DE3789853T2

DE3789853T2 - Vorrichtung zur Kontrolle des Tabakfüllguts in einer Zigarettenherstellungsmaschine.

Info

Publication number: DE3789853T2
Application number: DE3789853T
Authority: DE
Inventors: Yutaka Okumoto
Original assignee: Japan Tobacco Inc
Current assignee: Japan Tobacco Inc
Priority date: 1986-10-31
Filing date: 1987-10-30
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2007-10-31
Also published as: US4836221A; JPH0211230B2; JPS63112973A; DE3789853D1; EP0268124B1; EP0268124A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern von Tabakfüllgut auf einer Zigarettenherstellungsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Herabsetzung der Gesamtbetriebskosten ist für Zigarettenhersteller von größter Bedeutung, und zum Zweck der Rentabilitätssteigerung wurden daher ausgedehnte Untersuchungen durchgeführt mit dem Ziel, die Betriebskosten weitestgehend zu senken
Eine Möglichkeit der Senkung der Betriebskosten besteht in der Steigerung der Produktivität der Zigarettenherstellungsmaschinen. Unter diesem Gesichtspunkt hat die technische Entwicklung nahezu den Punkt erreicht, an dem eine einzige Zigarettenherstellungsmaschine nunmehr bis zu 8000 Zigaretten pro Minute herstellen kann.
Eine andere Möglichkeit, die Betriebskosten zu senken, ist die Verringerung des Gewichts der Tabakfüllung der einzelnen Zigaretten. Wenn man die neuesten Preissteigerungen bei Blatt-Tabak in Betracht zieht, kann dieses Vorgehen bei geringfügiger Verminderung des Tabakgehalts jeder Zigarette zu erheblichen Gewinnen führen. Eine zu starke Verminderung des Tabakgehalts erschwert jedoch die Beibehaltung der erforderlichen Qualität, und daher besteht das Vorgehen, das von Zigarettenherstellern weitgehend akzeptiert worden ist, in der Verringerung von Abweichungen des Gewichts des Tabakgehalts einzelner Zigaretten, wodurch das Gesamtgewicht des bei der Zigarettenherstellung eingesetzten Tabakfüllguts herabgesetzt wird.
Insbesondere werden bei der Herstellung von Zigaretten, wie sie heute erfolgt, das Gewicht des Tabakgehalts der Zigaretten und eine Standardabweichung, die Unregelmäßigkeiten im gemessenen Gewicht entspricht, gemessen. Die Standardabweichung wird dem kleinsten zulässigen Gewicht hinzuaddiert, das den Pegel der akzeptablen Güte bezeichnet, und die Summe wird als Ziel- bzw. Sollwert definiert. Die Zigaretten werden dann auf der Basis dieses Zielwerts hergestellt. Durch Herabsetzung von Unregelmäßigkeiten im Tabakgehalt der einzelnen Zigaretten wird daher der Zielwert bei der Herstellung, d. h. das Gesamtgewicht des Tabakguts, das bei der Zigarettenherstellung eingesetzt wird, zwangsläufig verringert.
Um Unregelmäßigkeiten im Tabakgehalt zu verringern, ist es wichtig, die Zigarettenherstellungsmaschinen in einem guten Betriebszustand zu halten, um Bewegungen von verschlissenen mechanischen Teilen auszuschließen. Die wirksamste Maßnahme in dieser Hinsicht ist jedoch das zusätzliche Vorsehen einer Tabakfüllgut-Steuereinrichtung hoher Güte an der Zigarettenherstellungsmaschine. Daher wurden in diesem Zusammenhang schon verschiedene herkömmliche Vorrichtungen vorgeschlagen.
Beispielsweise zeigt die JP-Patentveröffentlichung Nr. 40-14560 (US-A-3 288 147) ein Verfahren zum Steuern von Tabakfüllgut auf der Basis der Luftdurchlässigkeit unter Nutzung der Korrelation zwischen dem Gewicht des Tabakguts und der Luftdurchlässigkeit. Da aber dieses Verfahren durch Änderungen des Saugdrucks, der Teilchengröße und der Zusammensetzung des Tabaks nachteilig beeinflußt wird, wodurch die vorher ermittelte Korrelation zwischen dem Gewicht und der Luftdurchlässigkeit des Tabakguts gestört werden kann, werden durch dieses Verfahren die Unregelmäßigkeiten im Tabakgehalt nicht wesentlich herabgesetzt.
US-A-2 937 280 und US-A-2 861 683 zeigen Verfahren zum Steuern von Tabakfüllgut auf der Grundlage der elektrostatischen Kapazität unter Nutzung der Korrelation zwischen dem Tabakfüllgut und seiner elektrostatischen Kapazität. Diese Verfahren unterliegen jedoch dem Einfluß des Feuchtegehalts des Tabaks und der Temperatur, wodurch die Korrelation zwischen dem Tabakgut und seiner elektrostatischen Kapazität verfälscht wird. Diese Druckschriften tragen daher nicht wesentlich zur Verringerung von Unregelmäßigkeiten im Tabakgehalt bei und sind in der Praxis kaum anwendbar.
