EP0416295A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak und der Härte von Cigaretten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak und der Härte von Cigaretten Download PDF

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EP0416295A2
EP0416295A2 EP90115014A EP90115014A EP0416295A2 EP 0416295 A2 EP0416295 A2 EP 0416295A2 EP 90115014 A EP90115014 A EP 90115014A EP 90115014 A EP90115014 A EP 90115014A EP 0416295 A2 EP0416295 A2 EP 0416295A2
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EP
European Patent Office
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tobacco
test stamp
cigarettes
force
determining
Prior art date
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EP90115014A
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English (en)
French (fr)
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EP0416295A3 (en
EP0416295B1 (de
Inventor
Wolfgang Dr. Graudejus
Martin Dr. Rattemeyer
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HF and PhF Reemtsma GmbH and Co
Original Assignee
HF and PhF Reemtsma GmbH and Co
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24C—MACHINES FOR MAKING CIGARS OR CIGARETTES
    • A24C5/00—Making cigarettes; Making tipping materials for, or attaching filters or mouthpieces to, cigars or cigarettes
    • A24C5/32—Separating, ordering, counting or examining cigarettes; Regulating the feeding of tobacco according to rod or cigarette condition
    • A24C5/34—Examining cigarettes or the rod, e.g. for regulating the feeding of tobacco; Removing defective cigarettes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24C—MACHINES FOR MAKING CIGARS OR CIGARETTES
    • A24C5/00—Making cigarettes; Making tipping materials for, or attaching filters or mouthpieces to, cigars or cigarettes
    • A24C5/32—Separating, ordering, counting or examining cigarettes; Regulating the feeding of tobacco according to rod or cigarette condition
    • A24C5/34—Examining cigarettes or the rod, e.g. for regulating the feeding of tobacco; Removing defective cigarettes
    • A24C5/343—Examining cigarettes or the rod, e.g. for regulating the feeding of tobacco; Removing defective cigarettes by mechanical means, e.g. feelers

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the filling capacity of tobacco, in which a force is exerted by the test stamp on a predetermined amount of tobacco in a container closed on one side by a movable test stamp, and in which the length of the tobacco column under the effect of the force and the time to be measured.
  • the filling capacity corresponds to the visco-elasticity or compressibility of tobacco. It can be defined as the volume that a given mass of tobacco occupies for a certain time after exposure to a certain pressure.
  • the filling capacity of tobacco strongly depends on its temperature and humidity. Since tobacco shows a pronounced relaxation behavior, a reproducible measurement of the filling capacity of tobacco is only possible using a method that is also precisely timed.
  • the filling capacity depends on the type of tobacco and is an important parameter for the assessment of the tobacco quality.
  • a method and a device for determining the filling capacity of cut tobacco are from the article "Investigations with an improved densimeter for checking the filling capacity of cut tobacco and the hardness of cigarettes "by HW Lorenz and F. Seehofer, Contributions to Tobacco Research, Volume 4, Issue 7 (1968).
  • a filling capacity measurement about 20 g of tobacco are loosely placed in a cylindrical container of about 60 mm in diameter After this container has been inserted into the known device, an electric motor is used to lower a printing plate from above onto the tobacco with an applied weight, and as soon as the printing plate has placed itself on the tobacco, the motor runs into one The position of the pressure plate and thus the height of the tobacco column is transferred to a dial gauge or other display device.
  • the motor lifts the pressure plate with the applied weight automatically from the compressed cut tobacco, and the final height of the tobacco column, the decreasing over time is displayed as a measure of fillability.
  • the force acting on the tobacco is built up quickly but in a poorly reproducible manner in the initial phase while the printing plate is being lowered onto the cut tobacco. Then the force is determined by the weight placed on it.
  • the known method is thus limited to the application of an essentially constant test force.
  • the exact measurement of a curve which represents the course of the final height of the tobacco column as a function of time, is cumbersome, since a separate measurement must be carried out for each time value.
  • the temperature and the moisture or the water content of the tobacco which have a strong influence on the filling capacity, cannot be measured directly in the known device. For example, the humidity must be determined separately using a drying cabinet.
  • the tobacco moisture level can change during the lengthy filling capacity measurements or if the associated moisture determination is not carried out immediately before or after change, which leads to a falsification of the results for the filling capacity.
  • the filling capacity should be measured with high accuracy, taking into account the relevant parameters.
  • the process should run fully automatically. In addition to cut tobacco, the process should also be applicable to leaf tobacco.
  • the test stamp for exerting the force is driven in a predetermined manner by means of a motor, whereby the tobacco is compressed, the force exerted on the tobacco is measured on the test stamp or on a support surface of the container, the length of the tobacco column is over that of measured distance covered by the test stamp, the measured values for force and distance are recorded during compression and passed to a computer via transducers and interfaces for further processing and further parameters relevant to the size of the filling capacity are determined in independent measurements and fed to a computer.
  • Another object of the invention is to determine the relaxation behavior of tobacco which is important for the assessment of the filling capacity.
  • test stamp After the compression movement of the test stamp has ended, the test stamp remains in its end position during a relaxation period and in that the force acting on the tobacco is measured at predetermined time intervals during the relaxation period and is sent to the computer for further processing.
  • the temperature and the moisture of the tobacco are determined during or immediately after the compression by means of measuring devices mounted in the container or on the test stamp.
  • the filling capacity data of a given measurement or test procedure can be corrected to standard conditions (e.g. 22 ° C, 12% tobacco moisture). This considerably simplifies the comparison of filling capacity data obtained in different measurements.
  • the invention further relates to a method for determining the hardness of cigarettes, in which a predetermined number of cigarettes lying on an essentially planar sample holder is provided by a test stamp which can be moved perpendicularly to the surface of the sample holder and which is parallel to the surface of the sample holder has extending pressure surface, a force is exerted, and in which the thickness of the cigarettes under the action of the force and the time are measured.
  • the hardness of a cigarette is an important parameter for assessing its quality.
  • the hardness is closely correlated with the filling capacity of the cut tobacco; a cut tobacco of high filling capacity provides for a given cigarette size and given Tobacco weight a hard cigarette.
  • a method for determining the hardness of cigarettes can be carried out completely analogously to a method for determining the filling capacity of tobacco. It is only to be ensured by a suitable design of the surfaces coming into contact with the tobacco product that the forces acting on the tobacco product are optimally transmitted.
  • a device for determining the hardness of cigarettes is also known, in which at the beginning of the hardness determination by means of a motor, a weight of approximately 5 g per cigarette is placed on a given number of cigarettes. At this point the thickness of the cigarettes is measured, ie the distance between the base of the cigarettes and the pressure plate. In the further course, the force on the cigarettes is increased, but not measured until a defined value of approx. 250 g is applied to each cigarette. At this moment the thickness of the cigarettes is measured again. That with this Known device performed method for determining the hardness of cigarettes thus provides a relationship between the force and thickness of the cigarettes, but for which there are only two measuring points. A fundamental problem with the use of weights is that the force acting on the tobacco product due to frictional forces can be reduced by an unknown amount.
  • the method should not be limited to a constant force acting on the cigarettes or only two different force values, it should run fully automatically and provide measured values of high accuracy taking into account further parameters that are decisive for the hardness.
  • test stamp for exerting the force is driven in a predetermined manner by means of a motor, the cigarettes being compressed, that the force exerted on the cigarettes is measured on the test stamp or on the sample holder, that the thickness of the cigarettes is greater than that the distance covered by the test stamp is measured, the measured values for force and distance are recorded during compression and passed to a computer via transducers and interfaces for further processing, and further parameters relevant to the size of the hardness are determined in independent measurements and fed to a computer will.
  • a further object of the invention to obtain relaxation data relevant to the hardness of cigarettes is achieved in that after the compression movement of the test stamp has ended, the test stamp remains in its end position during a relaxation period and that during the relaxation period the force acting on the cigarettes at predetermined time intervals is measured and given to the computer for further processing.
  • the advantages achieved thereby correspond to those mentioned in connection with the relaxation measurements on tobacco.
  • the object of the invention to measure all parameters relevant to the size of the hardness of cigarettes is achieved in that the temperature and the moisture of the cigarettes are determined during or immediately after compression by means of measuring devices attached to the test stamp and / or the sample holder.
  • This provides reliable temperature and humidity values for the cigarettes, which can be used to correct the hardness data obtained to standard conditions (e.g. 22 ° C, 12% humidity). This makes it easier to compare hardness data obtained in different measuring procedures.
  • the invention further relates to a device for determining the filling capacity of tobacco, with a container which is open on one side for receiving the tobacco, a test stamp which can be moved into the container in one direction and closes it to exert a force on the tobacco, a displacement measuring device for determining the length the tobacco column located between the test stamp and a wall of the container opposite this, and a time measuring device.
  • a device is from the article "Investigations with an improved densimeter for testing the Filling capacity of cut tobacco and the hardness of cigarettes "by HW Lorenz and F. Seehofer, Contributions to Tobacco Research, Volume 4, No. 7 (1968), as discussed in connection with the method for determining the filling capacity of tobacco.
  • the device has: a motor-controlled, computer-controlled drive device for the test stamp for applying the force to the tobacco, to the test stamp or to the support surface of the container, as well as transducers and interfaces for automatic detection of the Measured values for the force and the length of the tobacco column and their transfer to a computer.
  • this device has measuring devices arranged in the container or on the test stamp, and for automatic detection of the values representing the temperature and their transmission to the computer, measuring transducers and interfaces.
  • a platinum precision resistor for determining the temperature of the tobacco is advantageously arranged on the surface of the test stamp in contact with the tobacco and on the inner wall of the container opposite this.
  • the device also has measuring devices arranged in the container or on the test stamp for determining the moisture of the tobacco as well as transducers and interfaces for the automatic detection of the values representing the moisture and their transmission to the computer.
  • measuring devices arranged in the container or on the test stamp for determining the moisture of the tobacco as well as transducers and interfaces for the automatic detection of the values representing the moisture and their transmission to the computer.
  • an arrangement of a plurality of mutually insulated electrodes is attached to the surface of the test stamp which is in contact with the tobacco and to the inner wall of the container opposite the tobacco
  • the voltage source can be switched in order to determine the electrical conductivity as a measure of the moisture of the tobacco via the measured current flowing through the tobacco and / or the measured voltage.
  • the drive device for the test stamp preferably contains a precision spindle rotated by a stepper motor, and the number of steps covered by the stepper motor is a measure of the length of the tobacco column.
  • the invention also relates to a device for determining the hardness of cigarettes, with an essentially flat sample holder for receiving the cigarettes, a test stamp movable perpendicular to the surface of the sample holder for exerting a force on the cigarettes, which has a pressure surface running parallel to the surface of the sample holder , a path measuring device for determining the thickness of the cigarettes located between the pressure surface of the test stamp and the surface of the sample holder, and a time measuring device.
  • a device is also from the article "Investigations with an improved densimeter for checking the filling capacity of cut tobacco and the hardness of cigarettes" by H.W. Lorenz and F. Seehofer, Contributions to Tobacco Research, Volume 4, No. 7 (1968) and has already been explained in connection with the method for determining the hardness of cigarettes.
  • the device for determining the hardness of cigarettes contains a motor-containing drive device controlled by a computer for the test stamp for applying the force to the cigarettes, on the Test stamp or dynamometer attached to the sample holder, as well as transducers and interfaces for automatically recording the measured values for the force and thickness of the cigarettes and their transmission to a computer.
  • the device for determining the hardness of cigarettes preferably contains measuring devices arranged on the sample holder or on the test stamp for determining the temperature and humidity of the cigarettes, as well as transducers and interfaces for automatic detection of the values representing the respective measured variable and their transmission to the computer.
  • the drive device for the test stamp of this device can have a precision spindle rotated by a stepper motor, the number of steps covered by the stepper motor being usable as a measure of the thickness of the cigarettes.
  • the test stamp is advantageously designed in a ring shape.
  • the sample holder for holding the cigarettes has a plurality of radially arranged troughs, each of which has approximately the length of a cigarette, is flat in the central region opposite the test stamp, and is delimited in the two end regions by webs against the respectively adjacent troughs.
  • a sample holder designed in this way and the associated pressure surface a large number of cigarettes can be subjected to hardness determination at the same time.
  • the geometry of the pressure surface and the sample holder ensures that the forces can be transferred evenly from the pressure surface of the test stamp to the cigarettes.
  • the ring-shaped test stamp can preferably be removed from the device and exchanged for a second ring, which after its assembly is located over the area of the filters of the cigarettes lying on the sample holder.
  • the test procedure for determining the hardness of the filter is identical to that for determining the hardness of the cigarettes.
  • test stamp for determining the filling capacity with the measuring devices located thereon is interchangeable with the test stamp for determining hardness with the measuring devices located thereon, and in that the container for determining the filling capacity with the measuring devices therein is exchanged for the sample holder for hardness determination is interchangeable with the measuring devices on it.
  • FIGS. 1 and 2 The structure of the device for determining the filling capacity of tobacco shown in FIGS. 1 and 2 is first described.
  • Two parallel guide rods 2 are attached to a base 4 and stabilized at their upper ends by a cross rod 6.
  • a test stamp 8 which is circular in cross section, is attached to a work crossmember 11 via a connecting rod 10.
  • the working crossmember 11 can be moved along the guide rods 2.
