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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Abrauchen
von Zigaretten zu schaffen, bei der unterschiedliche Zugprofile und daneben unterschiedliche
Zugzeiten und Zugvolumina wahlweise leicht einstellbar sind.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit der im Anspruch 1 und bezüglich
vorteilhafter Ausgestaltungen in den Unteransprüchen gekennzeichneten Vorrichtung
zum Abrauchen von Zigaretten gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden Zugprofil, Zugzeit und
Zugvolumen rein elektrisch, und zwar durch ein digitales Signal vorgegeben, dessen
einzelne Impulse der Schrittmotor unmittelbar in entsprechende Bewegung umsetzt.
Dadurch kann einerseits im mechanischen Teil der Vorrichtung ein kompliziertes Getriebe,
wie es bisher zur Erzeugung eines bestimmten Zugprofils notwendig war, entfallen.
Andererseits können in der gleichen Vorrichtung wahlweise verschiedene Zugprofile
angewendet werden, die in einfachster Weise rein elektrisch ausgewählt werden. Gleiches
gilt für die Einstellung von Zugzeit und Zugvolumen. Die drei Veränderlichen Zugprofil,
Zugzeit und Zugvolumen werden in sehr einfacher Weise durch drei verschiedene Parameter
eines einzigen Signals, nämlich durch das Modulationsprofil, die mittlere Frequenz
und die Gesamtpulszahl einer frequenzmodulierten Impulsfolge dargestellt und können
dabei ohne gegenseitige Beeinflussung verändert werden. Dadurch eröffnet die erfindungsgemäße
Vorrichtung erstmals Meß- und Analysemöglichkeiten auf der Basis sehr komplexer
Abrauchvorgänge bis hin zum Abrauchen einer einzelnen Zigarette mit Zügen jeweils
unterschiedlichen Volumens, unterschiedlicher Zugzeit auf unterschiedlichen Abrauchprofils.
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Die frequenzmodulierte Impulsfolge bestimmt die Ansaugphase jedes
Arbeitsspiels der Abrauch-Vorrichtung. Anspruch 2 kennzeichnet eine vorteilhafte
Ausgestaltung, bei der auch die Rückführung des Kolbens in seine Endlage am Ende
der Ausblasphase mit einem digitalen Signal erfolgt. Hierbei ist durch den Endlage-Sensor
erreicht, daß die Steuerung der Rückführbewegung unabhängig von der jeweiligen Dauer
des Hubs der vorangegangenen Ansaugbewegung erfolgen kann.
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Vorteilhafterweise umfaßt die Steuereinrichtung gemäß Anspruch 3
einen Steuercomputer auf Mikroprozessor-Basis, wobei die verschiedenen Modulations-bzw.
Zugprofile im Programm-Form abgelegt sind und softwaremäßig aufgerufen werden. So
kann schnell durch eine relativ einfache Programmänderung auf Anwenderwünsche hinsichtlich
bestimmter Zugprofile reagiert werden. Gleichzeitig lassen sich über den Computer
auch die gesamten übrigen Funktionen der Abrauch-Vorrichtung, wie die Umschaltung
des Ein- und Auslaßventils oder die Abfrage des Endlagen-Sensors, steuern.