Ein weiteres Verfahren zur Herabsetzung des Gewichts des Tabakfüllguts nutzt die Korrelation zwischen dem Transmissionsgrad von Strahlen, insbesondere der von Strontium 90 emittierten β-Strahlen, und der Dichte des Tabaks und steuert den Tabakgehalt auf der Grundlage des Transmissionsgrads dieser Strahlen. Dieses Verfahren unterliegt jedoch Problemen wie der Sicherheit bei der Handhabung der Strahlen und Drifterscheinungen und ungenügendem Ansprechen eines Verstärkers in einer nachgeschalteten Stufe aufgrund der Geringfügigkeit des Ausgangsstroms einer Ionisierungskammer, die als Strahlendetektor dient. Da jedoch eine zuverlässige Korrelation zwischen dem Transmissionsgrad von Strahlen und dem Tabakgehalt besteht, wird dieses Verfahren bei den meisten heutigen Zigarettenherstellungsmaschinen angewandt.
Es gibt viele Gründe für Unregelmäßigkeiten im Tabakgehalt von Zigaretten, beispielsweise die Exzentrizität einer Tabakschnittfördertrommel, Verrutschen von Tabakschnitt während des Ansaugens in ein perforiertes Zigarettentransportband, Störungen einer Trimmeinrichtung, ungleichmäßiger Verschleiß einer Wand zum Stapeln von Tabakschnitt sowie Schlupf während der Herstellung von Zigaretten. Aus diesem Grund sind nach der Frequenzanalyse von Änderungen in Signalen, die Dichten von stangenförmigen Zigaretten entsprechen, verschiedene Frequenzen von einer niedrigen Frequenz von 0,001 Hz (langer Änderungszyklus) bis zu einer hohen Frequenz von 10 Hz oder 100 Hz (kurzer Änderungszyklus) ständig enthalten, und daraus resultiert ein Zustand des sogenannten "weißen Rauschens".
Um Unregelmäßigkeiten im Tabakgehalt von Zigaretten zu verringern, kann eine schnell ansprechende Steuervorrichtung verwendet werden, um Änderungen in Dichtesignalen, die unter der Ansprechgeschwindigkeit liegende Geschwindigkeiten repräsentieren, zu beseitigen.
In den fünfziger Jahren wurde für den vorstehenden Zweck eine Tabakfüllgut-Steuervorrichtung vorgeschlagen, die einen radiometrischen Dichtedetektor verwendet. Ausgedehnte Untersuchungen sind seither durchgeführt worden, um die Ansprechgeschwindigkeit der Vorrichtung zu verbessern.
Eine Vorrichtung zum Steuern des Tabakfüllguts von Zigaretten durch Nutzung von Strahlen ist in US-A-2 954 775 beschrieben. Diese Vorrichtung wendet ein Verfahren an zum Steuern der Fördergeschwindigkeit einer Tabakschnittfördereinrichtung auf der Basis eines Signals von dem radiometrischen Dichtedetektor. Nach diesem Verfahren muß jedoch die Geschwindigkeit der Fördereinrichtung, die eine große Trägheit hat, gesteuert werden. Infolgedessen kann die Ansprechrate nicht auf einen bestimmten oder höheren Wert erhöht werden. Infolgedessen sind die einzigen bei Anwendung dieser Vorrichtung beseitigten Gewichtsabweichungen solche, die einer niedrigen Frequenz von ca. 0,01 Hz oder weniger entsprechen.
Um die Ansprechgeschwindigkeit zu erhöhen, schlägt die JP- Patentveröffentlichung Nr. 38-15949 (US-A-3 089 497) ein Verfahren vor zum Steuern einer überführten Tabakschicht auf der Basis eines Signals von einer radiometrischen Dichtemeßeinrichtung. Bei diesem Verfahren wird ein Antriebsmotor in Vorwärts/Rückwärtsrichtung gedreht, um die Trimmeinrichtung zu bewegen, um dadurch die Tabakmenge zu steuern. Eine relativ geringe Trägheit wird erzeugt, wenn die Trimmeinrichtung bewegt wird. Außerdem ist das Zeitintervall (d. h. die Verzögerungsdauer) zwischen der Messung einer Gewichtsänderung durch den Strahlendetektor und dem Antreiben der Trimmeinrichtung relativ kurz. Daher wird in diesem Fall eine Ansprechgeschwindigkeit erzielt, die höher als die ist, die bei Anwendung anderer Verfahren erzielbar ist, wobei Änderungen der Frequenzen von 0,1 Hz oder weniger nahezu vollständig eliminiert sind. Infolgedessen wird dieses Verfahren bei den meisten modernen Zigarettenherstellungsmaschinen angewandt.
Die JP-Patentveröffentlichung Nr. 51-95198 (US-A-4 036 238) schlägt ein Verfahren mit Anwendung eines elektrohydraulischen Servomechanismus anstelle des Motors zum Treiben der Trimmeinrichtung, der bei dem oben beschriebenen Verfahren verwendet wird, vor, um die Trimmeinrichtung auf- und abzubewegen. Bei dem verbesserten Verfahren kann eine Gewichtsänderung, die einer niedrigen Frequenz von ca. 0,5 Hz oder weniger entspricht, eliminiert werden.
EP-A-160 799 schlägt ein Verfahren vor zum Minimieren der Verzögerungsdauer durch Anordnen einer weiteren radiometrischen Dichtemeßeinrichtung unmittelbar hinter der Trimmeinrichtung. Dieses Verfahren erlaubt die Beseitigung von Änderungen im Frequenzbereich von 1 Hz oder weniger.