  • the forces occurring on the test stamp 8 can be determined via a dynamometer 12 which is installed between the connecting rod 10 and the lower side of the working crossmember 11.
  • the working crossmember 11 contains a frame 14 which is movable along the guide rods 2 via slide bearings 16.
  • a stepper motor 18 is located at the upper end of the frame 14.
  • the stepper motor 18 drives a precision spindle 20 which is mounted at its lower end in a bearing 22 fastened to the frame 14.
  • a nut 24, which is in engagement with the precision spindle 20, is rigidly attached to a crossmember 26, which in turn is immovably connected to the guide rods 2.
  • This drive of the working crossbeam 11 via the spindle 20 allows the working crossbeam 11 to be raised or lowered, and no rotatable parts appear to the outside; in particular, the dynamometer 12 is rigidly connected to the frame 14.
  • the Working crossmember 11 is covered by two cladding plates 28 which run in planes parallel to the plane in FIG. 2, as can be seen in FIG. 1.
  • the tobacco R is located in a cylindrical container 30, the inside diameter of which is slightly larger than the outside diameter of the test stamp 8.
  • the container 30 is seated on a slide 32, which slides on two rails 34 and is laterally displaceable, as shown in FIG.
  • a stop piece 36 on each rail 34 defines the exact position of the slide 32 and the container 30 with respect to the test stamp 8.
  • a limit switch 38 is attached to the crossbar 6 and is actuated when the working crossmember 11 moves upward as soon as it has reached its highest intended position.
  • the stepper motor 18 is thereby safely switched off, regardless of the other control signals that it receives.
  • a flexible connecting cable 40 connects the stepper motor 18 to a stepper motor controller 42, see FIG. 1.
  • the stepper motor controller 42 is connected to a computer 44. Since the pitch of the precision spindle 20 is known, the position of the work crossmember 11 and thus of the test plunger 8 is obtained with high accuracy over the number of steps covered by the stepper motor 18. For this type of distance measurement to work, however, the absolute position of the test stamp 8 must be determined once after switching on the device. For this purpose, the test stamp 8 is moved to a set-up standard.
  • the stepper motor control 42 and the computer 44 keep track of all the forward and backward steps of the stepper motor 18, so that at any later point in time the absolute distance between the lower edge of the test stamp 8 and the predetermined zero point can be determined.
  • the process of setting up using the Setup standards are explained below in connection with the description of the method for determining the filling capacity of tobacco.
  • the stepper motor control 42 and the computer 44 not only take over the control of the working crossbar 11, but also the measurement of the distance covered by the test stamp 8.
  • the required transducers and interfaces are contained in the stepper motor 18, the stepper motor controller 42 and the computer 44.
  • a distance measurement could also take place via an external length measuring device, which reports the absolute position of the test stamp 8 at any time via a measured value converter and an interface to the computer 44.
  • the dynamometer 12 consists of a commercially available force measuring hub.
  • the measured values of the dynamometer 12 are supplied to the computer 44 via an interface 48. They differ from the force exerted by the test stamp 8 on the tobacco by a constant weight, since the dynamometer 12 is not mounted directly on the interface between the test stamp 8 and tobacco R.
  • the method for determining the filling capacity of tobacco allows a correction of the measured force values with respect to these constants and also enables calibration of the force meter 12 used, see below.
  • one or more dynamometers could also be installed below the container 30.
  • FIG. 3 shows an arrangement of temperature sensors and electrodes for determining the temperature and moisture of the tobacco R.
  • the test stamp 8 In its lower area, the test stamp 8 consists of an insulator 50, the lower edge of which defines the lower edge 51 of the test stamp. An insulator 54 is also attached to the bottom 52 of the container 30, the upper edge of which defines the upper edge 55 of the bottom.
  • a first temperature sensor 56 is inserted into the insulator 50 of the test stamp 8 and a second temperature sensor 58 into the insulator 54 at the bottom of the container 30.
  • the two temperature sensors are preferably Pt 100 resistors. These are precision platinum resistors through which a constant current is conducted in a known manner; the voltage drop measured along the resistors is a measure of the temperature.
  • the temperature sensors 56 and 58 are connected to a computer via transducers (not shown) and interfaces. This can be the computer 44. In the exemplary embodiment, however, two computers communicating with one another are used, a main computer and the computer 44 as a secondary computer. In this case, the temperature measurements are sent to the main computer.
  • the moisture of the tobacco R is determined by a resistance measurement.
  • a resistance measurement there are two first electrodes 60A and 60B on the insulator 50 of the test stamp 8 and two second electrodes 62A and 62B on the insulator 54 on the bottom of the container 30.
  • These electrodes are connected to a known measuring device for determining the moisture content of tobacco (not shown), and the results for the moisture content of the tobacco are transmitted to the computer, here the main computer, via an interface (not shown).
  • a moisture measurement works in such a way that an alternating voltage with constant amplitude is applied between two electrodes.
  • the current flowing through the tobacco is converted via a predetermined resistance into a voltage, which is therefore a measure of the electrical resistance of the tobacco and thus its moisture.
  • the measuring device for determining the moisture of the tobacco must occasionally be calibrated with the aid of tobacco of known moisture.
  • Metal disks 64 are attached to the insulator 54 between the second electrodes 62A and 62B at the bottom of the container 30. Corresponding metal disks are also located between the first electrodes 60A and 60B. When a voltage is applied to the first electrodes 60A, 60B or second electrodes 62A, 62B, these metal disks enlarge the tobacco area detected by the measurement and thus increase the reliability of the moisture measurements.
  • the inside of side wall 66 the container 30 is provided with an electrically insulating coating.
  • FIG. 4 shows how the electrodes are switched in the exemplary embodiment in order to determine the moisture content of the tobacco R.
  • a voltage is first applied between the two electrodes 60A and 60B.
  • the measured value U 1 corresponds to a first value for the moisture of the tobacco.
  • the temperature T 1 of the tobacco is measured via the first temperature sensor 56, and the measured values are fed to the main computer. This is shown in Figure 4 (a).
  • the voltage is then applied between the two electrodes 62A and 62B, Figure 4 (b).
  • Your measured value U2 is transmitted to the main computer just like the temperature T2 determined by the second temperature sensor 58.
  • the main computer can calculate representative mean values from the temperature values T 1 and T 2 and the voltage values U 1 and U 2.
  • Figures 5 and 6 show a device for determining the hardness of cigarettes. This device is constructed similarly to the device for determining the filling capacity of tobacco, and the same or corresponding components are provided with reference numerals increased by 100.
  • Two guide rods 102 are fastened on a base 104 and connected at their upper ends by a cross rod 106.
  • An annular test stamp 108 with a pressure surface 109 is attached to a test stamp carrier 110.
  • the test stamp carrier 110 is connected via three dynamometers 112A, 112B and 112C to an intermediate piece 113 which is attached to the underside of the frame 114 of a working crossbar 111.
  • the work crossbar 111 is driven by a stepper motor 118.
  • the drive elements of the work traverse 111 such as a precision spindle which is supported in a traverse, are the same as in the case of the device for determining the filling capacity of tobacco. For this reason, the components located within the work crossbar 111 are not shown again in FIG.
  • the stepper motor 118 is connected via a flexible connecting cable 140 to a stepper motor control 142, which in turn is connected to a computer 144, see FIG. 5.
  • the control of the up and down movement of the work crossbar 111 and the measurement of the distance traveled by the test stamp 108 is carried out precisely as in the device for determining the filling capacity of tobacco.
  • a limit switch 138 is attached to the crossbar 106.
  • three dynamometers 112A, 112B and 112C are provided in the exemplary embodiment, see FIG. 7 (a), which connect the large-area test stamp carrier 110 to the intermediate piece 113, see FIG 7 (b).
  • the dynamometers 112A, 112B and 112C can in turn be configured as commercially available force measuring hubs. They are connected to the computer 144 via a flexible connecting cable 146 and an interface 148. Alternatively, one or more dynamometers could also be installed on the sample holder 170 described in the following paragraph.
  • the cigarettes Z lie on a sample holder 170, which is attached to the base 104 via a holder 172.
  • the sample holder 170 is shown in particular in FIG. 7 (d) and in FIG. 8.
  • the surface of the sample holder 170 is essentially flat and runs parallel to the pressure surface 109 of the test stamp 108.
  • a plurality of cigarettes Z lie in a circular arrangement on the sample holder 170.
  • the position of each cigarette Z in the radial direction is determined by a cylindrical stop ring 174 , the height of which is approximately as large as the thickness of a cigarette Z, see FIG. 6 and FIG. 8 (b).
  • each trough 176 is delimited from the respective neighboring troughs by inner webs 180 and outer webs 182. These webs 180 and 182 are shown hatched in FIG. They rise above the level of the central areas 178.
  • the cigarettes Z1 and Z2 are due to the design of the inner webs 180 and the outer webs 182 at both ends in trough regions, which preferably have the shape of a cutout from a cylinder jacket.
  • the depth of both trough regions is preferably equal to the radius of a cigarette Z1, Z2, and the radius of an associated cylinder is somewhat larger than the radius of a cigarette Z1, Z2.
  • the inner webs 180 extend over one Length that is slightly larger than the length of a cigarette filter ZF1, ZF2.
  • the outer webs 182 are long enough to hold short cigarettes Z2 as well as long cigarettes Z1.
  • Figure 8 (a) only two cigarettes Z1 and Z2 of different lengths are shown. As a rule, however, the sample holder 170 is completely filled with cigarettes Z of the same length and type.
  • the distance between the printing surface 109 of the test stamp 108 and the central regions 178 on the sample holder 170 is the same for all cigarettes Z. Since not all cigarettes Z have the same diameter due to manufacturing tolerances, they are compressed to different extents during the compression movement of the test stamp. The measured values obtained for the force exerted on the cigarettes are nevertheless reliable average values since averaged over a large number of cigarettes becomes.
  • a flat central area 178 has the advantage over a curved one that the conditions are also comparable for cigarettes of different diameters, because there is no question of a suitable radius of curvature for the central area 178, which could only be optimally matched to a cigarette diameter.
  • the ring-shaped test stamp 108 can be unscrewed from the test stamp carrier 110 and replaced by a second ring or filter stamp 190.
  • the filter stamp 190 has a smaller radius than the test stamp 108 and lies opposite the filters ZF1, ZF2 of the cigarettes Z1, Z2 on the sample holder 170.
  • the temperature of the cigarettes Z is determined by means of one or more temperature sensors which are installed on the sample holder 170, on the test stamp 108 or on the test stamp carrier 110.
  • Pt 100 platinum precision resistors can be used for this purpose, which are connected to a main computer via a measurement transducer and an interface, similar to that described above in connection with the device for determining the filling capacity of tobacco.
  • the moisture of the cigarettes, or more precisely, the tobacco in the cigarettes can also be measured in a comparable manner and transmitted to the computer.
  • the test stamp 108 can be switched as one electrode and the sample holder 170 as the other electrode of a voltage device, which determines the electrical resistance of the cigarettes Z lying on the sample holder 170 via a current measurement. Because the current also flows through the cigarette paper, its electrical resistance must be taken into account as an empirical parameter in the measurement in order to determine the resistance and thus the moisture of the tobacco in the Close cigarettes. Calibration measurements are required for this.
  • the devices described for determining the filling capacity of tobacco and the hardness of cigarettes are largely identical.
  • the same apparatus can therefore be used to drive the test stamps 8 and 108 and to record and process the measured values for distance, force, temperature and humidity.
  • a functional device for determining the filling capacity of tobacco into a functional device for determining the hardness of cigarettes
  • only the test stamp 8 with the connecting rod 10 and the associated dynamometer 12 including the measuring devices for temperature and humidity attached to the test stamp 8 against the test stamp 108 located on the test stamp carrier 110 with the measuring devices for temperature and humidity attached to it and the force gauges 112A, 112B and 112C mounted on the intermediate piece 113 can be exchanged.
  • the sample holder 170 takes place on the holder 172 with the measuring devices for temperature and humidity located thereon.
  • the force gauges 12 or 112A, 112B, 112C can also be located below the container 30, e.g. be attached to the carriage 32 or to the sample holder 170 or the holder 172.
  • the method for determining the filling capacity of tobacco which is carried out with the explained device for determining the filling capacity of tobacco, is described below.
  • the measurements are made on cut tobacco; Peeled leaf tobacco or the full leaves of a small-leafed tobacco could also be used.
  • the control, data acquisition and data processing is carried out in the exemplary embodiment by two computers.
  • the computer 44 henceforth called secondary computer, controls the stepper motor 18, as a result of which the position of the test stamp 8 is known, and takes the measured values for the force exerted on the cut tobacco.
  • This secondary computer communicates with a main computer, to which the devices for measuring the temperature and humidity of the cut tobacco are connected, and which also takes over the further data evaluation.
  • all control, data acquisition and evaluation processes can be carried out just as well from a single computer.
  • the length of the tobacco column between the lower edge 51 of the test stamp 8 and the upper edge 55 of the bottom of the container 30 is henceforth referred to as the residual height RH.
  • the upper edge 55 of the base indicates the zero point position 0 for the position of the test stamp 8. Due to the set-up procedure described below for determining a starting position of the test stamp 8 in absolute length units, all values for the residual height RH are automatically related to the zero point position 0.