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Im übrigen geht die bevorzugte Ausführungsform der neuen Vorrichtung
aus den Ansprüchen 4, 5 und 6 hervor. Sie beruht auf dem Prinzip, daß für jedes
Arbeitsspiel bzw. jeden Zug zunächst ein Impulszug erzeugt wird, der immer, unabhängig
von allen weiteren Einstellungen, eine bestimmte, festliegende und vorzugsweise
softwaremäßig abgezählte Anzahl von Impulsen umfaßt Die Zugzeit wird zunächst durch
Einstellung der Frequenz dieses Impulszuges am Zugzeit-Teiler festgelegt. Die Gesamtzahl
der Impulse ist so bemessen, daß der Schrittmotor bei Erhalt aller Impulse die Ansaugphase
mit dem mechanisch größtmöglichen Hub ausführt. In einem weiteren Schritt wird mittels
des Zugvolumen-Teilers aus dem Impulszug ein bestimmter, einstellbarer Prozentsatz
der Impulse entfernt. Dies verändert nicht die Zeitdauer des Impulszuges, verringert
jedoch die Anzahl der vom Schrittmotor durchgeführten Schritte und entsprechend
den Kolbenhub und damit das Zugvolumen. In einem dritten Schritt schließlich
wird
aus dem Impulszug durch Frequenzmodulation entsprechend dem gewünschten Zugprofil
die endgültige Impulsfolge gebildet, indem der Impulszug mittels des Zugprofil-Teilers
nochmals herabgeteilt wird, nun aber unter periodisch während der gesamten Ansaugphase
wiederholter Einstellung des Teilerverhältnisses entsprechend dem Zugprofil, wobei
der Mittelwert der Teilerverhältnisse eines Zugprofils für alle Zugprofile der gleiche
ist. Letzteres erfolgt wiederum vorzugsweise softwaremäßig, indem man Zugprofil-Teiler
nacheinander eine Reihe von gespeicherten Teilerdivisoren eingegeben werden, die
ihrerseits ein bestimmtes, vorher ausgewähltes Zugprofil darstellen. In der funktionellen
Reihenfolge können mit gleichem Ergebnis der Zugvolumen-Teiler und der Zugprofil-Teiler
auch miteinander vertauscht sein.
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Die weitere Ausgestaltung gemäß den Ansprüchen 7 und 8 eröffnet die
Möglichkeit, die gesamte Vorrichtung auf digitalem Wege von außen, z. B. mittels
eines übergeordneten Rechners zu steuern, und zwar sowohl hinsichtlich der für jeden
Zug änderbaren Einstellung von Zugzeit, -volumen und -profil als auch des Betriebsablaufes.
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Als Getriebe wird gemäß Anspruch 9 ein gleichmäßig übersetzendes
Getriebe bevorzugt, weil dadurch nichtlineare Veränderungen der elektrisch vorgegebenen
Zug-Parameter durch das Getriebe vermieden werden.
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Außerdem ist der mechanische Aufbau einfach, z. B. gemäß Anspruch
10.
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Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten
anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigt F i g. 1 den elektromechanischen Teil einer Vorrichtung zum
Abrauchen von Zigaretten in schematischer Seitenansicht, Fig. 2 ein Blockschaltbild
der elektrischen Steuereinrichtung der Abrauch-Vorrichtung, Fig. 3 ein auf die wesentlichen
Funktionen beschränktes Ablauf-Diagramm für die Steuereinrichtung nachFig.2.
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Gemäß Fig. 1 umfaßt eine Vorrichtung zum Abrauchen von Zigaretten
einen Abrauchzylinder 1 mit einem Kolben 2 darin. Der Abrauchzylinder 1 ist in horizontaler
Ausrichtung mittels einer Halterung 3 auf einer Montageplatte 12 fest angebracht.
Der Kolben 2 ist einstückig mit einem zum Abrauchzylinder 1 konzentrischen Rohr
13 versehen, das am halterungsseitigen Ende des Abrauchzylinders 1 aus diesem heraussteht
und dort in eine Spindelmutter 4 übergeht. Die Spindelmutter 4 wirkt mit einer langen
Spindel 6 zusammen. welche die Abtriebswelle eines elektrischen Schrittmotors 7
ist.
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Dieser ist mittels einer Halterung 8 ebenfalls auf der Montageplatte
12 fest angebracht. Durch Drehung der Spindel 6 in der einen und anderen Richtung
wird der Kolben 2 im Abrauchzylinder 1 hin- und herbewegt.
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F i g. 1 zeigt den Kolben 2 in seiner Ruhe- oder Endlage, in der
er sich zu Beginn eines Arbeitsspiels der Vorrichtung befindet. Diese Endlage wird
von einem Endlagen-Sensor 5 erfaßt, der mit der Spindelmutter 4 des Kolbens 2 zusammenwirkt
und in der beschriebenen Endstellung des Kolbens 2 am Kopf des Abrauchzylinders
1 anspricht.