Die Entwicklung dieser Hochgeschwindigkeitseinrichtungen hat jedoch, anstatt den Bedarf zu befriedigen, nur zu einer weiteren, verstärkten Nachfrage nach der Entwicklung einer Tabakfüllgut-Steuervorrichtung mit noch höherer Geschwindigkeit und höherer Leistung geführt.
GB-A-945 839 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer fortlaufenden Tabakstange entsprechend den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1. Das heißt, daß die bekannte Vorrichtung folgendes aufweist: eine erste Dichtemeßeinrichtung, um eine Dichte des zerkleinerten Tabaks kontinuierlich zu messen, bevor der Tabak in eine Trimmeinrichtung eintritt, um ein erstes Meßsignal zu erzeugen, und eine zweite Dichtemeßeinrichtung, um die Dichte der stangenartigen Zigaretten zu messen und ein zweites Meßsignal zu erzeugen. Der Meßwert von der ersten Dichtemeßeinrichtung wird ständig mit dem Meßwert von der zweiten Dichtemeßeinrichtung verglichen, jedoch ohne eine Referenzdichte. Insoweit sind das Verfahren und die Vorrichtung von GB-A-945 839 dem vorgenannten Stand der Technik mit sämtlichen angegebenen Nachteilen ähnlich.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Hochleistungsvorrichtung zum Steuern von Tabakfüllgut für eine Zigarettenherstellungsmaschine anzugeben, wobei Änderungen der Frequenzen von 10 Hz oder weniger nahezu vollständig eliminiert sind.
Die vorstehende Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Dabei repräsentiert das erste Meßsignal eine Differenz zwischen einer gemessenen Tabakdichte und einer Referenzdichte. Diese Art von Steuerung resultiert in einer höheren Steuerungsgüte bzw. einer verbesserten Leistung. Außerdem wird mit der beanspruchten Kombination des Merkmals der Rückführungsregelung der zweiten radiometrischen Dichtemeßeinrichtung mit dem Merkmal der Vorwärtsregelung der ersten radiometrischen Dichtemeßeinrichtung eine Steuervorrichtung angegeben, die mit hoher Geschwindigkeit auf ein Meßsignal ansprechen kann.
Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus der nachstehenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen; die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 eine Vorderansicht einer Zigarettenherstellungsmaschine, die eine Tabakfüllgut-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist;
Fig. 2 einen Schnitt durch eine erste radiometrische Dichtemeßeinrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist;
Fig. 3 einen Schnitt durch eine zweite radiometrische Dichtemeßeinrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist;
Fig. 4 ein Schaltbild der Tabakfüllgut-Steuervorrichtung der Erfindung; und
Fig. 5 eine Perspektivansicht eines hydraulischen Servoventils, das als eine Komponente der Tabakfüllgut- Steuervorrichtung dient.
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Fig. 1 ist eine Zigarettenherstellungsmaschine, die Tabakfüllgut-Steuervorrichtungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist. Bei der in Fig. 1 gezeigten Zigarettenherstellungsmaschine wird Tabakschnitt durch einen Kamin 100 nach oben gesaugt und haftet durch Saugwirkung an der Unterseite einer perforierten Zigarettenfördereinrichtung 103, die unter einer Saugkammer 102 positioniert ist. Die haftende Tabakschicht wird in der Zeichnung nach links zu einer Trimmeinrichtung 104 überführt. Die Dichte der Tabakschicht wird von einer ersten radiometrischen Dichtemeßeinrichtung 106 gemessen, die auf stromseitig von der Trimmeinrichtung 104 liegt. Die Dicke der Tabakschnittschicht wird von der Trimmeinrichtung 104 auf die richtige Dicke eingestellt. Die Tabakschnittschicht mit der richtigen Dicke wird auf von einer Papierrolle 108 zugeführtes Zigarettenpapier überführt und in dieses gerollt und auf einem Gewebeband 110 gestapelt. Das Zigarettenpapier wird von einer Leimantrageinrichtung 112 geleimt, und die geleimten Bereiche werden von einer Heizeinrichtung 114 getrocknet, um eine stangenartige Zigarette zu bilden. Die so geformte stangenartige Zigarette wird nach links überführt und durch eine zweite radiometrische Dichtemeßeinrichtung 116 geleitet, um ihre Dichte zu prüfen, und wird von einer Schneideinrichtung 118 zu Zigaretten von jeweils Einheitslänge zerschnitten. Die Zigaretten aus der Schneideinrichtung 118 werden von einem Förderer (nicht gezeigt) auf ein Gestell überführt.
Fig. 2 zeigt den Aufbau der ersten radiometrischen Dichtemeßeinrichtung 106. Die Meßeinrichtung 106 weist in der Hauptsache eine Strahlungsquelle 106a, die Strahlen emittiert, und eine Ionisierungskammer 106b auf, die die Strahlen von der Strahlungsquelle 106a empfängt. Die Strahlungsquelle 106a und die Ionisierungskammer 106b sind voneinander um eine vorbestimmte Strecke beabstandet. Zwischen der Ionisierungskammer 106b und der Strahlungsquelle 106a befinden sich Aperturfenster 106c und 106d und dienen als Strahlungsweg. Die Aperturfenster 106c und 106d liegen einander gegenüber und sind voneinander um eine vorbestimmte Strecke beabstandet. Metallfolien 106e und 106f, die bevorzugt Titaniumfolien sind, sind an den Aperturfenstern 106c bzw. 106d angebracht. Ein Kanal zum Durchleiten von getrimmtem Tabak T auf der perforierten Fördereinrichtung 103 ist zwischen den dünnen Metallfolien 106e und 106f vorgesehen. Ein Verschluß 106g ist zwischen der Strahlungsquelle 106a und dem Aperturfenster 106c vorgesehen, um einen Austritt von Strahlung zu verhindern.