  • test sequence i.e. the individual process steps for determining the filling capacity of cut tobacco are explained.
  • the measuring range A of the dynamometer 12 the height E of a set-up standard 68, the distance L between the upper edge 55 of the base and the upper edge of the container 30, the position G of the starting position of the test stamp 8 with respect to the zero point 0, the time interval H between individual measurements during the relaxation period, the distance M between the lower edge 51 of the test stamp 8 and the upper edge 55 of the bottom of the container 30, at which data acquisition is started, the test speed N, at which the test stamp 8 during the compression of the cut tobacco, the maximum force F (MAX), when the compression process is ended and the test stamp 8 is stopped, the measurement interval P during the compression process, the relaxation period Q (order of minutes) and the position V of the starting position of the test stamp 8 with respect to the zero point position O.
  • a set-up standard 68 for example a cylinder of known height E with a holding edge, is placed on the upper edge of the container 30 and the command to start the set-up is given to the main computer, see FIG. 9 (b).
  • the main computer transmits the command signal "a" to the secondary computer.
  • the test stamp 8 is lowered until shortly before the set-up standard 68, and then the set-up standard 68 is approached to a defined force, which is determined via the dynamometer 12.
  • the absolute value for this position of the test stamp 8 is L + E, see FIG. 9 (a) and FIG. 9 (b).
  • test stamp 8 Since this value is known, all future positions of the test stamp 8 can be determined via the number of steps (forward or backward) covered by the stepping motor 18, as already explained.
  • the test stamp 8 moved to the starting position G, and the slave computer sends a signal BS2 to the main computer, which indicates that the starting position G has been reached.
  • the device is now ready for measurements on cut tobacco.
  • the main computer After the set-up standard 68 has been removed from the container 30, data for the test designation and characteristic data for the cut tobacco, the filling capacity of which is to be determined, are input into the main computer.
  • the cut tobacco sample is weighed out (e.g. 400 g), and the tobacco mass is automatically received by the main computer to which the scale is connected.
  • the cut tobacco can then be filled into the container 30. It is useful that the container 30 is slidable on the carriage 32 along the rails 34, the exact position in relation to the test stamp 8 being defined by the stop pieces 36.
  • the main computer transmits the control command "c" to the secondary computer, which then first controls the sample stamp 8 to point M, see FIG. 9 (c).
  • the recording of the measured values for the force F and the residual height RH begins, which begins with the measuring interval P, i.e. at intervals of P seconds, can be saved in the secondary computer.
  • the test stamp 8 moves downwards at the constant test speed N.
  • the test stamp 8 is stopped and the compression process is ended. This is indicated to the main computer by the control signal BS4 emitted by the secondary computer.
  • a relaxation measurement for the cut tobacco R is now carried out during the relaxation period Q, in that the secondary computer receives and stores measured values for the force F with the interval H.
  • the main computer causes the measurements of the temperatures T1 and T2 and the moisture-relevant voltage values U1 and U2, as in the Description of the device for determining the filling capacity of tobacco explained. These values are transferred to the main computer and saved there.
  • the secondary computer sends the control signal BS9 to the main computer, whereupon the latter outputs the control signal "i" to the secondary computer. This causes the secondary computer to move the test stamp 8 back into its starting position G. When the starting position G is reached, the secondary computer outputs the control signal BS3 to the main computer.
  • the main computer then requests all measured values of the test sequence from the secondary computer via the control signal "k".
  • the measured values are transmitted and stored in the format "force F, residual height RH, test area", the parameter for the test area distinguishing between the values for the compression measurement and those for the relaxation measurement.
  • the values for the force F have already been corrected with regard to the offset.
  • the main computer presents a compression curve and a relaxation curve for the tested cut tobacco from the measured data, from which values for the filling capacity can be taken.
  • the main computer uses the data available to it for the tobacco type identification and the measured temperature and humidity to correct the curves or filling capacity values obtained to standard conditions. This is explained in more detail below.
  • the test stamp 8 remains in the starting position G. As soon as a new cut tobacco sample has been filled into the container 30, a further measurement to determine the filling capacity can begin. The following test sequence is initiated by the user with a new command command to the main computer, which then transmits the control signal "c" to the secondary computer. A renewed setup to determine the absolute position of the test stamp 8 is generally not necessary. At kriti However, the main computer sends the error messages back to the starting crossbar via the control signal "m" in the starting position with a stop at the limit switch 38.
  • the control signal "m" is emitted, for example, when the force absorbed by the dynamometer 12 exceeds a predetermined limit value or when switches of the safety devices of the system are not closed. In these cases, and basically when the device is switched on, the setup by means of the setup standard 68 must be repeated.
  • the calibration of the force meter 12 should be checked at periodic intervals.
  • a calibrated calibration measuring hub 69 is used, which is placed under the test stamp 8 instead of the container 30, see FIG. 10.
  • the height C of the calibration measuring hub 69 above the zero point position O and the starting position G 'for calibration measurements are transferred as parameters from the main computer to the secondary computer .
  • the test stamp moves from the starting position G 'onto the calibration measuring hub 69 at a minimum speed.
  • the measured values for the force obtained via the dynamometer 12 can then be compared with those of the calibrated calibration measuring hub 69 in order to correct the values obtained from the dynamometer 12, if necessary .
  • the value pairs of the compression measurement force F, residual height RH at constant speed N of the test stamp 8
  • the mass m of the cut tobacco about 400 g with a volume of the container 30 of about 5 liters
  • the temperature measurements T1, T2 and their mean T the voltage values U1, U2 Conductivity measurement and its mean U.
  • a compression curve can be represented from the measured value pairs of the compression measurement, see FIG. 11.
  • the force F acting on the tobacco is plotted as a function of the residual height RH.
  • the remaining height RH decreases from left to right. Since the test stamp 8 is moved at a constant speed N in the exemplary embodiment, there is a linear relationship between the residual height RH and the time t k elapsed during the compression of the cut tobacco; the time t k increases from left to right.
  • the curve in Figure 11 ends at the maximum force F (MAX).
  • the "filling capacity" FF of the cut tobacco can be described as the residual height RH1 at a defined test force F1, see FIG. 11.
  • the force F determined during the relaxation measurement is plotted in FIG. 12 as a function of the time t R for two different types of tobacco.
  • the curves plotted in FIG. 12 represent the solid / liquid behavior of the two types of tobacco examined.
  • the standard conditions are, for example, 400 g tobacco mass, a temperature of 22 ° C and a tobacco moisture content of 12% (based on the total substance).
  • the corrections can be carried out after the relaxation measurement in the main computer as explained below, so that after a measurement the corrected value of the filling capacity can already be output.
  • correction steps listed below are all based on known, empirical relationships. When calculating them, empirical coefficients are used that are specific to the tobacco mixture examined. These correction coefficients are stored in the main computer.
  • the filling capacity FF (0) (corresponds to RH1) for a given mass, moisture and temperature of the cut tobacco is obtained, for example, by spline interpolation.
  • a mass correction is carried out by normalizing to the balanced tobacco mass, which provides a corrected filling capacity value FF (1).
  • the measured value U for the voltage depends directly on the temperature T. This must be taken into account when U is used to calculate the actual moisture content WG of the tobacco.
  • the filling capacity at a given humidity also depends directly on the temperature T.
  • the filling capacity FF (1) can be converted into the filling capacity value FF (2) at 22 ° C and the given humidity WG of the tobacco.
  • Another equation finally allows the conversion of FF (2) to FF (3) when using the actual moisture WG, where FF (3) is the filling capacity value corrected to a tobacco moisture of 12% and thus the filling capacity value completely corrected to standard conditions examined tobacco variety is.
  • the procedure for determining the hardness of cigarettes is practically the same as the procedure for determining the fillability of tobacco.
  • the same computer programs can even be used. Only the values for some of the parameters entered in the main computer are different.
  • the zero point position 0 is defined by the surface of the sample holder 170 in the central areas 178 of the troughs 176 for the cigarettes Z.
  • the residual height RH now corresponds to this "residual thickness" of the cigarettes; it is determined by the distance between the surface of the sample holder 170 in the central regions 178 and the pressure surface 109 of the test stamp 108.
  • the total force F exerted on the cigarettes is equal to the sum of the offset-corrected forces which are indicated by the three dynamometers 112A, 112B, 112C.
  • FIG. 13 shows a compression curve measured on cigarettes.
  • the force F1 defining the starting position should be chosen to be as small as possible.
  • FIG. 12 shows two relaxation curves measured on cigarettes. They are similar to the relaxation curves of cut tobacco.
  • the hardness values are again mixture-specific depending on the parameters temperature, tobacco moisture and tobacco weight per cigarette.
  • the hardness values just like the filling capacity values for cut tobacco, can be corrected to standard conditions using empirical relationships empirically known properties of the cigarette paper must be taken into account in order to infer the moisture of the tobacco contained in the cigarette from the moisture-relevant measured values.

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak und der Härte von Cigaretten beschrieben. Tabak (R) in einem Behälter (30) wird durch einen von einem Motor (18) in vorgegebener Weise angetriebenen Prüfstempel (8) komprimiert, wobei die auf den Tabak (R) ausgeübte Kraft gemessen und ebenso wie die gemessene Länge der Tabaksäule einem Rechner (44) zugeführt wird. Nach Abschluß der Kompressionsbewegung verharrt der Prüfstempel (8) während einer Relaxationsperiode in seiner Endstellung, und die auf den Tabak (R) wirkende Kraft wird in vorgegebenen Zeitabständen gemessen und an den Rechner (44) weitergeleitet. Die Temperatur und die Feuchtigkeit des Tabaks (R) werden in der Vorrichtung während der Durchführung des Verfahrens bestimmt und erlauben eine Korrektur der Meßwerte auf Standardbedingungen. Die Vorrichtung zum Bestimmen der Härte von Cigaretten unterscheidet sich von der Vorrichtung zu Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak lediglich durch den Aufbau des Prüfstempels und des Probenhalters. Beide Verfahren laufen gleich ab. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Füllfä­higkeit von Tabak, bei welchem auf eine vorgegebene Tabakmenge in einem an einer Seite durch einen bewegbaren Prüfstempel abgeschlossenen Behälter durch den Prüfstempel eine Kraft ausgeübt wird, und bei welchem die Länge der Tabaksäule unter der Wirkung der Kraft sowie die Zeit gemessen werden.
  • Die Füllfähigkeit entspricht der Visco-Elastizität oder Kompres­sibilität von Tabak. Sie kann als das Volumen definiert werden, das eine gegebene Tabakmasse nach Belastung durch einen bestimm­ten Druck über eine bestimmte Zeit einnimmt. Die Füllfähigkeit von Tabak hängt stark von dessen Temperatur und Feuchtigkeit ab. Da Tabak ein ausgeprägtes Relaxationsverhalten zeigt, ist eine reproduzierbare Messung der Füllfähigkeit von Tabak nur über ein auch zeitlich genau festgelegtes Verfahren möglich. Die Füllfä­higkeit hängt von der Tabaksorte ab und ist eine für die Beurteilung der Tabakqualität wichtige Kenngröße.
  • Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Füllfähig­keit von Schnittabak sind aus dem Artikel "Untersuchungen mit einem verbesserten Densimeter zum Prüfen der Füllfähigkeit von Schnittabak und der Härte von Cigaretten" von H.W. Lorenz und F. Seehofer, Beiträge zur Tabakforschung, Band 4, Heft 7 (1968) bekannt. Für eine Füllfähigkeitsmessung werden etwa 20 g Tabak locker in einen zylindrischen Behälter von etwa 60 mm Durchmes­ser eingefüllt. Nachdem dieser Behälter in die bekannte Vorrich­tung eingesetzt ist, wird durch einen Elektromotor von oben auf den Tabak eine Druckplatte mit einem aufgelegten Gewicht abgesenkt. Sobald sich die Druckplatte auf den Tabak gelegt hat, läuft der Motor bis in eine Endstellung leer weiter. Die Lage der Druckplatte und somit die Höhe der Tabaksäule wird auf eine Meßuhr oder eine andere Anzeigevorrichtung übertragen. Nachdem eine vorgewählte Zeit, die in der Größenordnung von 1 Minute liegt, verstrichen ist, hebt der Motor die Druckplatte mit dem aufgelegten Gewicht automatisch von dem komprimierten Schnittabak ab, und die Endhöhe der Tabaksäule, die im Laufe der Zeit abnimmt, wird als Maß für die Füllfähigkeit angezeigt.
