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Vorrichtung zur Messung der Deformations-
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eigenschaften einer Cigarette Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Messung der Deformationseigenschaften, insbesondere der Härte von Cigaretten
oder dergleichen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei der Herstellung von Cigaretten wird bekanntlich Tabak unter Druck
in Cigarettenpapier gewickelt. Dadurch besitzen die Cigaretten eine bestimmte Festigkeit
sowie eine gewisse Elastizität. Bei einem Eindrücken der Cigarette erleidet diese
eine elastische Verformung, von der ein Teil als bleibende
Verformung
zurückbleibt. Eine im kalten Zustand gemessene Festigkeit einer Cigarette verändert
sich beim Abrauchen durch Temperatur- und Feuchtigkeitseinflüsse. Dadurch wird die
Cigarette weicher.
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Zur Ermittlung der Härte ist es bekannt, die Deformation der Cigarette
unter einer bestimmten Kraft über eine bestimmte Zeit zu messen. Es ist auch bekannt,
die Härte einerseits im kalten, nicht abgerauchten Zustand und andererseits im teilweise
abgerauchten Zustand der Cigarette zu messen. Üblicherweise erfolgt die Messung
der Deformationseigenschaften einer Cigarette durch Belasten der Cigarette mit einer
vorbestimmten Kraft oder durch Zusammendrücken der Cigarette auf ein vorgewähltes
Maß, bei der die Belastungsflächen als zylinderförmige Belastungskörper oder als
Flächen mit definierter Auflagegröße auf die Cigaretten aufdrücken.
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Ein in der Cigarettenindustrie bekanntes Standardgerät zur Härtemessung
von Cigaretten im kalten Zustand ist das Borgwaldt-Densimeter, bei dem Rundstäbe
verwendet werden, die mit bestimmter Kraft über eine bestimmte Zeit auf die Cigarette
einwirken. Dabei werden eine Anzahl, insbesondere 10, Cigaretten in eine Halterung
eingelegt und gemeinsam durch einen oder zwei Rundstäbe belastet. Die Differenz
zwischen dem ursprünglichen Durchmesser und dem unter Belastung gemessenen Durch
messer" der Cigarette wird als Härtemaß verwendet. Beim Borgwaldt-Densimeter werden
die Deformationseigenschaften von einer Reihe von Cigaretten gleichzeitig ermittelt
(quasiparallel), so daß sich ein Mittelwert der Härte ergibt.
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Härteeigenschaften von Cigaretten,
insbesondere von teilweise abgerauchten Cigaretten, auch bei solchen derselben Sorte
sehr stark streuen und die quasiparallele Messung mehrerer Cigaretten daher nur
begrenzte Aussagemöglichkeiten über die Härteeigenschaften der einzelnen Cigarette
ergibt. Bei einer quasiparallelen Messung von Cigaretten in teilweise abgerauchtem
Zustand ergeben sich auch noch
dadurch starke Unterschiede der Härte,
daß die Cigaretten in aller Regel unterschiedlich schnell abbrennen.
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Aus der US-PS 4 227 400 ist eine Abrauchmaschine bekannt, die. karusselartig
aufgebaut ist und verschiedene Meßstationen am Kreisumfang aufweist. An dieser Einrichtung
wird die Härte im kalten Zustand sowie die Härte nach zwei Zügen im abgerauchten
Zustand gemessen. Es erfolgt dabei jeweils eine Einzelmessung einer Cigarette. Zur
Härtemessung werden die Cigaretten, die in Mundstücken eines Abrauchrings festgehalten
sind, in der entsprechenden Drehstellung der Abrauchmaschine von einem Auflagestempel
unterstützt und mit einem festgelegten Gewicht, das sich auf einem Druckkörper befindet,
belastet.
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Der durch das aufgelegte Gewicht hervorgerufene Deformationsweg wird
ermittelt, einem Rechner zugeführt und ausgewertet.