Nachstehend wird der Betrieb der ersten radiometrischen Dichtemeßeinrichtung 106 beschrieben.
Wenn der Verschluß 106g geöffnent ist, werden die von der Strahlungsquelle 106a ausgehenden Strahlen durch die dünne Metallfolie 106e des Aperturfensters 106c durchgelassen und treffen auf getrimmten Tabak T. Die Strahlen werden durch den getrimmten Tabak T entsprechend der Dichte des Tabaks T durchgelassen und treffen auf die Ionisierungskammer 106b durch die Metallfolie 106f des Aperturfensters 106d. Der Außenumfang der Ionisierungskammer 106b wird auf einem hohen Potential von einer Hochspannungsquelle 106h gehalten, so daß ein Ionisierungsstrom entsprechend der gemessenen Dichte des getrimmten Tabaks T erzeugt wird, und dieser Strom wird einem Verstärker 106i zugeführt.
Eine Trimmeinrichtung (nicht gezeigt) wird von diesem Signalstrom gesteuert und angetrieben. Ein Meßausgangssignal der ersten radiometrischen Dichtemeßeinrichtung 106 repräsentiert ein Dichtesignal entsprechend der Dichte der Tabakschicht vor dem Formen von Zigaretten.
Fig. 3 zeigt den Aufbau einer zweiten radiometrischen Dichtemeßeinrichtung 116.
Die Meßeinrichtung 116 gleicht derjenigen, die auf bekannten Zigarettenherstellungsmaschinen, wie sie oben beschrieben wurden, verwendet wird, und weist hauptsächlich eine Strahlungsquelle 116a und eine Ionisierungskammer 116b auf, die einander gegenüberstehen und voneinander um eine vorbestimmte Strecke beabstandet sind. Eine stangenartige Zigarette S befindet sich zwischen der Strahlungsquelle 116a und der Ionisierungskammer 116b. Ein Verschluß 116c zur Abschirmung von Strahlen ist zwischen der Strahlungsquelle 116a und der stangenartigen Zigarette S vorgesehen. Zusätzlich zu der Strahlungsquelle 116a und der Ionisierungskammer 116b, die zur Messung der Dichte der stangenartigen Zigarette S verwendet werden, weist die Meßeinrichtung 116 ferner ein Referenzobjekt 116e, eine Strahlungsquelle 116d und eine Ionisierungskammer 116f auf, die zur Bildung eines Zielwerts der Zigarettendichte verwendet werden. Die Strahlungsquelle 116d und die Ionisierungskammer 116f stehen einander durch das Referenzobjekt 116e gegenüber. Die Ionisierungskammer 116f zur Messung der Dichte des Referenzobjekts 116e ist über Zuleitungen mit der Ionisierungskammer 116b zur Messung der Zigarettendichte elektrisch verbunden.
Der Betrieb der zweiten radiometrischen Dichtemeßeinrichtung wird nachstehend beschrieben.
Strahlen, die von der Meßeinrichtung 116 emittiert werden, treffen auf die stangenartige Zigarette S und werden durch sie nach Maßgabe der Zigarettendichte durchgelassen. Die durchgelassenen Strahlen treffen auf die Ionisierungskammer 116b. Eine negative Spannung wird von einer Hochspannungsquelle an den Außenumfang der Ionisierungskammer 116b angelegt. Wenn die Strahlen auf die Ionisierungskammer 116b treffen, wird ein Ionisierungsstrom nach Maßgabe der Intensität der auftreffenden Strahlen erzeugt.
Die Strahlen von der Referenz-Strahlungsquelle 116d werden durch das Referenzobjekt 116e durchgelassen und treffen auf die Ionisierungskammer 116f. Eine positive Spannung wird von der Hochspannungsquelle an den Außenumfang der Ionisierungskammer 116f angelegt. Bei Empfang eines Strahls erzeugt die Ionisierungskammer 116f einen Ionisierungsstrom, der dem Zielwert entspricht. Der beim Anlegen der negativen Spannung an die Ionisierungskammer 116b erzeugte Ionisierungsstrom und der beim Anlegen der positiven Spannung an die Ionisierungskammer 116f erzeugte Ionisierungsstrom werden durch die Zuleitungen, die mit den hinteren Bereichen der Ionisierungskammern 116b und 116f verbunden sind, elektrisch gekoppelt. Ein zusammengesetzter Strom wird dann dem Verstärker 116g zugeführt, der sich im oberen Bereich der Meßeinrichtung befindet. Wenn die stangenartige Zigarette S die Referenzdichte hat, ist ein Ausgangssignal des Verstärkers 116g mit Null vorgegeben. Wenn jedoch die Dichte der stangenartigen Zigarette S höher als die Referenzdichte ist, hat das Ausgangssignal des Verstärkers 116g einen negativen Pegel; und wenn die Dichte der stangenartigen Zigarette S unter der Referenzdichte liegt, hat das Ausgangssignal des Verstärkers 116g einen positiven Pegel. Daher entspricht das Ausgangssignal des Verstärkers 116g einer Dichteabweichung der stangenartigen Zigarette S von der Referenzdichte.