  • Bei diesem Verfahren unter Verwendung der bekannten Vorrichtung wird in der Anfangsphase während des Absenkens der Druckplatte auf den Schnittabak die auf den Tabak wirkende Kraft schnell, aber in schlecht reproduzierbarer Weise aufgebaut. Danach ist die Kraft durch das aufgelegte Gewicht bestimmt. Das bekannte Verfahren ist somit auf die Anwendung einer im wesentlichen konstanten Prüfkraft beschränkt. Das genaue Ausmessen einer Kurve, die den Verlauf der Endhöhe der Tabaksäule als Funktion der Zeit darstellt, ist umständlich, da für jeden Zeitwert eine eigene Messung durchgeführt werden muß. Die Temperatur und die Feuchtigkeit oder der Wassergehalt des Tabaks, die einen starken Einfluß auf die Füllfähigkeit haben, können in der bekannten Vorrichtung nicht direkt gemessen werden. Die Feuchtigkeit beispielsweise muß separat mittels eines Trockenschranks bestimmt werden. Während der langwierigen Füllfähigkeitsmessungen oder wenn die zugehörige Feuchtebestimmung nicht unmittelbar vorher oder danach durchgeführt wird, kann sich die Tabakfeuchtigkeit ändern, was zu einer Verfälschung der Resultate für die Füll­fähigkeit führt.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak der eingangs genannten Art zu schaffen, das nicht auf die Anwendung einer konstanten Prüfkraft beschränkt ist. Die Füllfähigkeit soll dabei mit hoher Genauigkeit unter Berücksichtigung der maßgeblichen Parameter gemessen werden. Weiterhin soll das Verfahren vollautomatisch ablaufen. Das Verfahren soll außer auf Schnittabak auch auf Blattabak anwendbar sein.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird der Prüfstempel zum Ausüben der Kraft mittels eines Motors in vorgegebener Weise angetrieben, wobei der Tabak komprimiert wird, wird die auf den Tabak ausgeübte Kraft am Prüfstempel oder an einer Unterstützungsfläche des Behälters gemessen, wird die Länge der Tabaksäule über die von dem Prüfstempel zurückgelegte Wegstrecke gemessen, werden die Meßwerte für Kraft und Wegstrecke während des Komprimierens erfaßt und über Meßwertwandler und Schnittstellen zur Weiter­verarbeitung an einen Rechner gegeben und werden weitere für die Größe der Füllfähigkeit maßgebliche Parameter in unabhängigen Messungen bestimmt und einem Rechner zugeführt.
  • Dadurch wird erreicht, daß das Verfahren zuverlässig, schnell, einfach und benutzerfreundlich abläuft. Da die auf den Tabak wirkende Kraft während des Komprimierens des Tabaks gemessen wird, eröffnen sich vielfältige Prüfmöglichkeiten zur Beurteilung der von Natur aus komplexen Größe "Füllfähigkeit". Der Antrieb des Prüfstempels durch einen Motor erlaubt die Verwendung größerer Behälter zur Aufnahme des Tabaks, wodurch eine größere Tabakmenge untersucht werden kann und die Reproduzierbarkeit der erzielten Meßwerte verbessert wird. Die Verwendung größerer Behälter zur Aufnahme des Tabaks ermöglicht weiterhin die Unter­suchung von Blattabak, so daß das Verfahren nicht auf Schnittabak beschränkt ist. An Blattabak gewonnene Füllfähigkeitswerte können mit den Fülfähigkeitswerten für den aus dem Blattabak später erhaltenen Schnittabak korreliert werden, was besonders zuverläs­sige Resultate liefert, da sowohl der Blattabak als auch der Schnittabak nach demselben Verfahren untersucht werden. Weil die Bewegung des Prüfstempels in vorgegebener Weise erfolgt, lassen sich in den normalen Verfahrensablauf automatische Kalibrierungs­messungen zur Überprüfung der Anlage integrieren. Alle Meßwerte werden sofort einem Rechner zugeführt, so daß eine Auswertung der Daten, z.B. in Form einer den Verlauf der auf den Tabak wirkenden Kraft als Funktion der Länge der Tabaksäule darstellenden Kurve, erheblich erleichtert wird. Außerdem lassen sich zukünftige Änderungen im Prüfablauf durch Änderungen an den Rechnerprogram­men leicht einrichten.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, das für die Beur­teilung der Füllfähigkeit wichtige Relaxationsverhalten von Tabak zu bestimmen.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß nach Abschluß der Kompressionsbewegung des Prüfstempels während einer Relaxations­periode der Prüfstempel in seiner Endstellung verharrt und daß während der Relaxationsperiode die auf den Tabak wirkende Kraft in vorgegebenen Zeitabständen gemessen und zur Weiterverarbeitung an den Rechner gegeben wird.
  • Dadurch wird eine weitere aussagekräftige Kurve erhalten, die die im Verlauf der Relaxationsperiode abnehmende Kraft, die der Tabak auf den Prüfstempel ausübt, als Funktion der Zeit dar­stellt. Die Bedingungen sind wohl definiert, da die Länge der Tabaksäule konstant gehalten wird. Insgesamt stehen damit Kurven mit füllfähigkeitsrelevanten Daten zur Verfügung, aus denen ein Wert oder mehrere Werte zur Kennzeichnung einer zugeordneten Füllfähigkeitsgröße übernommen werden können. Weil die Relaxa­tionsmessung unmittelbar im Anschluß an die Kompressionsbewegung des Prüfstempels erfolgt, erhöht sich der Gesamtaufwand zur Durchführung des Verfahrens infolge der Relaxationsmessung nur ganz unbedeutend.
  • Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, alle für die Größe der Füllfähigkeit maßgeblichen Parameter zu messen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe werden während oder unmittelbar nach dem Komprimieren die Temperatur und die Feuchtigkeit des Tabaks mittels in dem Behälter oder an dem Prüfstempel angebrachter Meßeinrichtungen bestimmt.
  • Weil die Messungen der Temperatur und der Feuchtigkeit des Tabaks in dem Behälter und in unmittelbarer zeitlicher Nachbarschaft zur Ermittlung der Füllfähigkeitsdaten erfolgen, ist sichergestellt, daß ihre Werte auch tatsächlich der während der Kompressions- und der Relaxationsmessung vorliegenden Temperatur und Feuchtigkeit des Tabaks entsprechen. Sind diese Werte erst einmal bekannt, können die Füllfähigkeitsdaten eines gegebenen Meß- oder Prüfablaufs auf Standardbedingungen (z.B. 22°C, 12% Tabakfeuch­tigkeit) korrigiert werden. Dies erleichtert den Vergleich von in verschiedenen Messungen erlangten Füllfähigkeitsdaten erheblich.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Bestimmen der Härte von Cigaretten, bei welchem auf eine vorgegebene Anzahl von Cigaretten, die auf einem im wesentlichen ebenen Probenhal­ter liegen, von einem senkrecht zu der Oberfläche des Probenhal­ters bewegbaren Prüfstempel, der eine parallel zu der Oberfläche des Probenhalters verlaufende Druckfläche aufweist, eine Kraft ausgeübt wird, und bei welchem die Dicke der Cigaretten unter der Wirkung der Kraft sowie die Zeit gemessen werden.
  • Die Härte einer Cigarette ist eine für die Beurteilung ihrer Qualität bedeutsame Größe. Die Härte ist eng mit der Füllfähig­keit des Schnittabaks korreliert; ein Schnittabak hoher Füll­fähigkeit liefert bei gegebener Cigarettengröße und gegebenem Tabakgewicht eine harte Cigarette. Ein Verfahren zum Bestimmen der Härte von Cigaretten kann völlig analog zu einem Verfahren zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak ablaufen. Es ist lediglich durch eine geeignete Ausgestaltung der mit dem Tabakprodukt in Berührung kommenden Flächen dafür zu sorgen, daß die auf das Tabakprodukt wirkenden Kräfte optimal übertragen werden.
  • So ermöglicht die bereits erwähnte Vorrichtung aus dem Artikel "Untersuchungen mit einem verbesserten Densimeter zum Prüfen der Füllfähigkeit von Schnittabak und der Härte von Cigaretten" von H.W. Lorenz und F. Seehofer, Beiträge zur Tabakforschung, Band 4, Heft 7 (1968) auch ein Verfahren zum Bestimmen der Härte von Cigaretten. Für eine Härtemessung werden 10 Cigaretten auf eine Unterlage gelegt, die an die Stelle des zylindrischen Behälters für den Schnittabak tritt. Der Motor senkt zu Beginn der Härtemessung von oben eine Druckplatte, die in ihrer Größe der Unterlage angepaßt ist, mit einem aufgelegten Gewicht auf die Cigaretten ab. Der weitere Verfahrensablauf erfolgt genau, wie im Zusammenhang mit der Bestimmung der Füllfähigkeit von Schnittabak beschrieben. Die Nachteile des mit der bekannten Vorrichtung ausgeübten Verfahrens sind auch für die Härtebestim­mung : Beschränkung auf im wesentlichen konstante Prüfkraft, umständlicher und langwieriger Ablauf, keine gleichzeitige Messung von Temperatur und Feuchtigkeit der Cigaretten.
  • Es ist weiterhin eine Vorrichtung zum Bestimmen der Härte von Cigaretten bekannt, bei der zu Beginn der Härtebestimmung mittels eines Motors über eine Druckplatte auf eine gegebene Zahl von Cigaretten ein Gewicht von ca. 5 g pro Cigarette abgelegt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Dicke der Cigaretten gemessen, d.h. der Abstand zwischen der Unterlage der Cigaretten und der Druckplatte. Im weiteren Verlauf wird die Kraft auf die Cigaret­ten erhöht, aber dabei nicht gemessen, bis pro Cigarette ein definierter Wert von ca. 250 g anliegt. In diesem Augenblick wird wiederum die Dicke der Cigaretten gemessen. Das mit dieser bekannten Vorrichtung durchgeführte Verfahren zur Härtebestim­mung von Cigaretten liefert somit zwar einen Zusammenhang zwischen Kraft und Dicke der Cigaretten, für den aber nur zwei Meßpunkte vorliegen. Ein grundsätzliches Problem bei der Verwendung von Gewichten ist, daß die auf das Tabakprodukt wirkende Kraft infolge von Reibungskräften um einen nicht bekannten Betrag vermindert werden kann.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, das Verfahren zum Bestimmen der Härte von Cigaretten der eingangs genannten Art zu verbessern. Genau wie beim Verfahren zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak soll das Verfahren nicht auf eine konstante auf die Cigaretten wirkende Kraft oder lediglich zwei verschiedene Kraftwerte beschränkt sein, es soll vollautomatisch ablaufen und Meßwerte hoher Genauigkeit unter Berücksichtigung weiterer, für die Härte maßgeblicher Parameter liefern.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Prüfstempel zum Ausüben der Kraft mittels eines Motors in vorgegebener Weise angetrieben wird, wobei die Cigaretten komprimiert werden, daß die auf die Cigaretten ausgeübte Kraft am Prüfstempel oder am Probenhalter gemessen wird, daß die Dicke der Cigaretten über die von dem Prüfstempel zurückgelegte Wegstrecke gemessen wird, daß die Meßwerte für Kraft und Wegstrecke während des Komprimie­rens erfaßt und über Meßwertwandler und Schnittstellen zur Weiterverarbeitung an einen Rechner gegeben werden, und daß weitere für die Größe der Härte maßgebliche Parameter in unabhängigen Messungen bestimmt und einem Rechner zugeführt werden.
  • Damit werden die bereits im Zusammenhang mit der Füllfähig­keitsbestimmung von Tabak genannten Vorteile erreicht. Analog zu einem großen Behälter zur Aufnahme des Schnittabaks oder Blattabaks kann diesmal ein großer Probenhalter verwendet werden, auf den viele Cigaretten gelegt werden können. Dann wird eine gute Reproduzierbarkeit der gemessenen Kraft erreicht, da während des Verfahrensablaufs eine Mittelung über eine große Zahl von Cigaretten erfolgt.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung, für die Härte von Cigaretten relevante Relaxationsdaten zu gewinnen, wird dadurch gelöst, daß nach Abschluß der Kompressionsbewegung des Prüfstempels während einer Relaxationsperiode der Prüfstempel in seiner Endstellung verharrt und daß während der Relaxationsperiode die auf die Cigaretten wirkende Kraft in vorgegebenen Zeitabständen gemessen und zur Weiterverarbeitung an den Rechner gegeben wird. Die dadurch erreichten Vorteile entsprechen den im Zusammenhang mit den Relaxationsmessungen an Tabak genannten.
  • Die Aufgabe der Erfindung, alle für die Größe der Härte von Cigaretten maßgeblichen Parameter zu messen, wird dadurch gelöst, daß die Temperatur und die Feuchtigkeit der Cigaretten während oder unmittelbar nach dem Komprimieren mittels an dem Prüfstempel und/oder dem Probenhalter angebrachter Meßeinrichtungen bestimmt werden. Damit liegen zuverlässige Temperatur- und Feuchtig­keitswerte für die Cigaretten vor, die zur Korrektur der erhaltenen Härtedaten auf Standardbedingungen (z.B. 22°C, 12% Feuchtigkeit) verwendet werden können. Ein Vergleich von Härtedaten, die in unterschiedlichen Meßabläufen erhalten wurden, wird dadurch erleichtert.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak, mit einem einseitig offenstehenden Behälter zur Aufnahme des Tabaks, einem in eine Richtung in den Behälter hinein bewegbaren und diesen abschließenden Prüfstempel zur Ausübung einer Kraft auf den Tabak, einer Wegmeßeinrichtung zur Bestimmung der Länge der zwischen dem Prüfstempel und einer diesem gegenüberliegenden Wand des Behälters befindlichen Tabaksäule, sowie einer Zeitmeßeinrichtung.
