Luftströmungen, die sonst das Meßergebnis verfälschen können. Außerdem lassen sich durch diese Differenzmessungen Aussagen über die Kompressibilität der Cigarette gewinnen.

Zur Eichung dieser Vorrichtung muß nur der Absolutwert der Temperatur des Formatfingers bei den üblichen, hier interessanten Betriebsbedingungen, nämlich insbesondere der Transportgeschwindigkeit des Strangs von Tabakfasern, erfaßt werden, die zur optimalen Härte des fertigen, rauchbaren Artikels führen. Jeder Abweichung von diesem Soll-Wert kann dann durch Einstellung des entsprechenden Produktionsparameters entgegengewirkt werden.

Diese Abhängigkeit des Meßergebnisses vom stationären Produktionsbetrieb führt dazu, daß sich bei instabilen Zuständen, beispielsweise beim Anlaufen einer (Zigarettenmaschine, keine verwertbaren Aussagen ergeben.

Als Temperatur-Aufnehmer sind insbesondere Widerstandsthermometer, Thermoelemente und Halbleiter-Temperaturfühler geeignet, d.h., Temperatur-Aufnehmer mit kleinen, genau definierten Meßköpfen, die ohne Probleme in entsprechenden Bohrungen des Formatfingers untergebracht
werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs- IQ beispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Formatfingers und des Formatbandes einer
Cigarettenmaschine,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur
kontinuierlichen Messung der Härte,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Ausführungsform

einer Vorrichtung zur Messung der Härte mit zwei Temperatur-Aufnehmern,

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Formatfinger mit

eingesetztem Temperaturaufnehmer, und

Fig. 5 eine Kurvendarstellung, bei der die Temperatur

des Formatfingers in Grad C über der korri-

gQ gierten Deformation einer fertigen Cigarette,

ausgedrückt in mm, aufgetragen ist.

Figur 1 zeigt einen Teil einer herkömmlichen Cigarettenmaschine, in dem der in Richtung des Pfeils antransportierte, gg etwa zylindrische Strang von Tabakfasern von einem Durchmesser von etwa 11 mm auf den Soll-Durchmesser von etwa

6,8 mm verdichtet wird; dabei wird der auf dem Formatband 10 liegende Tabakstrang durch den Formatfinger 12, der etwa die Form eines hohlen Halbzylinders hat, auf den gewünschten Durchmesser zusammengedrückt.

Wie man in Fig. 1 erkennt, ist der Formatfinger 12 an einer senkrecht angeordneten, relativ starren Platte 14 befestigt, IQ die wiederum an einem horizontalen Träger 16 angebracht ist.

Geht man davon aus, daß der Tabakstrang am Einlauf in den Formatfinger 12 einen Durchmesser von 11 mm und am Auslauf einen Durchmesser von 6,8 mm hat, so ergibt sich an der

IQ in Fig. 1 angedeuteten Stelle ein Abstand zwischen Formatband 10 und Formatfinger 12, der 7,85 mm beträgt, also dem Durchmesser des Tabakstrangs einer fertigen Cigarette entspricht. Auch die Stopfdichte des Strangs von Tabakfasern an dieser Stelle entspricht der Stopfdichte des fertigen Strangs von Tabakfasern und damit seiner Härte.

Die Rückstellkraft des Tabakstrangs gegen die von dem Formatfinger ausgeübte Verdichtung, damit die Reibungskräfte zwischen Tabakstrang und Formatfinger 12 und damit schließlieh die durch diese Reibungskräfte erzeugte Temperatur korreliert sehr exakt mit der Rückstellkraft des fertigen, rauchbaren Artikels, beispielsweise einer Cigarette, d. h., die Temperatur des Formatfingers stellt ein exaktes, reproduzierbares Maß für die Härte der fertigen Cigarette dar.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist ein Temperatur-Aufnehmer 30 an dem Formatfinger 12 befestigt, nämlich ein Thermoelement, ein Halbleiter-Temperatμrfühler oder ein Widerstandsthermometer. Der Temperaturaufnehmer 30 ist an der Stelle 32 des Formatfingers angebracht, an der der Durchmesser des Tabakstrangs dem der fertigen Cigarette entspricht.

Wie man aus Fig. 3 erkennt, ist an dieser Stelle 32 der Formatfinger 12 mit einer Sackbohrung versehen, die von der Oberseite des Formatfingers 12 nach unten bis in die Nähe seiner Unterfläche verläuft, wobei das zurückgebliebene "Fleisch" etwa 0,1 mm beträgt. In diese Sackbohrung ist die eigentliche Meßstelle des Temperatur-Aufnehmers 30 eingesetzt.

Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf diese Meßanordnung, d.h., eine Ansicht der Oberseite des Formatfingers 12 mit dem in die Bohrung 36 eingesetzten Temperatur-Aufnehmer 30.