Fig. 4 zeigt eine Steuerschaltung der Tabakfüllgut-Steuervorrichtung dieser Ausführungsform. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in den Fig. 1-3 die gleichen Teile in Fig. 4.
Wie oben beschrieben, wird Tabakschnitt T durch den Kamin 100 nach oben angesaugt und haftet in Schichtform an der Unterseite des perforierten Zigarettenförderers 103, der sich unterhalb der Saugkammer 102 befindet. Der Tabak T wird in der sich verengenden Richtung überführt, und die Dichte der Tabakschicht wird von der ersten radiometrischen Dichtemeßeinrichtung 106 gemessen. Die von der Strahlungsquelle l06s der ersten radiometrischen Dichtemeßeinrichtung 106 emittierten Strahlen werden durch den Tabak T durchgelassen und treffen auf die Ionisierungskammer 106b. Da an die Ionisierungskammer 106b eine Hochspannung angelegt ist, wird dadurch ein kleiner Ionisierungsstrom erzeugt. Das kleine Stromsignal wird von dem Verstärker 106i verstärkt, und das verstärkte Signal wird zu dem Referenzsignal vom Referenzsignaldetektor 200 hinzuaddiert. Das Summensignal wird einem Verstärker 202 zugeführt. Ein Ausgangssignal als verstärktes Signal vom Verstärker 202 ist ein Spannungssignal, dessen Polarität und Wert der Abweichung der Dichte der Tabakschicht von der Referenzdichte entsprechen.
Der Tabakschnitt, dessen Dichte von der ersten radiometrischen Dichtemeßeinrichtung 106 gemessen wird, wird nach links überführt, und überschüssiger Tabak wird von der Trimmscheibe 104a abgestreift. Danach wird der Tabak in Zigarettenpapier gerollt, und Leim wird auf das Papier aufgebracht, um die stangenartige Zigarette zu formen. Die Dichte der stangenartigen Zigarette wird von der zweiten radiometrischen Dichtemeßeinrichtung 116 gemessen. Wie oben beschrieben, werden bei der zweiten radiometrischen Dichtemeßeinrichtung 116 Strahlen, die von der Strahlungsquelle 116a emittiert werden, durch die stangenartige Zigarette S durchgelassen und treffen auf die Ionisierungskammer 116b. Von der Strahlungsquelle 116d emittierte Strahlen werden durch das Referenzobjekt 116e durchgelassen und treffen auf die Ionisierungskammer 106f. Die Spannungen mit entgegengesetzten Polaritäten werden an den Außenumfang der Ionisierungskammern 106b und 106f angelegt, und die rückwärtigen Bereiche dieser Ionisierungskammern sind miteinander elektrisch verbunden. Ein verstärktes Ausgangssignal des Verstärkers 116g dient als Spannungssignal mit einer Polarität und einem Wert, die beide eine Abweichung der gemessenen Dichte der stangenartigen Zigarette S von der Dichte des Referenzobjekts darstellen. Ein Ausgangssignal des Verstärkers 116g wird von einem Verstärker 204 verstärkt und in einem Integrierer 222 integriert. Das integrierte Ausgangssignal des Integrierers 222 bezeichnet eine Summe von Signalen, die einer Abweichung der gemessenen Dichte der stangenartigen Zigarette von der Referenzdichte, d. h. der mittleren Abweichung der Tabakdichte, entsprechen. Der Operationsanschluß in der letztgenannten Stufe wird so angesteuert, daß die Summe Null wird, wodurch die Dichte der Zigarette immer konstantgehalten wird. Das Ausgangssignal des Integrierers 222 wird von einem Verstärker 224 verstärkt und als zweites Meßsignal einem Addierer 226 zugeführt.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 202 wird einem Hochpaßkilter zugeführt, das aus einem Kondensator 251, einem Widerstand 252 und einem Spannungsfolger 253 besteht. Das Filter ist vorgesehen, um eine Hochfrequenzkomponente des Ausgangssignals durchzulassen und den Durchtritt einer Niederfrequenzkomponente des Ausgangssignals, die ebenfalls in dem Ausgangssignal des Verstärkers 204 enthalten ist, zu verhindern. Somit wird die momentane Änderung des Ausgangssignals von dem Hochpaßfilter abgegeben. Die Zeitkonstante dieses Filters ist bevorzugt ungefähr eine Minute. Ein Schalter 205 ist vorgesehen, um die Filterfunktion während der Kalibrierung zu inhibieren.
Das Abweichungsmeßsignal, das von der Gleichstromkomponente befreit ist, wird von Verstärkern 254 und 255 verstärkt, und das verstärkte Signal wird dem Addierer 226 als ein erstes Meßsignal auf die gleiche Weise wie im Fall des zweiten Meßsignals zugeführt.