  • Eine Vorrichtung nach diesem Oberbegriff ist aus dem Artikel "Untersuchungen mit einem verbesserten Densimeter zum Prüfen der Füllfähigkeit von Schnittabak und der Härte von Cigaretten" von H.W. Lorenz und F. Seehofer, Beiträge zur Tabakforschung, Band 4, Heft 7 (1968) bekannt, wie im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak diskutiert.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die das eingangs erläuterte Verfahren zum Bestimmen der Füllfähig­keit von Tabak durchführt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Vorrichtung auf: eine einen Motor enthaltende, von einem Rechner gesteuerte Antriebseinrich­tung für den Prüfstempel zur Aufbringung der Kraft auf den Tabak, an dem Prüfstempel oder an der Unterstützungsfläche des Behälters angebrachte Kraftmesser, sowie Meßwertwandler und Schnittstellen zur automatischen Erfassung der Meßwerte für die Kraft und die Länge der Tabaksäule und deren Übertragung an einen Rechner.
  • Zur Bestimmung der Temperatur des Tabaks weist diese Vorrichtung in dem Behälter oder an dem Prüfstempel angeordnete Meßeinrich­tungen sowie zur automatischen Erfassung der die Temperatur repräsentierenden Werte und deren Übertragung an den Rechner Meßwertwandler und Schnittstellen auf. In vorteilhafter Weise ist an der mit dem Tabak in Berührung stehenden Fläche des Prüfstem­pels und an der dieser gegenüberliegenden Innenwand des Behälters jeweils ein Platin-Präzisionswiderstand zur Bestimmung der Temperatur des Tabaks angeordnet.
  • Die Vorrichtung weist weiterhin in dem Behälter oder an dem Prüfstempel angeordnete Meßeinrichtungen zur Bestimmung der Feuchtigkeit des Tabaks sowie Meßwertwandler und Schnittstellen zur automatischen Erfassung der die Feuchtigkeit repräsentieren­den Werte und deren Übertragung an den Rechner auf. In vorteil­hafter Weise ist an der mit dem Tabak in Berührung stehenden Fläche des Prüfstempels und an der dieser gegenüberliegenden Innenwand des Behälters jeweils eine Anordnung aus mehreren gegeneinander isolierten Elektroden angebracht, die an eine Spannungsquelle schaltbar sind, um über den gemessenen, durch den Tabak fließenden Strom und/oder die gemessene Spannung die elektrische Leitfähigkeit als Maß für die Feuchtigkeit des Tabaks zu bestimmen.
  • Vorzugsweise enthält die Antriebseinrichtung für den Prüfstempel eine von einem Schrittmotor gedrehte Präzisionsspindel, und die Zahl der von dem Schrittmotor zurückgelegten Schritte ist ein Maß für die Länge der Tabaksäule.
  • Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zum Bestimmen der Härte von Cigaretten, mit einem im wesentlichen ebenen Probenhalter zur Aufnahme der Cigaretten, einem senkrecht zur Oberfläche des Probenhalters bewegbaren Prüfstempel zur Ausübung einer Kraft auf die Cigaretten, welcher eine parallel zur Oberfläche des Probenhalters verlaufende Druckfläche aufweist, einer Wegmeßeinrichtung zur Bestimmung der Dicke der zwischen der Druckfläche des Prüfstempels und der Oberfläche des Proben­halters befindlichen Cigaretten, sowie einer Zeitmeßeinrichtung.
  • Eine Vorrichtung nach diesem Oberbegriff ist ebenfalls aus dem Artikel "Untersuchungen mit einem verbesserten Densimeter zum Prüfen der Füllfähigkeit von Schnittabak und der Härte von Cigaretten" von H.W. Lorenz und F. Seehofer, Beiträge zur Tabakforschung, Band 4, Heft 7 (1968) bekannt und wurde bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Bestimmen der Härte von Cigaretten erläutert.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Bestimmen der Härte von Cigaretten zu schaffen, die das oben diskutierte Verfahren zum Bestimmen der Härte von Cigaretten durchführt.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zum Bestimmen der Härte von Cigaretten eine einen Motor enthaltende, von einem Rechner gesteuerte Antriebseinrichtung für den Prüfstempel zur Aufbringung der Kraft auf die Cigaretten, an dem Prüfstempel oder an dem Probenhalter angebrachte Kraftmesser, sowie Meßwertwandler und Schnittstellen zur automatischen Erfassung der Meßwerte für die Kraft und die Dicke der Cigaret­ten und deren Übertragung an einen Rechner aufweist.
  • Vorzugsweise enthält die Vorrichtung zum Bestimmen der Härte von Cigaretten an dem Probenhalter oder an dem Prüfstempel an­geordnete Meßeinrichtungen zur Bestimmung der Temperatur und der Feuchtigkeit der Cigaretten sowie Meßwertwandler und Schnittstel­len zur automatischen Erfassung der die jeweilige Meßgröße repräsentierenden Werte und deren Übertragung an den Rechner.
  • Die Antriebseinrichtung für den Prüfstempel dieser Vorrichtung kann eine von einem Schrittmotor gedrehte Präzisionsspindel aufweisen, wobei die Zahl der vom Schrittmotor zurückgelegten Schritte als Maß für die Dicke der Cigaretten verwendbar ist.
  • In vorteilhafter Weise ist der Prüfstempel ringförmig ausgebil­det. Der Probenhalter zur Aufnahme der Cigaretten weist eine Vielzahl radial angeordneter Mulden auf, die jeweils etwa die Länge einer Cigarette haben, in dem dem Prüfstempel gegenüber­liegenden Mittenbereich plan ausgebildet sind und in den beiden Endbereichen durch Stege gegen die jeweils benachbarten Mulden abgegrenzt sind. Mittels eines derart ausgebildeten Probenhal­ters und der zugehörigen Druckfläche kann gleichzeitig eine große Zahl von Cigaretten der Härtebestimmung unterzogen werden. Die Geometrie der Druckfläche und des Probenhalters gewährleistet, daß die Kräfte gleichmäßig von der Druckfläche des Prüfstempels auf die Cigaretten übertragen werden können.
  • Um auch die Festigkeit oder Härte der Cigarettenfilter zu bestimmen, kann vorzugsweise der ringförmige Prüfstempel von der Vorrichtung abgenommen und gegen einen zweiten Ring ausgetauscht werden, der sich nach seiner Montage über dem Bereich der Filter der auf dem Probenhalter liegenden Cigaretten befindet. Der Prüfablauf für die Härtebestimmung der Filter ist mit dem für die Härtebestimmung der Cigaretten identisch.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es auch, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der sowohl die Füllfähigkeit von Tabak als auch die Härte von Cigaretten nach den oben erläuterten Verfahren bestimmt werden können, um so die Gesamtkosten für diese Maschinen zu senken.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an einer funktionsfähigen Vorrichtung zur Bestimmung der Füllfähigkeit von Tabak der Prüfstempel zur Füllfähigkeitsbestimmung mit den daran befind­lichen Meßeinrichtungen gegen den Prüfstempel zur Härtebestim­mung mit den daran befindlichen Meßeinrichtungen austauschbar ist und daß der Behälter zur Füllfähigkeitsbestimmung mit den darin befindlichen Meßeinrichtungen gegen den Probenhalter zur Härtebestimmung mit den daran befindlichen Meßeinrichtungen austauschbar ist.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Die Zeichnungen zeigen:
    • Figur 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak,
    • Figur 2 eine Vorderansicht der Vorrichtung aus Figur 1 in Form eines Schnitts entlang der Linie I-I aus Figur 1,
    • Figuren 3(a) und (b) einen Längsschnitt (a) und einen Quer­schnitt (b) entlang der Linie III-III aus Figur 3(a) einer Anordnung der Temperaturfühler und Elektroden zur Bestimmung der Feuchtigkeit des Tabaks in der Vorrich­tung aus den Figuren 1 und 2,
    • Figuren 4(a) und (b) zwei Schritte zur Bestimmung der Temperatur und der Feuchtigkeit des Tabaks mittels der Anordnung aus Figur 3,
    • Figur 5 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Bestimmen der Härte von Cigaretten,
    • Figur 6 eine Vorderansicht der Vorrichtung aus Figur 5 in Form eines Schnitts entlang der Linie V/1-V/1,
    • Figuren 7(a), (b), (c) und (d) verschiedene Querschnitte der Vorrichtung aus den Figuren 5 und 6, und zwar Figur 7(a) entlang der Linie V/2-V/2 aus Figur 5, Figur 7(b) und Figur 7(c) entlang der Linie V/3-V/3 aus Figur 5, wobei in Figur 7(c) anstelle eines Prüfstempels ein Fil­terstempel eingesetzt ist, und Figur 7(d) einen Schnitt entlang der Linie V/4-V/4 aus Figur 5,
    • Figuren 8(a) und (b) einen Probenhalter der Vorrichtung aus den Figuren 5 bis 7, und zwar Figur 8(a) eine Ausschnitts­vergrößerung aus Figur 7(d) und Figur 8(b) einen Ausschnitt aus einer Seitenansicht des Probenhalters mit Blick in Richtung des Pfeils VIII aus Figur 8(a),
    • Figuren 9(a), (b), (c) und (d) verschiedene Schritte bei der Durchführung des Verfahrens zum Bestimmen der Füllfä­higkeit von Tabak mittels der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Vorrichtung, und zwar Figur 9(a) die Ausgangsposition der Vorrichtung, Figur 9(b) den Vorgang zum Einrichten der Wegstreckenmessung, Figur 9(c) den Vorgang des Komprimierens des Tabaks und Figur 9(d) den Vorgang einer Relaxationsmessung,
    • Figur 10 den Kalibriervorgang für einen Kraftmesser mittels der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Vorrichtung,
    • Figur 11 eine Kompressionskurve für Schnittabak, die die auf den Schnittabak ausgeübte Kraft F als Funktion der Resthöhe RH der Tabaksäule darstellt,
    • Figur 12 zwei Relaxationskurven für Schnittabak oder Cigaretten, die bei festgehaltener Resthöhe die ausgeübte Kraft F als Funktion der Zeit tR darstellen, und
    • Figur 13 eine Kompressionskurve für Cigaretten, die die auf die Cigaretten ausgübte Kraft F als Funktion der Resthöhe RH der Cigaretten darstellt.
  • Zunächst wird der Aufbau der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Vorrichtung zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak be­schrieben. Zwei parallele Führungsstangen 2 sind an einem Sockel 4 befestigt und an ihren oberen Enden durch eine Querstan­ge 6 stabilisiert. Ein im Querschnitt kreisförmiger Prüfstempel 8 ist über eine Verbindungsstange 10 an einer Arbeitstraverse 11 angebracht. Die Arbeitstraverse 11 ist entlang der Führungs­stangen 2 verschiebbar. Die am Prüfstempel 8 auftretenden Kräfte können über einen Kraftmesser 12 bestimmt werden, der zwischen der Verbindungsstange 10 und der unteren Seite der Ar­beitstraverse 11 installiert ist.
  • Die Arbeitstraverse 11 enthält einen Rahmen 14, der über Gleitlager 16 entlang der Führungsstangen 2 beweglich ist. Am oberen Ende des Rahmens 14 befindet sich ein Schrittmotor 18. Der Schrittmotor 18 treibt eine Präzisionsspindel 20 an, die an ihrem unteren Ende in einem an dem Rahmen 14 befestigten Lager 22 gelagert ist. Eine Mutter 24, die mit der Präzisionsspindel 20 in Eingriff steht, ist starr auf einer Traverse 26 befestigt, die wiederum unverrückbar mit den Führungsstangen 2 verbunden ist. Dieser Antrieb der Arbeitstraverse 11 über die Spindel 20 erlaubt ein Anheben oder Absenken der Arbeitstraverse 11. Nach außen treten dabei keine drehbaren Teile in Erscheinung; insbesondere ist der Kraftmesser 12 starr mit dem Rahmen 14 verbunden. Die Arbeitstraverse 11 ist durch zwei Verkleidungsbleche 28 abge­deckt, die in zur Ebene der Figur 2 parallelen Ebenen verlaufen, wie aus Figur 1 ersichtlich.
  • Der Tabak R befindet sich in einem zylinderförmigen Behälter 30, dessen Innendurchmesser geringfügig größer ist als der Außen­durchmesser des Prüfstempels 8. Der Behälter 30 sitzt auf einem Schlitten 32, der auf zwei Schienen 34 gleitet und seitlich verschiebbar ist, wie in Figur 1 dargestellt. Ein Anschlag­stück 36 an jeder Schiene 34 definiert die genaue Position des Schlittens 32 und des Behälters 30 in bezug auf den Prüfstem­pel 8.
  • An der Querstange 6 ist ein Endabschalter 38 angebracht, der bei einer Aufwärtsbewegung der Arbeitstraverse 11 betätigt wird, sobald diese ihre höchste vorgesehene Position erreicht hat. Der Schrittmotor 18 wird dadurch sicher abgeschaltet, auch unabhängig von den übrigen Steuersignalen, die er empfängt.