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Über eine Öffnung an seinem Kopf ist der Abrauchzylinder 1 mit einem
elektrisch betätigbaren Ein- und Auslaßventil 9 verbunden, das ebenfalls auf der
Montageplatte 12 angebracht ist. Das Ein- und Auslaßventil 9 besitzt einen Einlaßstutzen
10, an welchem in nicht näher
gezeigter Weise die abzurauchende
Zigarette über einer Rauchfalle angeschlossen wird, sowie einen Ausiaßstutzen 11,
über welchen der Abgang der Gasphase beim Abrauchen erfolgt.
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Der elektrische Schrittmotor 7 wird in noch näher zu erläuternder
Weise mittels einer elektrischen Steuereinrichtung 20 gemäß F i g. 2 so angesteuert,
daß sich der Kolben 2 im Abrauchzylinder 1 hin- und herbewegt.
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Hierbei bedeutet jedes Arbeitsspiel des Kolbens einen Zug an der abzurauchenden
Zigarette. Während der Ansaugphase, d. h. bei Bewegung des Kolbens 2 aus seiner
Endlage in die in F i g. 1 rechte Richtung ist durch entsprechende elektrische Ansteuerung
des Ein- und Auslaßventils dessen Einlaßseite geöffnet, so daß die Zigarette mit
dem durch den Kolben 2 erzeugten Unterdruck beaufschlagt wird. Während der Rückkehrbewegung
des Kolbens 2 in die Endlage, d. h. während der Ausblasphase, ist die Auslaßseite
des Ventils 9 zum Auslaßstutzen 11 hin geöffnet.
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Die elektrische Steuereinrichtung 20, vgl. F i g. 2, umfaßt einen
Quarzoszillator 21, der Impulse mit einer festen Frequenz von beispielsweise 19,6608
MHz abgibt.
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Die Impulse gelangen zu einem Zugzeit-Teiler 22, dessen Teilerdivisor
durch ein zweistelliges BCD-Signal einstellbar ist. Das BCD-Signal kommt entweder
von einem manuell betätigbaren Einstellglied 36 oder einem übergeordneten Steuer-Rechner.
Der Teilerdivisor wird entsprechend der gewünschten Zugzeit bzw. Dauer der Ansaugphase
eingestellt. Zum Beispiel entspricht ein Teilerdivisor von 20 einer Zugzeit von
2,0 Sekunden.
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Dementsprechend führt der Ausgang des Zugzeit-Teilers einen Impulszug,
dessen Frequenz umgekehrt proportional zur eingestellten Zugzeit ist.
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Dieser Impulszug gelangt zu einem weiteren Teiler, einem Zugvolumen-Teiler
23, bei welchem der Teilerfaktor durch ein zweistelliges BCD-Signal einstellbar
ist.
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Auch dieses BCD-Signal kann entweder von einem manuell betätigbaren
Einstellglied 37 oder einem übergeordneten Steuer-Computer erhalten werden. Der
Zugvolumen-Teiler 23 unterdrückt entsprechend seiner Einstellung einen Teil der
Impulse des zugeführten Impulszuges, so daß der Impulszug an seinem Ausgang eine
entsprechend dem eingestellten Bruchteil verringerte Anzahl von Impulsen umfaßt,
also z. B, bei einer Einstellung auf 40% der zugeführten Impulse.
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Der Impulszug vom Zugzeit-Teiler 22 gelangt weiterhin zu einem Takt-Teiler
24 mit einem festen Teilerquotienten von z. B.2-15 = 1/32 768. Die Ausgangsimpulse
des Taktteilers 24 gelangen als Taktimpulse zum Ein-Ausgabe-Baustein 26 eines Ein-Platinen-Computers
25, der außerdem einen 8-Bit-Mikroprozessor (CPU) 27, einen Arbeitsspeicher (RAM)
28 zur Ablage kurzzeitiger Daten und einen Festwertspeicher (ROM) 29 umfaßt.
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Der Festwertspeicher 29 enthält ein Betriebsprogramm sowie eine Reihe
von Zahlenwerten, mit denen in noch zu erläuternder Weise bestimmte Modulations-
bzw.