Figur 3 zeigt eine Variante, bei der neben dem eigentliehen Temperatur-Aufnehmer 30 noch ein Kompensations-Temperatur-Aufnehmer 34 auf der Einlaßseite des Formatfingers 12 vorgesehen ist, der sich ebenfalls in einer Sackbohrung befindet. Auch für diesen Zweck kann ein Thermoelement, Widerstandsthermometer oder ein Halbleiter-Temperaturfühler verwendet werden.

Figur 5 zeigt eine Kurvendarstellung, bei der die an der Stelle 32 mittels eines einzigen Temperatur-Aufnehmers ermittelte Temperatur in Grad C über der nach einer vorgegebenen Zeit gemessenen Verformung in mm einer Cigarette unter einer vorgegebenen Belastung, also die Härte der fertigen Cigarette, aufgetragen ist. Es läßt sich erkennen, daß die Temperatur sich praktisch linear mit der Härte ändert. Der Korrelations-Koeffizient beträgt ungefähr 99 %.

Aus der Kurve kann man weiterhin ablesen, daß sich bei einer Änderung der Deformation um 0,6 mm die Temperatur des Formatfingers um etwa 20⁰C ändert, d.h., es ergibt sich ein ausreichend ausgeprägtes Meßsignal, das ohne Probleme ausgewertet und für die Regelung der Produktion herangezogen werden kann. Es wird beispielsweise möglich,

die Cigarettenstrang-Maschine auf kontinuierliche Cigarettenhärte zu regeln, wobei als Stellgröße sowohl die Lage der Trimmscheiben als auch die Ausbreitergeschwindigkeit in Frage kommen.

Eine selbsttätige Kompensation von äußeren Einflüssen, beispielsweise der Umgebungstemperatur sowie der Kühlwirkung von eventuellen Luftströmungen, wird durch die Verwendung des Kompensations-Temperatur-Aufnehmers 34 erreicht.

Bei Bedarf kann das von einem dieser Aufnehmer erzeugte elektrische Signal mit einem elektrischen Signal für die Feuchte verknüpft werden, wie es beispielsweise von einem im Ausbreiter der Strang-Maschine installierten Feuchte-Meßgerät geliefert wird; damit läßt sich eine feuchtekorrigierte Cigarettenhärte gewinnen. Dieses ist notwendig, da bei unterschiedlicher Tabakfeuchte und sonst gleichen Bedingungen, die Cigarettenhärte schwankt.

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Claims

Patentanwalt Pirmaterstraße 3 a — D-8000 München 70 Dipl.-Phys. Dr. Lothar Marx Telefon oss/713813 Telex 5212312 marx d Anwaltsakte 653 6 - S, B.A.T. Cigaretten-Fabriken GmbH Alsterufer 4 2000 Hamburg 36 Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Härte eines rauchbaren Artikels Patentansprüche

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Härte eines rauchbaren Artikels aus den mechanischen Eigenschaften eines Strangs von Tabakfasern während der Herstellung dieses rauchbaren Artikels

a) mit einem Formatfinger für die Verdichtung des Strangs von Tabakfasern auf einen vorgegebenen Durchmesser, und

b) mit einem an dem Formatfinger vorgesehenen Aufnehmer, dadurch gekennzeichnet, daß

c) der Aufnehmer (30) die Temperatur des Formatfingers (12) erfaßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

als Temperatur-Aufnehmer ein Widerstandsthermometer (30) verwendet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperatur-Aufnehmer ein Thermoelement (30) verwendet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperatur-Aufnehmerlein Halbleiter-Temperaturfühler (30) verwendet wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch „ gekennzeichnet, daß sich der Temperatur-Aufnehmer (30) an einer Stelle (32) des Formatfingers (12) befindet, an der der Durchmesser des Strangs von Tabakfasern etwa dem Tabakdurchmesser des fertigen, rauchbaren Artikels entspricht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatur-Aufnehmer(30) in einer Sackbohrung angeordnet ist, die von der Oberseite des Formatfingers (12) in Richtung auf den Strang von Tabak-< fasern verläuft.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Ende der Sackbohrung und der unteren Fläche des Formatfingers (12) möglichst gering ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch 30gekennzeichnet, daß ein zweiter Temperatur-Aufnehmer (34) am Einlauf des Formatfingers (12) angeordnet ist, und daß als Meßsignal eine errechnete Größe aus den Ausgangssignalen der beiden Temperatur-Aufnehmer (30, 34) verwendet wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß als zweiter Temperatur-Aufnehmer (34) ein Widerstands Thermometer, Thermoelement oder Halbleiter-Temperaturfühler verwendet wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Temperatur-Aufnehmer (30, 34), in Transportrichtung des Strangs von Tabakfasern gesehen, in der Mitte des Formatfingers (12) angeordnet sind. 10