  • Ein flexibles Verbindungskabel 40 verbindet den Schrittmotor 18 mit einer Schrittmotorsteuerung 42, siehe Figur 1. Die Schritt­motorsteuerung 42 steht mit einem Rechner 44 in Verbindung. Da die Steigung der Präzisionsspindel 20 bekannt ist, erhält man die Position der Arbeitstraverse 11 und damit des Prüfstempels 8 mit hoher Genauigkeit über die Zahl der von dem Schrittmotor 18 zurückgelegten Schritte. Damit diese Art der Wegstreckenmessung funktioniert, muß allerdings nach Einschalten der Vorrichtung die absolute Position des Prüfstempels 8 einmal bestimmt werden. Dazu wird der Prüfstempel 8 auf ein Einrichtnormal gefahren. Von dieser bekannten Wegstrecke zwischen der Unterkante des Prüfstem­pels 8 und einer vorgegebenen Nullpunktslage ausgehend halten die Schrittmotorsteuerung 42 und der Rechner 44 alle Vorwärts- und Rückwärtsschritte des Schrittmotors 18 nach, so daß zu jedem späteren Zeitpunkt die absolute Wegstrecke zwischen der Un­terkante des Prüfstempels 8 und der vorgegebenen Nullpunktslage ermittelt werden kann. Der Vorgang des Einrichtens mit Hilfe des Einrichtnormals wird unten im Zusammenhang mit der Beschreibung des Verfahrens zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak näher erläutert. Die Schrittmotorsteuerung 42 und der Rechner 44 übernehmen also nicht nur die Steuerung der Arbeitstraverse 11, sondern auch das Messen der vom Prüfstempel 8 zurückgelegten Wegstrecke. Die erforderlichen Meßwertwandler und Schnittstellen sind dabei in dem Schrittmotor 18, der Schrittmotorsteuerung 42 und dem Rechner 44 enthalten. Alternativ könnte eine Wegstrecken­messung auch über ein externes Längenmeßgerät erfolgen, das zu jedem Zeitpunkt die absolute Lage des Prüfstempels 8 über einen Meßwertwandler und eine Schnittstelle an den Rechner 44 meldet.
  • Im Ausführungsbeispiel besteht der Kraftmesser 12 aus einer handelsüblichen Kraftmeßnabe. Die Meßwerte des Kraftmessers 12 werden über eine Schnittstelle 48 an den Rechner 44 geliefert. Sie unterscheiden sich von der vom Prüfstempel 8 auf den Tabak ausgeübten Kraft um eine konstante Gewichtskraft, da der Kraftmesser 12 nicht unmittelbar an der Grenzfläche zwischen Prüfstempel 8 und Tabak R montiert ist. Das Verfahren zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak erlaubt eine Korrektur der gemessenen Kraftwerte bezüglich dieser Konstanten und ermöglicht außerdem eine Kalibrierung des verwendeten Kraftmessers 12, siehe unten. Alternativ könnten ein oder mehrere Kraftmesser auch unterhalb des Behälters 30 eingebaut sein.
  • Figur 3 zeigt eine Anordnung von Temperaturfühlern und Elektro­den zur Bestimmung von Temperatur und Feuchtigkeit des Tabaks R. In seinem unteren Bereich besteht der Prüfstempel 8 aus einem Isolator 50, dessen Unterkante die Unterkante 51 des Prüfstempels definiert. Auf dem Boden 52 des Behälters 30 ist ebenso ein Isolator 54 angebracht, dessen Oberkante die Oberkante 55 des Bodens festlegt. In den Isolator 50 des Prüfstempels 8 ist ein erster Temperaturfühler 56 eingelassen und in den Isolator 54 am Boden des Behälters 30 ein zweiter Temperaturfühler 58. Die beiden Temperaturfühler sind vorzugsweise Pt 100-Widerstände. Dies sind Präzisionswiderstände aus Platin, durch die auf bekannte Weise ein Konstantstrom geleitet wird; der entlang der Widerstände gemessene Spannungsabfall ist ein Maß für die Temperatur. Die Temperaturfühler 56 und 58 sind über (nicht gezeigte) Meßwertwandler und Schnittstellen mit einem Rechner verbunden. Dies kann der Rechner 44 sein. Im Ausführungsbeispiel werden jedoch zwei untereinander kommunizierende Rechner verwendet, ein Hauptrechner und der Rechner 44 als Nebenrechner. In diesem Fall werden die Temperaturmeßwerte an den Hauptrechner geleitet.
  • Die Feuchtigkeit des Tabaks R wird durch eine Widerstandsmessung ermittelt. Zu diesem Zweck befinden sich am Isolator 50 des Prüfstempels 8 zwei erste Elektroden 60A und 60B und am Isola­tor 54 am Boden des Behälters 30 zwei zweite Elektroden 62A und 62B. Diese Elektroden sind mit einem bekannten Meßgerät zur Bestimmung der Feuchtigkeit von Tabak verbunden (nicht gezeigt), und die Ergebnisse für die Feuchtigkeit des Tabaks werden über eine (nicht gezeigte) Schnittstelle an den Rechner, hier den Hauptrechner, übertragen. Eine Feuchtigkeitsmessung funktioniert im Prinzip so, daß zwischen zwei Elektroden eine Wechselspannung mit konstanter Amplitude gelegt wird. Der durch den Tabak fließende Strom wird über einen vorgegebenen Widerstand in eine Spannung gewandelt, die somit ein Maß für den elektrischen Widerstand des Tabaks und damit seine Feuchtigkeit ist. Diese Spannung wird über die Schnittstelle dem Hauptrechner zugeführt. Die Meßeinrichtung zum Bestimmen der Feuchtigkeit des Tabaks muß gelegentlich mit Hilfe von Tabak bekannter Feuchtigkeit kali­briert werden. Zwischen den zweiten Elektroden 62A und 62B am Boden des Behälters 30 sind an dem Isolator 54 Metallscheiben 64 angebracht. Entsprechende Metallscheiben befinden sich auch zwischen den ersten Elektroden 60A und 60B. Bei Anliegen einer Spannung an den ersten Elektroden 60A, 60B bzw. zweiten Elektro­den 62A, 62B vergrößern diese Metallscheiben den durch die Messung erfaßten Tabakbereich und erhöhen somit die Zuverlässig­keit der Feuchtigkeitsmessungen. Die Innenseite der Seitenwand 66 des Behälters 30 ist mit einer elektrisch isolierenden Beschich­tung versehen.
  • Figur 4 zeigt, wie im Ausführungbeispiel die Elektroden geschal­tet werden, um die Feuchtigkeit des Tabaks R zu ermitteln. Nachdem die Tabaksäule im Behälter 30 im Verlauf des Verfahrens zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak auf ihre endgültige Resthöhe RHE komprimiert worden ist (siehe unten), wird zunächst eine Spannung zwischen die beiden Elektroden 60A und 60B gelegt. Der Meßwert U₁ entspricht einem ersten Wert für die Feuchtigkeit des Tabaks. Gleichzeitig wird über den ersten Temperaturfühler 56 die Temperatur T₁ des Tabaks gemessen, und die Meßwerte werden dem Hauptrechner zugeführt. Dies ist in Figur 4(a) dargestellt. Anschließend wird die Spannung zwischen die beiden Elektroden 62A und 62B gelegt, Figur 4(b). Ihr Meßwert U₂ wird ebenso wie die über den zweiten Temperaturfühler 58 bestimmte Temperatur T₂ an den Hauptrechner übertragen. Aus den Temperaturwerten T₁ und T₂ sowie den Spannungswerten U₁ und U₂ kann der Hauptrechner repräsentative Mittelwerte berechnen.
  • Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Vorrichtung zum Bestimmen der Härte von Cigaretten. Diese Vorrichtung ist ähnlich aufgebaut wie die Vorrichtung zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak, und gleiche oder entsprechende Bauteile sind mit um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen.
  • Zwei Führungsstangen 102 sind auf einem Sockel 104 befestigt und an ihren oberen Enden durch eine Querstange 106 verbunden. Ein ringförmiger Prüfstempel 108 mit einer Druckfläche 109 ist an einem Prüfstempelträger 110 angebracht. Derprüfstempelträger 110 ist über drei Kraftmesser 112A, 112B und 112C mit einem Zwi­schenstück 113 verbunden, das an der Unterseite des Rahmens 114 einer Arbeitstraverse 111 angebracht ist. Die Arbeitstraverse 111 wird von einem Schrittmotor 118 angetrieben. Die Antriebselemente der Arbeitstraverse 111 wie zum Beispiel eine Präzisionsspindel, die in einer Traverse abgestützt ist, sind die gleichen wie bei der Vorrichtung zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak. Aus diesem Grunde sind in Figur 6 die innerhalb der Arbeitstraverse 111 befindlichen Bauteile nicht nochmals dargestellt.
  • Der Schrittmotor 118 ist über ein flexibles Verbindungskabel 140 an eine Schrittmotorsteuerung 142 angeschlossen, die wiederum mit einem Rechner 144 verbunden ist, siehe Figur 5. Die Steuerung der Auf- und Abbewegung der Arbeitstraverse 111 sowie das Messen der von dem Prüfstempel 108 zurückgelegten Wegstrecke erfolgt genau wie bei der Vorrichtung zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak. An der Querstange 106 ist ein Endabschalter 138 an­gebracht.
  • Um ein zuverlässiges Messen der von dem Prüfstempel 108 auf die Cigaretten Z übertragenen Kraft zu gewährleisten, sind im Ausführungsbeispiel drei Kraftmesser 112A, 112B und 112C vorgesehen, siehe Figur 7(a), die den großflächigen Prüfstem­pelträger 110 mit dem Zwischenstück 113 verbinden, siehe Figur 7(b). Die Kraftmesser 112A, 112B und 112C können wiederum als handelsübliche Kraftmeßnaben ausgestaltet sein. Sie sind über ein flexibles Verbindungskabel 146 und eine Schnittstel­le 148 mit dem Rechner 144 verbunden. Alternativ könnten auch ein oder mehrere Kraftmesser an dem im folgenden Absatz beschriebenen Probenhalter 170 eingebaut sein.
  • Die Cigaretten Z, deren Härte bestimmt werden soll, liegen auf einem Probenhalter 170, der über eine Halterung 172 auf dem Sockel 104 angebracht ist. Der Probenhalter 170 ist insbesondere in Figur 7(d) und in Figur 8 dargestellt. Die Oberfläche des Probenhalters 170 ist im wesentlichen eben und verläuft parallel zu der Druckfläche 109 des Prüfstempels 108. Eine Vielzahl von Cigaretten Z liegt in einer kreisförmigen Anordnung auf dem Probenhalter 170. In radialer Richtung wird die Position jeder Cigarette Z durch einen zylinderförmigen Anschlagring 174 bestimmt, dessen Höhe etwa so groß wie die Dicke einer Cigaret­te Z ist, siehe Figur 6 und Figur 8(b). Für jede Cigarette Z ist eine Mulde 176 vorgesehen, deren Länge gleich dem Abstand zwischen dem Anschlagring 174 und dem äußeren Rand des Proben­halters 170 ist. Dies reicht zur Aufnahme einer langen Cigaret­te Z1 aus, siehe Figur 8(a). In einem Mittenbereich 178 sind die Mulden 176 plan oder eben ausgebildet. Die Mittenbereiche 178 der Mulden 176 befinden sich gegenüber der Druckfläche 109 des ringförmigen Prüfstempels 108. Um ein Wegrollen der Cigaretten in Umfangsrichtung zu verhindern, ist jede Mulde 176 gegen die jeweiligen Nachbarmulden durch innere Stege 180 und äußere Stege 182 abgegrenzt. Diese Stege 180 und 182 sind in Figur 8 schraffiert dargestellt. Sie erheben sich über die Ebene der Mittenbereiche 178 hinaus. Wie aus Figur 8(b) ersichtlich, liegen die Cigaretten Z1 und Z2 infolge der Ausgestaltung der inneren Stege 180 und der äußeren Stege 182 an beiden Enden in Mulden­bereichen, die vorzugsweise die Form eines Ausschnitts aus einem Zylindermantel haben. Die Tiefe beider Muldenbereiche ist vorzugsweise gleich dem Radius einer Cigarette Z1, Z2, und der Radius eines zugehörigen Zylinders ist etwas größer als der Radius einer Cigarette Z1, Z2 In radialer Richtung (bezogen auf den Probenhalter 170) erstrecken sich die inneren Stege 180 über eine Länge, die etwas größer als die Länge eines Cigarettenfil­ters ZF1, ZF2 ist. Die äußeren Stege 182 sind lang genug, um neben langen Cigaretten Z1 auch kurze Cigaretten Z2 zu halten. In Figur 8(a) sind lediglich zwei Cigaretten Z1 und Z2 un­terschiedlicher Länge eingezeichnet. In der Regel wird der Probenhalter 170 jedoch vollständig mit Cigaretten Z gleicher Länge und Art belegt.
  • Der Abstand zwischen der Druckfläche 109 des Prüfstempels 108 und den Mittenbereichen 178 auf dem Probenhalter 170 ist für alle Cigaretten Z gleich. Da aufgrund von Herstellungstoleranzen nicht alle Cigaretten Z den gleichen Durchmesser besitzen, werden sie während der Kompressionsbewegung des Prüfstempels unterschiedlich stark komprimiert. Die erhaltenen Meßwerte für die auf die Cigaretten ausgeübte Kraft sind trotzdem zuverlässige Durch­schnittswerte, da über eine große Anzahl von Cigaretten gemittelt wird. Ein ebener Mittenbereich 178 hat gegenüber einem gekrümmten den Vorteil, daß die Bedingungen auch für Cigaretten verschiede­ner Durchmesser vergleichbar sind, denn es stellt sich nicht die Frage nach einem geeigneten Krümmungsradius für den Mittenbereich 178, der nur auf einen Cigarettendurchmesser optimal abgestimmt werden könnte.