Ein Summenausgangssignal vom Addierer 226 wird von einem Verstärker 228 verstärkt, und das verstärkte Signal wird von einem Verstärker 230 weiter verstärkt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 230 wird einem elektrohydraulischen Servoventil 232 zugeführt. Das elektrohydraulische Servoventil 232 liefert selektiv Drucköl von der Zahnradpumpe 234 zu der oberen und der unteren Kammer eines Zylinders 236 nach Maßgabe der angelegten Spannung, wodurch ein Kolben 238 im Zylinder 236 nach oben oder unten verlagert wird. Die Auf- oder Abbewegung des Kolbens 238 wird auf die Trimmscheibe 104a der Trimmeinrichtung 104 durch ein Glied 240, eine Welle 242, ein Glied 244 und eine Pleuelstange 246 übertragen, um die Trimmscheibe 104a nach oben oder unten zu bewegen. Die Position der Trimmscheibe 104a wird von einem Differentialübertrager 248 detektiert, der eine Primärwicklung hat, an die ein Referenz-Wechselspannungssignal von einigen kHz vom Oszillator 250 angelegt wird, und dessen zentraler Kern über die Welle 242 und das Glied 240 mit dem Kolben 238 verbunden ist. Daher erscheint aufgrund der Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens 238 ein entsprechendes Signal in der Sekundärwicklung des Differentialübertragers 248 durch eine Gegeninduktionskopplung, und dieses Signal wird von einem Verstärker 257 verstärkt. Halbwellenanteile des Ausgangssignals des Verstärkers 257 werden von einem Schalter 259, der vom Ausgangssignal des Verstärkers 250 betätigt wird, zu Masse abgeleitet, und die restlichen Halbwellenanteile werden von einem Tiefpaßfilter 256 linearisiert. Ein Ausgangssignal des Verstärkers 258 wird dem Addierer 226 als ein drittes Eingangssignal zugeführt.
Wenn bei der vorstehenden Anordnung die Summe des ersten und des zweiten Eingangssignals des Addierers 226 positiv ist, wenn also das Tabakfüllgut mangelhaft ist, erscheint am Ausgang des Addierers 226 eine Spannung. Infolgedessen wird das Ausgangssignal des Verstärkers 230 in positiver Richtung erhöht, so daß das elektrohydraulische Servoventil 232 den Ölstrom langsam ändert, um den Kolben 238 hochzuschieben, wodurch die Trimmscheibe 104a durch das Glied 240, die Welle 242, das Glied 244 und die Pleuelstange 246 gesenkt wird, um die Tabakfüllmenge zu erhöhen. Die Trimmscheibe 104a wird gesenkt, bis das dritte Signal gleich der Summe des Signals (d. h. des ersten Signals) von der ersten radiometrischen Dichtemeßeinrichtung und des Signals (d. h. des zweiten Signals) von der zweiten radiometrischen Dichtemeßeinrichtung wird. Wenn die Tabakfüllmenge zu groß ist, sind die Polaritäten bei dem obigen Vorgang invertiert.
Das zweite Signal, das von der obigen Anordnung erzeugt wird, d. h. das von der zweiten radiometrischen Dichtemeßeinrichtung 116 erzeugt wird, wird durch Integration eines Signals, das der Dichteabweichung entspricht, durch den Integrierer 222 erhalten. Das erste Signal, d. h. das von der ersten radiometrischen Dichtemeßeinrichtung 106 erzeugte Signal, ist ein der Dichteabweichung entsprechendes Signal. Wenn also eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Signal vorhanden ist, kann das erste Signal während eines kurzen Zeitraums vorherrschen, aber das zweite Signal wird durch Integration auf einen Wert, der das erste Signal überwindet, allmählich erhöht. Daher kann die Tabakfüllmenge nach Maßgabe des ersten Signals in bezug auf Änderungen in einem kurzen Zeitraum und nach Maßgabe des zweiten Signals in bezug auf Änderungen in einem langen Zeitraum bestimmt und gesteuert werden.
Bei dieser Ausführungsform ist die erste radiometrische Dichtemeßeinrichtung 106 aus folgendem Grund an der Aufstromseite der Trimmeinrichtung 104 angeordnet. Bei der in der Praxis verwendeten Steuervorrichtung tritt eine Verzögerung (Verzögerungsdauer) ab der Messung durch die erste radiometrische Dichtemeßeinrichtung bis zum Treiben der Trimmeinrichtung auf der Grundlage des Meßsignals auf. Es ist daher wegen der Verzögerungsdauer schwierig, die Tabakfüllmenge der Zigaretten exakt zu steuern. Insbesondere wegen der Beseitigung von Änderungen in höheren Frequenzen kann die Verzögerungsdauer nicht vernachlässigt werden. In der Zigarettenherstellungsmaschine befindet sich die erste radiometrische Dichtemeßeinrichtung in der Aufstromseite der Trimmeinrichtung, so daß das erste Meßsignal mitgekoppelt und die Tabakfüllmenge der Zigaretten gesteuert werden kann.