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Diese bekannte Einrichtung ermöglicht zwar die einzelne Messung und
Auswertung, jedoch weist diese Einrichtung den Nachteil auf, daß beim Zusammenpressen
der Cigarette eine Verschiebung zwischen der Cigarettenlängsachse und der Mundstückachse
erfolgt, so daß insbesondere, wenn der Auflagekörper sich relativ nah am Mundstück
befindet, Fehlmessungen verursacht werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung
der Deformationseigenschaften, insbesondere der Härte, von Cigaretten anzugeben,
bei der die Deformationseigenschaften im kalten Zustand sowie im teilweise abgerauchten
Zustand (Hot collapse-Messung) ermittelt werden können, wobei eine Einzelmessung
jeder Cigarette erfolgt und beim Zusammendrücken der Cigarette deren Längsachse
unverändert bleibt. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, einen automatischen
Bewegungsablauf zur selbsttätigen Messung zu ermöglichen. Es soll weiterhin die
Möglichkeit gegeben sein, alternativ die Deformationseigenschaften der Cigarette
bei einer festgelegten Kraft auf
die Cigarette oder die aufzuwendende
Kraft für einen vorbestimmten Deformationsweg zu ermitteln.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
Weitergehende Merkmale der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung ermöglicht einen selbsttätigen Ablauf eines Meßvorgangs
zur Ermittlung der Deformationseigenschaften von Cigaretten. Dabei werden die beim
Stand der Technik vorhandenen Messungenauigkeiten auf ein Minimum reduziert. Durch
Wahl eines entsprechenden Rechnerpgrogramms besteht die Möglichkeit, entweder den
Deformationsweg bei vorbestimmter Kraft oder den Kraftaufwand bei vorbestimmtem
Deformationsweg zu ermitteln. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als eigenständige
Meßvorrichtung oder als Zusatz zu bekannten Abrauchmaschinen verwendet werden. Es
sind keine Eingriffe in eine bestehende Abrauchmaschine erforderlich, sondern es
sind lediglich Synchronisier-Signale aus der Abrauchmaschine zu entnehmen.
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Die erfindungsgemäße zangenartige Ausbildung des Härtemeßgerätes hat
u.a. den Vorteil, daß der Antrieb der Schenkel der Meßzange mit Hilfe eines einzigen
Motors, insbesondere eines Schrittmotors erfolgen kann. Dieser Motor bewirkt einerseits
das Zusammendrücken der Cigarette und andererseits das gegebenenfalls erforderliche
Anwinkeln der Meßzange von der Cigarette. Mit Hilfe der Erfindung kann eine Vielzahl
verschiedener Messmöglichkeiten ausgeführt werden, es können auch Messungen der
Härte an verschiedenen Stellen entlang der Cigarettenlängsachse vorgenommen werden.
Durch die Verwendung eines geschwindigkeitsregelbaren Motors als Antrieb ist die
Deformationsgeschwindigkeit variabel einstellbar.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer
erfindunosgemäßen Meßzange in Arbeitsposition, Fig. 2 eine Ausbildungsform eines
Kraftaufnehmers, Fig. 3 eine Seitenansicht einer Meßanordnung, Fig. 4 eine Aufsicht
auf eine Meßzange, Fig. 5 eine Blockschaltbilddarstellung der erfindungsgemäßen
Steuer- und Meßeinrichtung.
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Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Meßzange ist auf einem
Befestigungsflansch 12 aufgebaut. Dieser Flansch 12 kann vorzugsweise seitlich an
eine Abrauchmaschine mit vorliegendem Rauchring (21) angesetzt werden. Der Befestigungsflansch
12 weist dazu geeignete Befestigungsanordnungen auf, die vorzugsweise in Umfangsrichtung
der Abrauchmaschine ein Verschieben der Meßzange ermöglichen.
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Am rückwärtigen, von der Abrauchmaschine abgekehrten Ende des Flansches
befindet sich ein, vorzugsweise in einer Schwalbenschwanzführung im Flansch verschiebbar,
U-förmiger Haltebock 31, durch dessen beide Schenkel eine Welle mit außerhalb des
Haltebocks angeflanschtem Motor 1 geführt ist. Die Motorwelle 6 des Motors 1, insbesondere
eines Schrittmotors, weist auf ihrem zwischen den Schenkeln des Haltebocks liegenden
Bereich ein Rechts-/Linksgewinde auf, mit dem die beiden Schenkel 3,4 einer Meßzange
23 aufeinanderzu- oder voneinanderwegbewegt werden können. Die beiden Schenkel 3,4
sind gemeinsam um eine Drehachse 13, die sich im rechten Winkel zur Drehebene der
Abrauchmaschine erstreckt, drehbar. Bei einer Drehung der Achswelle 6 des Motors
1 werden daher die hinteren Teile der beiden Schenkel aufeinanderzu- oder voneinanderwegbewegt,
während die vorderen Teile der beiden Schenkel 3,4 umgekehrt voneinanderweg- oder
aufeinanderzubewegt
werden können. Die beiden Schenkel 3,4 sind
gemeinsam um eine Drehachse 13, die sich im rechten Winkel zur Drehebene der Abrauchmaschine
erstreckt, drehbar. Bei einer Drehung der Achswelle 6 des Motors 1 werden daher
die hinteren Teile der beiden Schenkel aufeinanderzu- oder voreinanderwegbewegt,
während die vorderen Teile der beiden Schenkel 3,4 umgekehrt voneinanderweg- oder
aufeinanderzubewegt werden. Am vorderen, der Abrauchmaschine 20 zugekehrten Ende
der beiden Schenkel 3, 4 befindet sich an der Innenseite der Schenkel jeweils ein
Teil des Druckkörpers 5.