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Zugprofile dargestellt werden. Zum Computer 25 gehört schließlich
noch ein Prozessorkontrollierter 14-Bit-Teiler 30.
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Der 14-Bit-Teiler 30 wird an seinem Eingang mit dem Impulszug vom
Zugvolumen-Teiler 23 beaufschlagt.
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Seine Ausgangsimpulse gelangen über ein Oderglied 31 zu einer Ansteuerschaltung
32 für den Schrittmotor 7.
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Die Ansteuerschaltung 32 erhält weiterhin ein von außen zugeführtes
Start-Signal, das außerdem zum Ein-Ausgabe-Baustein 26 und über ein Zeitglied 33
zu einem spannungsgesteuertes Oszillator 34 gelangt. Der Ausgang des Oszillators
34 ist mit einem zweiten Eingang
des Odergliedes 31 verbunden. An einem Steuereingang
erhält der Oszillator 34 das Endlage-Signal vom Endlagen-Sensor 5.
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Die Auswahl eines bestimmten Zugprofils geschieht mittels eines manuell
betätigbaren Einstellgliedes 35, das ein der Wahl entsprechendes digitales Auswahlsignal
über vier Datenleitungen an den Ein-Ausgabe-Baustein 26 abgibt. Alternativ kann
das Auswahlsignal von einem übergeordneten Steuer-Computer stammen.
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Ein Relais 39, welches durch das Start-Signal erregt wird, schaltet
abwechselnd eine einlaßseitige Magnetspule 10a und eine auslaßseitige Magnetspule
1 1a des Ein- und Auslaßventils 9 derart, daß der Einlaß 10 für die Dauer des Start-Signals
und im übrigen der Auslaß 11 geöffnet ist.
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Ein Arbeitsspiel des Kolbens 2 bzw. ein Zug wird durch den Beginn
des Start-Signals ausgelöst. Mit dessen Beginn fängt der Computer an, die vom Takt-Teiler
24 kommenden Takt-Impulse zu zählen. Gleichzeitig gibt er den Ausgang des 14-Bit-Teilers
30 frei, so daß der Schrittmotor 7 über die Ansteuerschaltung 32 von diesem Zeitpunkt
an Schrittimpulse in Übereinstimmung mit der am Ausgang des 14-Bit-Teilers erzeugten
Impulsfolge erhält und dementsprechend den Kolben 2 in der Ansaugphase bewegt. Der
Computer 25 zählt die Taktimpulse vom Takt-Teiler 24 und beendet die Ausgabe des
14-Bit-Teilers 30, wenn eine bestimmte, einmal festgelegte Anzahl von Taktimpulsen,
z. B. 60, erreicht ist Dies bedeutet, daß der Zugvolumen-Teiler 23 unabhängig von
der jeweiligen Einstellung des Zugzeit-Teilers 22 für alle Züge stets die gleiche
Anzahl von Eingangsimpulsen, im Beispiel 1 966 080 Impulse, erhält.
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Von diesen wiederum erhält der 14-Bit-Teiler einen der Einstellung
des Zugvolumen-Teilers entsprechenden Anteil z. B. 786432 Impulse bei einer Einstellung
auf 40%. Die volle Impulsanzahl von im Beispiel 1 966 080 ist so bemessen, daß der
Schrittmotor den Kolben 2 über den mechanisch maximal möglichen Hub bewegt, was
das maximal mögliche Zugvolumen ergibt. Durch Einstellung des Zugvolumen-Teilers
kann der Hub und damit das Zugvolumen verringert werden. Die Einstellung des Zugzeit-Teilers
22 hat ausschließlich auf die Frequenz der Takt-Impulse und damit die Zugzeit Einfluß.
Das Zugvolumen bleibt unverändert. Umgekehrt hat die Einstellung des Zugvolumen-Teilers
keine Rückwirkung auf die Frequenz der Takt-Impulse und damit die Zugzeit.
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Die Anzahl der Impulse wird im 14-Bit-Teiler 30 nochmals herabgeteilt.