  • Um auch ein Bestimmen der Härte der Filter ZF1, ZF2 der Cigaret­ten Z1, Z2 zu ermöglichen, kann der ringförmige Prüfstempel 108 von dem Prüfstempelträger 110 abgeschraubt und durch einen zweiten Ring oder Filterstempel 190 ersetzt werden. Wie aus Figur 7(c) ersichtlich, hat der Filterstempel 190 einen kleineren Radius als der Prüfstempel 108 und liegt den Filtern ZF1, ZF2 der Cigaretten Z1, Z2 auf dem Probehalter 170 gegenüber. Ein Verfahren zum Bestimmen der Härte der Cigarettenfilter läuft genauso ab wie das Verfahren zum Bestimmen der Härte von Cigaretten.
  • Die Temperatur der Cigaretten Z wird mittels eines oder mehrerer Temperaturfühler bestimmt, die am Probenhalter 170, am Prüfstem­pel 108 oder am Prüfstempelträger 110 eingebaut sind. Dazu können beispielsweise Pt 100-Platin-Präzisionswiderstände dienen, die über einen Meßwertwandler und eine Schnittstelle mit einem Hauptrechner verbunden sind, ähnlich wie oben im Zusammenhang mit der Vorrichtung zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak beschrieben. Auch die Feuchtigkeit der Cigaretten oder genauer gesagt, des Tabaks in den Cigaretten, kann in vergleichbarer Weise gemessen und an den Computer übermittelt werden. Zum Beispiel kann der Prüfstempel 108 als eine Elektrode und der Probenhalter 170 als die andere Elektrode einer Spannungsein­richtung geschaltet werden, die den elektrischen Widerstand der auf dem Probenhalter 170 liegenden Cigaretten Z über eine Strommessung ermittelt. Weil der Strom dabei auch durch das Cigarettenpapier fließt, muß dessen elektrischer Widerstand als empirische Größe bei der Messung berücksichtigt werden, um auf den Widerstand und damit die Feuchtigkeit des Tabaks in den Cigaretten zu schließen. Hierzu sind Kalibrierungsmessungen erforderlich.
  • Die beschriebenen Vorrichtungen zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak und der Härte von Cigaretten sind weitgehend gleich aufgebaut. Zum Antreiben der Prüfstempel 8 bzw. 108 und zum Erfassen und Verarbeiten der Meßwerte für Wegstrecke, Kraft, Temperatur und Feuchtigkeit kann daher dieselbe Apparatur verwendet werden. Um eine funktionsfähige Vorrichtung zur Bestimmung der Füllfähigkeit von Tabak in eine funktionsfähige Vorrichtung zur Bestimmung der Härte von Cigaretten umzuwandeln, muß lediglich der Prüfstempel 8 mit der Verbindungsstange 10 und dem zugehörigen Kraftmesser 12 einschließlich der an dem Prüfstempel 8 angebrachten Meßeinrichtungen für Temperatur und Feuchtigkeit gegen den auf dem Prüfstempelträger 110 befindlichen Prüfstempel 108 mit den daran angebrachten Meßeinrichtungen für Temperatur und Feuchtigkeit sowie den auf dem Zwischenstück 113 montierten Kraftmessern 112A, 112B und 112C ausgetauscht werden. An die Stelle des auf dem Schlitten 32 sitzenden Behälters 30 mit den eingebauten Meßeinrichtungen für Temperatur und Feuchtigkeit tritt der Probenhalter 170 auf der Halterung 172 mit den daran befindlichen Meßeinrichtungen für Temperatur und Feuchtigkeit.
  • Prinzipiell können die Kraftmesser 12 bzw. 112A, 112B, 112C anstatt an den Prüfstempeln 8 bzw. 108 auch unterhalb des Behälters 30, z.B. an dem Schlitten 32, bzw. am Probenhalter 170 oder der Halterung 172 angebracht sein.
  • Im folgenden wird das Verfahren zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak beschrieben, das mit der erläuterten Vorrichtung zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak durchgeführt wird. Im Ausführungsbeispiel erfolgen die Messungen an Schnittabak; entrippter Blattabak oder die vollen Blätter einer kleinblättri­gen Tabaksorte könnten ebenso gut verwendet werden.
  • Die Steuerung, Datenaufnahme und Datenverarbeitung erfolgt im Ausführungsbeispiel durch zwei Rechner. Der Rechner 44, fortan Nebenrechner genannt, steuert den Schrittmotor 18, wodurch die Position des Prüfstempels 8 bekannt ist, und nimmt die Meßwerte für die auf den Schnittabak ausgeübte Kraft entgegen. Dieser Nebenrechner kommuniziert mit einem Hauptrechner, an den die Einrichtungen zum Messen der Temperatur und Feuchtigkeit des Schnittabaks angeschlossen sind, und der auch die weitere Datenauswertung übernimmt. Genauso gut können aber sämtliche Steuer-, Datenerfassungs- und Auswertevorgänge von einem einzigen Rechner durchgeführt werden.
  • Die Länge der Tabaksäule zwischen der Unterkante 51 des Prüfstem­pels 8 und der Oberkante 55 des Bodens des Behälters 30 wird fortan als Resthöhe RH bezeichnet. Dabei gibt die Oberkante 55 des Bodens die Nullpunktslage 0 für die Position des Prüfstem­pels 8 an. Aufgrund des unten beschriebenen Einrichtvorgangs zur Bestimmung einer Anfangsposition des Prüfstempels 8 in absoluten Längeneinheiten sind automatisch alle Werte für die Resthöhe RH auf die Nullpunktslage 0 bezogen.
  • Infolge von Gewichtskräften steht auch bei unbelastetem Stempel 8 am Kraftmesser 12 ein Kraftwert an. Zu Beginn eines Prüfablaufs zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Schnittabak wird dieser Offset-Wert automatisch erfaßt und im Nebenrechner abgespeichert. Bei allen folgenden Kraftmessungen wird er subtrahiert, so daß die für die Kraft F angegebenen Meßwerte Nullpunkt-korrigiert sind.
  • Anhand der Figuren 9 und 10 werden im folgenden die einzelnen Schritte für den Prüfablauf, d.h. die einzelnen Verfahrens­schritte zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Schnittabak erläutert.
  • Zu Beginn werden alle Geräte eingeschaltet und die Programme für den Hauptrechner und den Nebenrechner geladen. Die Arbeitstra­ verse 11 fährt bis zum Endabschalter 38, siehe Figur 9(a). Diese oberste Position ist die Ausgangsposition für den Prüfstempel 8. Der Nebenrechner gibt dann ein Signal BS1 an den Hauptrechner ab, das dessen Programmstart auslöst. Anschließend übermittelt der Hauptrechner Parameter für das Einrichten und den Prüfablauf an den Nebenrechner. Diese Parameter geben beispielsweise an: den Meßbereich A des Kraftmessers 12, die Höhe E eines Ein­richtnormals 68, den Abstand L zwischen der Oberkante 55 des Bodens und dem oberen Rand des Behälters 30, die Lage G der Startposition des Prüfstempels 8 in bezug auf den Nullpunkt 0, den zeitlichen Abstand H zwischen Einzelmessungen während der Relaxationsperiode, den Abstand M zwischen der Unterkante 51 des Prüfstempels 8 und der Oberkante 55 des Bodens des Behälters 30, bei dem mit der Datenaufnahme begonnen wird, die Prüfgeschwindig­keit N, mit der der Prüfstempel 8 während des Komprimierens des Schnittabaks verfahren wird, die Maximalkraft F(MAX), bei deren Erreichen der Kompressionsvorgang beendet und der Prüfstempel 8 gestoppt wird, das Meßintervall P während des Kompressionsvor­gangs, die Relaxationsperiode Q (Größenordnung Minuten) und die Lage V der Ausgangsposition des Prüfstempels 8 in bezug auf die Nullpunktslage O.
  • Nun wird ein Einrichtnormal 68, etwa ein Zylinder bekannter Höhe E mit einem Halterand, auf den oberen Rand des Behälters 30 gesetzt und der Befehl zum Beginn des Einrichtens an den Hauptrechner gegeben, siehe Figur 9(b). Der Hauptrechner übermittelt das Kommandosignal "a" an den Nebenrechner. Daraufhin wird der Prüfstempel 8 bis kurz vor das Einrichtnormal 68 abgesenkt, und anschließend wird das Einrichtnormal 68 bis zu einer definierten Kraft angefahren, die über den Kraftmesser 12 bestimmt wird. Der Absolutwert für diese Position des Prüfstem­pels 8 beträgt L+E, siehe Figur 9(a) und Figur 9(b). Da dieser Wert bekannt ist, können alle zukünftigen Positionen des Prüfstempels 8 über die Zahl der von dem Schrittmotor 18 zurückgelegten Schritte (vorwärts oder rückswärts) ermittelt werden, wie bereits erläutert. Im Anschluß wird der Prüfstempel 8 in die Startposition G verschoben, und der Nebenrechner sendet ein Signal BS2 an den Hauptrechner, das anzeigt, daß die Startposition G erreicht ist. Die Vorrichtung ist nun für Messungen an Schnittabak bereit.
  • Nach Entfernen des Einrichtnormals 68 von dem Behälter 30 werden Daten zur Versuchsbezeichnung und Kenndaten für den Schnittabak, dessen Füllfähigkeit bestimmt werden soll, in den Hauptrechner eingegeben. Die Probe des Schnittabaks wird ausgewogen (z.B. 400 g), wobei die Tabakmasse automatisch von dem Hauptrechner, mit dem die Waage verbunden ist, entgegengenommen wird. Anschlie­ßend kann der Schnittabak in den Behälter 30 eingefüllt werden. Dabei ist es nützlich, daß der Behälter 30 auf dem Schlitten 32 entlang der Schienen 34 verschiebbar ist, wobei die genaue Lage in bezug auf den Prüfstempel 8 durch die Anschlagstücke 36 definiert ist. Nach Eingabe des Startbefehls an den Hauptrechner durch den Benutzer übermittelt der Hauptrechner den Steuerbefehl "c" an den Nebenrechner, der daraufhin zunächst den Probenstem­pel 8 bis zu der Stelle M steuert, siehe Figur 9(c). Dort beginnt die Aufnahme der Meßwerte für die Kraft F und die Resthöhe RH, die mit dem Meßintervall P, d.h. in zeitlichen Abständen von P Sekunden, im Nebenrechner abgespeichert werden. Dabei bewegt sich der Prüfstempel 8 mit der konstanten Prüfgeschwindigkeit N nach unten. Sobald die Kraft F den vorgegebenen Maximal­wert F(MAX) erreicht hat, wird der Prüfstempel 8 gestoppt und der Kompressionsvorgang ist beendet. Dies wird dem Hauptrechner durch das von dem Nebenrechner abgegebene Steuersignal BS4 angezeigt.
  • Der Prüfstempel 8 verharrt nun bei der endgültigen und minimalen Resthöhe RH=RHE, die von dem Nebenrechner abgespeichert wird, siehe Figur 9(d). Jetzt wird während der Relaxationsperiode Q eine Relaxationsmessung für den Schnittabak R durchgeführt, indem der Nebenrechner mit dem Intervall H Meßwerte für die Kraft F entgegennimmt und abspeichert. Zur gleichen Zeit veranlaßt der Hauptrechner die Messungen der Temperaturen T₁ und T₂ und der feuchtigkeitsrelevanten Spannungswerte U₁ und U₂, wie bei der Beschreibung der Vorrichtung zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak erläutert. Diese Werte werden an den Hauptrechner übergeben und dort abgespeichert. Nach Ablauf der Relaxationsperiode Q übersendet der Nebenrechner das Steuersignal BS9 an den Haupt­rechner, woraufhin dieser das Steuersignal "i" an den Nebenrech­ner abgibt. Das veranlaßt den Nebenrechner, den Prüfstempel 8 wieder in seine Startposition G zu fahren. Beim Erreichen der Startposition G gibt der Nebenrechner das Steuersignal BS3 an den Hauptrechner ab.
  • Der Hauptrechner fordert anschließend über das Steuersignal "k" alle Meßwerte des Prüfablaufs vom Nebenrechner an. Die Meßwerte werden im Format "Kraft F, Resthöhe RH, Prüfbereich" übermittelt und abgespeichert, wobei der Parameter für den Prüfbereich zwischen den Werten für die Kompressionsmessung und denen für die Relaxationsmessung unterscheidet. Die Werte für die Kraft F sind bereits bezüglich des Offsets korrigiert.
  • Der Hauptrechner stellt aus den übernommenen Meßdaten eine Kompressionskurve und eine Relaxationskurve für den geprüften Schnittabak dar, woraus Werte für die Füllfähigkeit entnommen werden können. Außerdem führt der Hauptrechner über die ihm zur Verfügung stehenden Daten für die Tabakart-Kennung und die gemessene Temperatur und Feuchtigkeit eine Korrektur der erhaltenen Kurven oder Füllfähigkeitswerte auf Standardbedingun­gen durch. Dies wird unten näher erläutert.