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In der Haltestellung der Abrauchmaschine befindet sich jeweils eine
Cigarette 19 zwischen den beiden Schenkeln. Bei der Bewegung der Schenkel aufeinanderzu
wird daher die dazwischen befindliche Cigarette zusammengedrückt. Die beiden Teile
des Druckkörpers 5 sind vorzugsweise als zylindrische Stäbe ausgebildet, deren Achse
sich senkrecht zur Cigarettenachse erstreckt. Die Teile des Druckkörpers wirken
auf Kraftaufaufnehmer, wie in Fig. 2 dargestellt.
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An den hinteren Enden der beiden Schenkel befindet sich ein Anschlag
7, der das weitere Zusammenfahren der Schenkel an dieser Stelle verhindert. Weiterhin
befindet sich dort ein Näherungsschalter 8, der ein Signal abgibt, wenn sich die
Schenkel durch eine bestimmte Stellung bewegen.
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Da die Schenkel in vertikaler Richtung lediglich auf der Motorwelle
6 gelagert sind, haben bei einer Drehung des Motors 1, bei der die vorderen Enden
der Schenkel auseinanderlaufen, während die hinteren Enden der Schenkel zusammenlaufen,
die vorderen Enden der Schenkel an, wenn der Anschlag 7 das weitere Zusammenfahren
der hinteren Enden der Schenkel verhindert. In der angehobenen Stellung der Schenkel
kann dann die Cigarette von der Abrauchmaschine 20 aus ihrer
Meßposition
herausbewegt werden. Da die beiden Schenkel nur durch die Spindel mit Rechts-/Linksgewinde
um eine gemeinsame Drehachse geführt sind, erfahren die Schenkel beim Drehen der
Spindel eine gegensinnige Bewegungsrichtung.
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In einer ausgeführten Anordnung benötigte der Schrittmotor für eine
Umdrehung 1000 Schritte. Bei der gewählten Gewindesteigung des Spindelgewindes von
1 mm pro Umdrehung bewegen sich die Schenkel in den Spindelebene mit 2/1000 mm aufeinanderzu
oder voneinanderweg, je nach Drehrichtung des Motors. Das Längenverhältnis von der
Spindel zum Drehpunkt 13 und dem Drehpunkt 13 zu den beiden Teilen des Druckkörpers
5 betrug 3 : 1.
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Daraus ergab sich ein Weg des Druckkörpers von 6/1000 mm pro, Schritt
des Schrittmotors. Durch digitales Abzählen der Motorschritte ist daher der Weg
des Druckkörpers genau zu bestimmen.
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Zur Ermittlung des Ausgangszustandes ist der Näherungsschalter 8 vorgesehen.
Beim Durchfahren der Schenkel durch eine bestimmte Stellung gibt der Näherungsschalter
ein Signal ab, wodurch der Steuer- und Meßeinheit angegeben wird, daß die Schenkel
sich in einer bestimmten Position befinden. Durch Abzählen der Schritte des Schrittmotors
von diesem Zustand ab kann der dazu relative Weg bestimmt werden. Durch diese Art
der Ermittlung des Weges des Druckkörpers ist kein zusätzlicher Wegaufnehmer erforderlich.
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In Verlängerung der Drehachse 13 befindet sich eine Ebene 10, die
an dem Flansch 12 befestigt ist. Sie dient zur Stützung der Meßzange 23, wenn der
U-förmige Haltebock 31 in Richtung auf die Abrauchmaschine 20 verschoben wird. Wenn
die Cigarettenlängsachse sich in einem Winkel zur Flanschachse befindet und daher
ein entsprechendes Nachführen des Druckkörpers 5 bei Verschieben entlang der Cigarettenlängsachse
notwendig ist, wird anstelle der Ebene 10 eine schiefe Ebene benötigt.
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Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Schenkel der Meßzange 23
mit einem Teil des Druckkörpers 5 und einem Kraftaufnehmer 17, der mit Kabelanschluß
18 in einer Führungshülse 16 befestigt ist. Die Führungshülse nimmt den einen Teil
des Druckkörpers 5 auf, der an seiner Außenseite eine zylinderförmige Profilierung
zum Eindrücken der Cigarette trägt. Der Druckkörper 5 überträgt die Kraft von der
Cigarette auf den Kraftaufnehmer. Ein Führungsstift 16 verhindert das Verschieben
und Herausfallen des Druckkörpers 5 aus der Führungshülse 15.