Fig. 5 zeigt eine Antriebseinheit zum Treiben der Trimmscheibe 104a, um die Dicke der Tabakschicht zu steuern. Gemäß Fig. 5 ist der Kolben 238 im Zylinder 236, der an einem Außengehäuse 306 angebracht ist, in Vertikalrichtung gleitbewegbar. Der Kolben 238 wird nach unten geschoben, wenn Drucköl in die Zylinderkammer 236a durch eine Leitung 300 eingeleitet wird. Ebenso wird, wenn Drucköl in die Zylinderkammer 236b eingeleitet wird, um den Kolben 238 nach oben zu schieben, das Öl in der entgegengesetzten Zylinderkammer 236a durch Leitung 302 und Rücklaufleitung 304 in den Behälter abgelassen. Wenn jedoch die Zylinderkammer 236b durch die Leitung 302 mit Druck beaufschlagt wird, wird der Kolben 238 nach oben bewegt, so daß das Öl in der Zylinderkammer 236a durch Leitung 300 und Rücklaufleitung 304 zum Behälter abgeleitet wird. Ein Filter 308 ist an der Auslaßöffnung der Rücklaufleitung 304 angeordnet.
Das Hydrauliksystem wird auf einem vorbestimmten Öldruck gehalten. Wenn ein den vorgegebenen Öldruck überschreitender Öldruck von der Zahnradpumpe zugeführt wird, wirkt der Öldruck auf die Entlastungsleitung 314 durch Leitung 312, die in der Mitte entlang einer Leitung 310 abzweigt, die von der Zahnradpumpe 234 zu dem elektrohydraulischen Servoventil 232 führt, und wird dann durch die Rücklaufleitung 316 und den Filter 308 abgelassen. Der Druck im Hydrauliksystem wird über eine Druckstellschraube 318 eingestellt.
Die Auf- und Abbewegung des Kolbens 238 wird von der Pleuelstange 320 aufgenommen, die mit dem Kolben 238 drehbar verbunden ist. Das andere Ende der Pleuelstange 320 ist mit dem Glied 240 schwenkbar verbunden, so daß eine Auf- und Abbewegung des Kolbens 238 das Glied 240 veranlaßt, gemeinsam mit der Welle 242 in Vertikalrichtung zu schwingen. Die Welle 242 ist von dem Außengehäuse 306 axial abgestützt. Die Schwingbewegung wird auf die Welle 242 durch das Glied 244 übertragen, das am Ende der Welle 242 befestigt ist, um die Verbindungswelle 236, die am anderen Ende des Arms schwenkbar abgestützt ist, in Vertikalrichtung zu bewegen. Die Trimmscheibe 104a wird von der Auf- und Abbewegung der Pleuelstange 246 in Vertikalrichtung bewegt.
Das Glied 330 ist am anderen Ende der Welle 242 axial abgestützt und beim Drehen der Welle 242 in Schwingbewegung versetzbar. Das Glied 332, das durch die nach oben und unten gehende Schwingbewegung des Glieds 330 in Vertikalrichtung bewegt wird, ist an dem Glied 330 angebracht. Der zentrale Kern des Differentialübertragers 248 ist an dem Glied 332 befestigt, so daß der Kern auf die gleiche Weise wie das Glied 332 in Vertikalrichtung bewegbar ist.
Beispielsweise ist der Differentialübertrager 248 ausgebildet, um eine positive Spannung zu erzeugen, wenn der Kern nach oben bewegt wird, und eine negative Spannung zu erzeugen, wenn der Kern nach unten bewegt wird, und zwar proportional zu der Bewegungsstrecke. Anders ausgedrückt erzeugt der Differentialübertrager 248 eine positive Spannung, wenn die Pleuelstange 246 nach oben bewegt wird, und eine negative Spannung, wenn die Pleuelstange 246 nach unten bewegt wird.
Ein Motor 336 ist mit der Zahnradpumpe 234 durch ein Universalgelenk 338 verbunden.
Wie oben beschrieben, kann die zweite radiometrische Dichtemeßeinrichtung gemäß der Erfindung - anders als die Dichtemeßeinrichtung, die andere Luftdurchlässigkeits-Eigenschaften oder eine Änderung der elektrostatischen Kapazität nutzt - ein exaktes Meßsignal erzeugen und eine sehr stabile Messung durchführen. Eine Abweichung des Meßwerts von dem Zielwert wird integriert, und der Integrationswert wird rückgeführt, um die mittlere Dichte der hergestellten Zigaretten exakt zu steuern.
Die Verzögerung (Verzögerungsdauer) tritt auf, bis die Trimmeinrichtung aufgrund des Meßsignals startet, nachdem das Signal von der radiometrischen Dichtemeßeinrichtung erzeugt wurde. Diese Verzögerungsdauer verschlechtert das Steuerverhalten, weil die Steuervorrichtung auf unerwünschte Weise schwingt, wenn die Ansprechdauer auf 1/5 oder weniger der Stillstandszeit verkürzt wird, wenn der Referenzwert für das Ansprechen der Steuervorrichtung insgesamt erhöht wird.
Eine Einrichtung, die in US-Serial-Nr. 705 877 (JP-Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 60-234574 und EP-Patentveröffentlichung Nr. 160 799) angegeben ist, dient der Verbesserung des Ansprechverhaltens, um dadurch die Verzögerungsdauer zu minimieren.
Die Vorwärtssteuerung bei der Erfindung ist eine Regelung. Die Abweichung vom Zielwert kann nicht integriert werden. Die Ansprechdauer der Steuervorrichtung kann dagegen auf eine Dauer verkürzt werden, die zum Fördern des Tabakschnitts zwischen die radiometrische Dichtemeßeinrichtung als Meßanschluß und die Trimmeinrichtung als Operationsanschluß benötigt wird.