Ein bestimmtes, über die Zugprofilanwahl 35 ausgewähltes Zug-Profil wird dadurch
erzeugt, daß der Teiler-Divisor des 14-Bit-Teilers 30 bei jedem Taktimpulse neu
eingestellt wird, wobei die nacheinander zur Anwendung kommenden Teilerdivisoren,
wie bereits erwähnt, im Festwertspeicher 29 gespeichert sind. Im angegebenen Zahlenbeispiel
sind für jedes Zugprofil 60 Teilerdivisoren gespeichert. Die gespeicherten Teilerdivisoren
sind zahlenmäßig so festgelegt, daß der Mittelwert aller Teilerverhältnisse eines
Zugprofils für alle Zugprofile der gleiche ist, m. a. W. die am Ausgang des 14-Bit-Teilers
30 erhaltene Impulsfolge unabhängig vom jeweils gewählten Zugprofil immer die gleiche,
nur vom eingestellten Zugvolumen abhängige Gesamtpulszahl aufweist. Im Zahlenbeispiel
beträgt der Mittelwert der Teilerverhältnisse 100/23977, so daß die Gesamtpulszahl
bei maximalem Volumen 8200 beträgt. Die quasi-stetige Einstellung des Teilerverhältnisses
des 14-Bit-Teilers 30 ergibt eine entsprechende Frequenzmodulation der Impulsfolge
und damit eine dem gewünschten
Zugprofil entsprechende Bewegung
des Kolbens 2 in der Ansaugphase.
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Mit Beendigung des Startsignals wird die Ansteuerschaltung 32 auf
die entgegengesetzte Motor-Drehrichtung umgesteuert und der spannungsgesteuerte
Oszillator 34 eingeschaltet. Die daraufhin über das Oderglied 31 zur Ansteuerschaltung
32 gelangenden Impulse bewirken die Rückführung des Kolbens 2, bis er seine Endlage
wieder erreicht hat, in welcher der Endlagen-Sensor 5 den Oszillator 34 abschaltet.
Dann ist ein Arbeitsspiel beendet.
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Der softwaremäßige Ablauf eines Arbeitsspieles sei kurz anhand von
F i g. 3 erläutert. In der Phase 40 prüft der Computer 25, ob sich der Kolben 2
in seiner Endlage befindet. Ist dies nicht der Fall, wird die Prüfung wiederholt.
Ist es der Fall, wird der Arbeitsschritt 41 ausgeführt, bei welchem die Zugprofilanwahl
35 gelesen und ein Adreßzeiger gesetzt wird. In der anschließenden Phase 42 wird
geprüft, ob ein Start-Signal angelegt wurde. Ist dies nicht der Fall, wird die Prüfung
wiederholt.
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Ist es der Fall, wird im Arbeitsschritt 43 der durch den Adreßzeiger
bestimmte, also zunächst erste Divisor des gewählten Zugprofils aus dem Festwertspeicher
(ROM) 29 in den 14-Bit-Teiler 30 geladen und dieser gestartet.
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Anschließend wird in einem weiteren Schritt 44 der Adreßzeiger um
eine Position erhöht. Dann wird in der Phase 45 geprüft, ob bereits 60 Adressen
geladen sind.
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Ist dies nicht der Fall, wird in der Phase 46 geprüft, ob das Startsignal
beendet ist. Ist dies ebenfalls nicht der Fall, wird in der Phase 47 geprüft, ob
bereits ein weiterer Taktimpuls vorliegt. Ist dies nicht der Fall, wird die Prüfung
wiederholt. Ist es der Fall, werden die Arbeitsschritte und Phasen 43-47 in einer
weiteren Schleife durchlaufen. Ergibt die Prüfung in der Phase 45, daß sämtliche
60 Adressen geladen sind, oder in der Phase 46, daß das Startsignal beendet ist,
wird im Arbeitsschritt 48 die Impulsausgabe des 14-Bit-Teilers 30 gestoppt und anschließend
in den Ausgangszustand an dem Beginn der Phase 40 zurückgekehrt.
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