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Fig. 3 zeigt die Meßzange in Seitenansicht. Die gestrichelte Darstellung
zeigt die angehobene Position der beiden Schenkel.
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In dieser Stellung kann der Rauchring 21 die nächste Cigarette in
Meßposition bewegen. Nach Erreichen der nächsten Halteposition der Abrauchmaschine
befindet sich eine Cigarette 19 zwischen den beiden Schenkeln 3,4. Nun können durch
entsprechendes Betätigen des Schrittmotors die beiden Schenkel abgesenkt werden,
so daß sich die Cigarette unmittelbar zwischen den Schenkeln befindet. Durch Zusammenführen
der beiden Schenkel erfolgt die Deformation der Cigarette. Das Zusammenführen der
beiden Schenkel erfolgt völlig synchron, so daß kein Auslenken der Cigarettenlängsachse
erfolgt. Daher wird die Cigarette im Mundstück 22 des Rauchringes 21 festgehalten,
ohne daß die Achse sich verbiegt.
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Fig. 4 zeigt eine Aufsicht der Meßanordnung. Sollen sowohl die Cigarettenhärte
im kalten Zustand, wie auch während des Abrauchens gemessen werden, verläuft der
Messvorgang folgendermaßen: Zu Beginn der Messung wird von jeder im Rauchring 21
positionierten Cigarette im kalten Zustand die Härte gemessen.
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Die entsprechenden Meßwerte werden auf eine Speichereinheit des Rechners
27 übertragen. Es kann der Deformationsweg gemessen werden, der sich bei voreingestellter
Kraft, die am Kraftaufnehmer festgestellt werden kann, ergibt. Andererseits
kann
auch durch Vorgabe einer bestimmten Zahl von Schritten des Schrittmotors ein bestimmter
Deformationsweg vorgegeben werden, bei dessen Erreichen die aufzubringende Kraft
ermittelt wird.
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Nach Messung sämtlicher Cigaretten im kalten Zustand erfolgt nun das
Anzünden der Cigaretten 19. Danach werden soviele Rauchzüge der Cigarette entnommen,
bis entweder die vorgewählte Zugzahl oder die vorgewählte Stummel länge erreicht
ist. Das Erreichen der vorgewählten Stummel länge kann z. B.
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durch einen Infrarotmelder festgestellt werden. Zur Hot collapse-Messung
wird jede einzelne Cigarette wieder wie im kalten Zustand gemessen. Die Ergebnisse
der Messungen werden ebenfalls an die Rechnereinheit 27 übertragen und können dort
an einem Anzeigegerät 30 dargestellt und mit der Kaltmessung verglichen werden.
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Der Kraftaufnehmer ist in diesem Fall als Dehnungsmeßstreifen-Brücke
ausgeführt, er kann jedoch durch geeignete andere Kraftaufnehmer ersetzt werden.
Weiterhin sind andere Druckkörperformen möglich.
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Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Abrauchmaschine 20 gibt ein Signal auf das Interface 24, das die Motorsteuerung
des Motors 1 betätigt.
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Das Meßsignal des Druckkörpers wird über einen Verstärker 26 und einen
Analog/Digitalwandler 28 auf den Rechner 27 gegeben. Bei Erreichen einer bestimmten
Position der beiden Schenkel der Meßzange wird über den Näherungsschalter 8 ein
Signal an das Interface 24 gegeben. Entsprechend wird dann der Motor gesteuert und
das dazugehörige Anfangssignal auf den Rechner gegeben. Die Rechnereinheit ist vorzugsweise
derart programmiert, daß der gesamte Ablauf der Motorsteuerung sowie der Messung
automatisiert ablaufen kann, Über eine Tastatur 29 kann jedoch auch von Hand eingegriffen
werden und die Messung
kann von Hand ausgeführt werden. Sämtliche
Meßergebnisse werden vorzugsweise auf einem Anzeigegerät 30 dargestellt bzw. auf
einem Drucker ausgedruckt.
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Bezugszeichenliste: 1 Schrittmotor 2 Verstellschraube 3 erster Schenkel
4 zweiter Schenkel 5 Druckkörper 6 Motorwelle 7 Anschlag 8 Näherungsschalter 10
Ebene 12 Flansch 13 Drehachse 15 Führungshülse 16 Führungsstift 17 Kraftaufnehmer
18 Kabelanschluß 19 Cigarette 20 Abrauchmaschine 21 Rauchring 22 Mund stück 23 Meßzange
24 Interface 25 Motorsteuerung 26 Verstärker 27 Rechner 28 Analog/Digitalwandler
29 Tastatur 30 Anzeigegerät 31 Haltebock