Eine Ausbildung einer Vorwärtsregelung ist in der JP-Patentveröffentlichung Nr. 40-14560 beschrieben, wobei Druckänderungen in der Luftkammer durch einen Balg in Positionsänderungen umgewandelt werden und die Änderungen durch eine Hydraulikeinheit positiv rückgekoppelt werden. Die Präzision des Signals ist jedoch schlecht, und eine zufriedenstellende Wirkung kann nicht erreicht werden.
Gemäß der Erfindung werden die Vorteile der Rückkopplungsregelung der radiometrischen Dichtemeßeinrichtung, nämlich der Betrieb des elektrohydraulischen Servomechanismus als ein Operationsanschluß mit kurzer Ansprechdauer, und der Mitkopplungsregelung kombiniert zum Erhalt einer idealen Steuervorrichtung, die aufgrund des Meßsignals mit hoher Geschwindigkeit arbeitet.
Infolgedessen kann die Ansprechgeschwindigkeit der Steuervorrichtung gegenüber derjenigen der herkömmlichen Steuervorrichtung um etwa das Zehnfache verbessert werden. Die Unregelmäßigkeiten im Tabakgehalt von Zigaretten sind zwar normalerweise mit ca. 2,5% gegeben, die Erfindung kann die Unregelmäßigkeiten auf weniger als 2,0% verringern.
Anders ausgedrückt wird das Gewicht der Zigarette normalerweise wie folgt berechnet:
Gewicht = (Fehlergrenze) - 3,0 x Änderung.
Daher kann die Tabakfüllgutmenge um ca. 1,5% verringert werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann eine sehr schnelle Steuervorrichtung gemäß der Erfindung ausgelegt werden, und die Unregelmäßigkeiten im Tabakgehalt von Zigaretten können außerdem minimiert werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Steuern von Tabakfüllgut auf einer Zigarettenherstellungsmaschine, wobei die Vorrichtung aufweist:

eine Fördereinrichtung (103), um Tabakschnitt anzuziehen und darauf zu fördern;

eine Trimmeinrichtung (104), um eine Überschußmenge von Tabakschnitt, der von der Fördereinrichtung (103) gefördert wird, zu entfernen und die Tabakschnittmenge einzustellen;

und

Tabakumwickeleinrichtungen (108, 110, 112, 114), um den von der Trimmeinrichtung (104) getrimmten Tabak auffortlaufendes Tabakrollpapier zu überführen und den getrimmten Tabak in das Tabakrollpapier zu wickeln und eine stangenartige Zigarette herzustellen;

eine erste radiometrische Dichtemeßeinrichtung (106), um eine Dichte des Tabakschnitts mittels Strahlen kontinuierlich zu messen, bevor der Tabak in die Trimmeinrichtung (104) eintritt, um ein erstes Meßsignal zu erzeugen;

eine zweite radiometrische Dichtemeßeinrichtung (116), um eine Dichte der stangenartigen Zigaretten, die von den Zigarettenstangen-Formeinrichtungen (108, 110, 112, 114) fortlaufend geformt werden, zu messen und ein zweites Meßsignal zu erzeugen, das eine Differenz zwischen einer gemessenen Dichte der stangenartigen Zigarette und einer Referenzdichte repräsentiert;

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner folgendes aufweist:

einen Standardsignaldetektor (200), der der ersten radiometrischen Dichtemeßeinrichtung (100) zugeordnet ist und eine Referenzdichte des Tabakschnitts repräsentiert;

eine Vorwärtsregelungseinrichtung mit offenem Regelkreis (200, 202, 205, 251, 252, 253, 254, 255), die mit der ersten radiometrischen Dichtemeßeinrichtung (106) verbunden ist, um ein Vorwärtsregelsignal zu erzeugen, das einer momentanen Änderung des ersten Signals entspricht;

eine Rückführungsregelungseinrichtung (204, 222, 224), die mit der zweiten radiometrischen Dichtemeßeinrichtung (116) verbunden ist, um ein Rückführungssignal zu erzeugen, das einer gemittelten Änderung des zweiten Signals entspricht; und

eine Antriebseinrichtung (232, 234, 236, 238, 240), um die Trimmeinrichtung (104) nach Maßgabe des Vorwärtsregelsignals und des Rückführungssignals anzutreiben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführungsregelungseinrichtung (204, 222, 224) ein Element (222) aufweist, um das zweite Signal zu integrieren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärtsregelungseinrichtung (200, 202, 205, 251, 252, 253, 254, 255) mit offenem Regelkreis Filterelemente (205, 251, 252, 253) aufweist, um eine Hochfrequenzkomponente des ersten Signals durchzulassen.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner Elemente (226, 228, 230) aufweist, um das erste Signal zu dem zweiten Signal zu addieren.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (232, 234, 236, 238, 240) ein elektrohydraulisches Stellventil aufweist, um die Trimmeinrichtung (104) zu bewegen.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trimmeinrichtung (104) ein Trimmelement aufweist, um den Tabak einzustellen, und die Antriebseinrichtung (232, 234, 236, 238, 240) Mittel (242, 244, 246, 248) aufweist, um die Bewegung des Trimmelements zu detektieren und ein drittes Signal zu erzeugen.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Addierelemente (226, 228, 230) das dritte Signal zu dem Rückführungssignal und dem Vorwärtsregelsignal addieren.