  • Während der Berechnungen im Hauptrechner und der Ausgabe der Ergebnisse verharrt der Prüfstempel 8 in der Startposition G. Sobald eine neue Schnittabakprobe in den Behälter 30 eingefüllt ist, kann eine weitere Messung zur Bestimmung der Füllfähigkeit beginnen. Der folgende Prüfablauf wird vom Benutzer durch einen neuen Kommandobefehl an den Hauptrechner eingeleitet, der daraufhin das Steuersignal "c" an den Nebenrechner übermittelt. Ein erneutes Einrichten zum Bestimmen der Absolutlage des Prüfstempels 8 ist in der Regel nicht erforderlich. Bei kriti­ schen Fehlermeldungen schickt jedoch der Hauptrechner die Arbeitstraverse 11 über das Steuersignal "m" wieder in die Ausgangsposition mit Anschlag am Endabschalter 38 zurück. Das Steuersignal "m" wird zum Beispiel dann abgegeben, wenn die von dem Kraftmesser 12 aufgenommene Kraft einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet oder wenn Schalter von Sicherheitsvor­richtungen der Anlage nicht geschlossen sind. In diesen Fällen und grundsätzlich beim Einschalten der Vorrichtung muß das Einrichten mittels des Einrichtnormals 68 wiederholt werden.
  • Die Kalibrierung des Kraftmessers 12 sollte in periodischen Abständen überprüft werden. Dazu wird eine geeichte Kalibrier­meßnabe 69 verwendet, die anstelle des Behälters 30 unter den Prüfstempel 8 gelegt wird, siehe Figur 10. Die Höhe C der Kalibriermeßnabe 69 über der Nullpunktslage O sowie die Start­position G′ für Kalibrierungsmessungen werden als Parameter vom Hauptrechner an den Nebenrechner übergeben. Zum Kalibrieren fährt der Prüfstempel von der Startposition G′ ausgehend mit minimaler Geschwindigkeit auf die Kalibriermeßnabe 69. Anschließend können die über den Kraftmesser 12 erhaltenen Meßwerte für die Kraft mit denen der geeichten Kalibriermeßnabe 69 verglichen werden, um gegebenenfalls die vom Kraftmesser 12 erhaltenen Werte zu korrigieren.
  • Nach Beendigung eines vollständigen Prüfablaufs zum Messen füllfähigkeitsrelevanter Daten an einer gegebenen Schnittabak­probe stehen dem Hauptrechner folgende Meßwerte zur Verfügung: die Wertepaare der Kompressionsmessung (Kraft F, Resthöhe RH bei konstanter Geschwindigkeit N des Prüfstempels 8), die Wertepaare der Relaxationsmessung (Kraft F, Zeit tR bei gemessener, konstanter Resthöhe RH = RHE), die Masse m des Schnittabaks (etwa 400 g bei einem Volumen des Behälters 30 von ca. 5 Liter), die Temperaturmeßwerte T₁, T₂ und deren Mittelwert T, sowie die Spannungswerte U₁, U₂ der Leitfähigkeitsmessung und deren Mittelwert U.
  • Aus den während der Kompressions- und Relaxationsmessungen erhaltenen Daten können allgemeine tabakelastische Kenngrößen wie z.B. die Kompressibilität oder das Fest/Flüssig-Verhalten des Schnittabaks berechnet oder empirisch abgeschätzt werden. Diese Kenngrößen hängen einerseits von der Tabakmischung und andererseits stark von der Temperatur und Tabakfeuchtigkeit ab.
  • Aus den Meßwertepaaren der Kompressionsmessung läßt sich eine Kompressionskurve darstellen, siehe Figur 11. Hier ist die auf den Tabak wirkende Kraft F als Funktion der Resthöhe RH auf­getragen. Die Resthöhe RH nimmt von links nach rechts ab. Da im Ausführungsbeispiel der Prüfstempel 8 mit einer konstanten Geschwindigkeit N verfahren wird, besteht zwischen der Resthö­he RH und der während der Kompression des Schnittabaks ver­strichenen Zeit tk ein linearer Zusammenhang; die Zeit tk wächst von links nach rechts. Die Kurve in Figur 11 endet bei der Maximalkraft F(MAX). Als "Füllfähigkeit" FF des Schnittabaks kann man die Resthöhe RH1 bei einer definierten Prüfkraft F1 bezeichnen, siehe Figur 11.
  • In Figur 12 ist die während der Relaxationsmessung bestimmte Kraft F als Funktion der Zeit tR für zwei verschiedene Tabaksor­ten aufgetragen. Die Kraft F nimmt von ihrem Maximalwert F(MAX) zur Zeit tR = 0 stetig ab, bis die Messung nach Ablauf der Relaxationsperiode zur Zeit Q beendet wird. Die in Figur 12 aufgetragen Kurven repräsentieren das Fest/Flüssig-Verhalten der beiden untersuchten Tabaksorten.
  • Um die Ergebnisse verschiedener Messungen vergleichen zu können, müssen sie auf Standardbedingungen korrigiert werden. Als Standardbedingungen gelten beispielsweise 400 g Tabakmasse, eine Temperatur von 22°C und eine Tabakfeuchtigkeit von 12% (bezogen auf die Gesamtsubstanz). Die Korrekturen können nach Ablauf der Relaxationsmessung im Hauptrechner wie nachfolgend erläutert durchgeführt werden, so daß nach einer Messung bereits der korrigierte Wert der Füllfähigkeit ausgegeben werden kann.
  • Die im folgenden aufgeführten Korrekturschritte beruhen alle auf bekannten, empirischen Beziehungen. Bei ihrer Berechnung werden empirische Koeffizienten verwendet, die für die untersuchte Tabakmischung spezifisch sind. Diese Korrekturkoeffizienten sind im Hauptrechner abgespeichert.
  • Aus den nach Figur 11 aufgetragenen unkorrigierten Daten erhält man beispielsweise durch eine Spline-Interpolation die Füllfä­higkeit FF(0) (entspricht RH1) bei gegebener Masse, Feuchtigkeit und Temperatur des Schnittabaks.
  • Zunächst wird durch Normierung auf die ausgewogene Tabakmasse eine Massekorrektur durchgeführt, die einen korrigierten Füllfähigkeitswert FF(1) liefert.
  • Der gemessene Wert U für die Spannung hängt direkt von der Temperatur T ab. Dies ist zu berücksichtigen, wenn mit Hilfe von U die tatsächliche Feuchtigkeit WG des Tabaks berechnet wird.
  • Die Füllfähigkeit bei einer gegebenen Feuchtigkeit hängt auch direkt von der Temperatur T ab. Mit Hilfe der mischungsabhängigen Beziehung FF = f(T) kann die Füllfähigkeit FF(1) in den Füllfähigkeitswert FF(2) bei 22°C und der gegebenen Feuchtigkeit WG des Tabaks umgerechnet werden. Eine weitere Gleichung erlaubt bei Verwendung der tatsächlichen Feuchtigkeit WG schließlich die Umrechnung von FF(2) in FF(3), wobei FF(3) der auf eine Tabak­feuchtigkeit von 12% korrigierte Füllfähigkeitswert und damit der vollständig auf Standardbedingungen korrigierte Wert für die Füllfähigkeit der untersuchten Tabaksorte ist.
  • Das Verfahren zum Bestimmen der Härte von Cigaretten verläuft praktisch genauso ab wie das Verfahren zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak. Es können sogar dieselben Rech­nerprogramme verwendet werden. Lediglich die Werte für einige der in den Hauptrechner eingegebenen Parameter sind anders. Zum Beispiel wird ein Einrichtnormal der Höhe E direkt auf den Probenhalter 170 gelegt, so daß L = 0. Die Nullpunktslage 0 ist durch die Oberfläche des Probenhalters 170 in den Mitten­bereichen 178 der Mulden 176 für die Cigaretten Z definiert. Der Resthöhe RH entspricht nun dies"Restdicke" der Cigaretten; sie ist durch den Abstand zwischen der Oberfläche des Probenhal­ters 170 in den Mittenbereichen 178 und der Druckfläche 109 des Prüfstempels 108 festgelegt. Da im Ausführungsbeispiel drei Kraftmesser 112A, 112B und 112C verwendet werden, ist die gesamte auf die Cigaretten ausgeübte Kraft F gleich der Summe der Offset­korrigierten Kräfte, die von den drei Kraftmessern 112A, 112B, 112C angezeigt werden.
  • Figur 13 zeigt eine an Cigaretten gemessene Kompressionskurve. Der Härtewert HÄ der Cigaretten kann über zwei bei definierten Kräften F1 und F2 auftretenden Resthöhen RH1 und RH2 als "Eindringtiefe" definiert werden:
    HÄ = RH1 - RH2.
    Ebensogut ist die Angabe einer prozentualen "Verformung" HÄ (%) möglich:
    HÄ(%) = 100 * RH2 / RH1.
  • Die die Ausgangslage definierende Kraft F1 sollte möglichst klein gewählt werden.
  • Figur 12 zeigt zwei an Cigaretten gemessene Relaxationskurven. Sie verlaufen ähnlich wie die Relaxationskurven von Schnittabak.
  • Die Härtewerte sind wiederum mischungsspezifisch abhängig von den Parametern Temperatur, Tabakfeuchtigkeit und Tabakgewicht pro Cigarette. Die Härtewerte können genau wie die Füllfähig­keitswerte für Schnittabak mittels empirischer Beziehungen auf Standardbedindungen korrigiert werden, wobei zusätzlich die empirisch bekannten Eigenschaften des Cigarettenpapiers berück­sichtigt werden müssen, um aus den feuchtigkeitsrelevanten Meßwerten auf die Feuchtigkeit des in der Cigarette enthaltenen Tabaks zu schließen.

Claims (20)

1. Verfahren zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak, bei welchem auf eine vorgegebene Tabakmenge in einem an einer Seite durch einen bewegbaren Prüfstempel (8) abgeschlossenen Behälter (30) durch den Prüfstempel (8) eine Kraft ausgeübt wird, und bei welchem die Länge der Tabaksäule unter der Wirkung der Kraft sowie die Zeit gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfstempel (8) zum Ausüben der Kraft mittels eines Motors (18) in vorgegebener Weise angetrieben wird, wobei der Tabak (R) komprimiert wird, daß die auf den Tabak (R) ausgeübte Kraft am Prüfstempel (8) oder an einer Unterstützungsfläche des Behälters (30) gemessen wird, daß die Länge der Tabaksäule über die von dem Prüfstempel (8) zurückgelegte Wegstrecke gemessen wird, daß die Meßwerte für Kraft und Wegstrecke während des Komprimierens erfaßt und über Meßwertwandler und Schnittstellen (42, 48) zur Weiter­verarbeitung an einen Rechner (44) gegeben werden, und daß weitere für die Größe der Füllfähigkeit maßgebliche Parameter in unabhängigen Messungen bestimmt und einem Rechner zugeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abschluß der Kompressionsbewegung des Prüfstempels (8) während einer Relaxationsperiode der Prüfstempel (8) in seiner Endstellung verharrt und daß während der Relaxations­periode die auf den Tabak (R) wirkende Kraft in vorgegebenen Zeitabständen gemessen und zur Weiterverarbeitung an den Rechner (44) gegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Tabaks (R) als ein für die Größe der Füllfähigkeit maßgeblicher Parameter mittels in dem Behäl­ter (30) oder an dem Prüfstempel (8) angebrachter Meßeinrich­ tungen (56, 58) während oder unmittelbar nach dem Komprimie­ren bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuchtigkeit des Tabaks (R) als ein für die Größe der Füllfähigkeit maßgeblicher Parameter mittels in dem Behäl­ter (30) oder an dem Prüfstempel (8) angebrachter Meßeinrich­tungen (60A, 60B, 62A, 62B) während oder unmittelbar nach dem Komprimieren bestimmt wird.
5. Verfahren zum Bestimmen der Härte von Cigaretten, bei welchem auf eine vorgegebene Anzahl von Cigaretten (Z), die auf einem im wesentlichen ebenen Probenhalter (170) liegen, von einem senkrecht zu der Oberfläche des Probenhalters (170) beweg­baren Prüfstempel (108), der eine parallel zu der Oberfläche des Probenhalters (170) verlaufende Druckfläche (109) aufweist, eine Kraft ausgeübt wird, und bei welchem die Dicke der Cigaretten (Z) unter der Wirkung der Kraft sowie die Zeit gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfstempel (108) zum Ausüben der Kraft mittels eines Motors (118) in vorgegebener Weise angetrieben wird, wobei die Cigaretten (Z) komprimiert werden, daß die auf die Cigaretten (Z) ausgeübte Kraft am Prüfstempel (108) oder am Probenhalter (170) gemessen wird, daß die Dicke der Cigaretten (Z) über die von dem Prüfstempel (108) zurückgelegte Wegstrecke gemessen wird, daß die Meßwerte für Kraft und Wegstrecke während des Komprimierens erfaßt und über Meßwertwandler und Schnitt­stellen (142, 148) zur Weiterverarbeitung an einen Rechner (144) gegeben werden, und daß weitere für die Größe der Härte maßgebliche Parameter in unabhängigen Messungen bestimmt und einem Rechner zugeführt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abschluß der Kompressionsbewegung des Prüfstempels (108) während einer Relaxationsperiode der Prüfstempel (108) in seiner Endstellung verharrt und daß während der Relaxations­ periode die auf die Cigaretten (Z) wirkende Kraft in vorgegebenen Zeitabständen gemessen und zur Weiterverar­beitung an den Rechner (144) gegeben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur und/oder die Feuchtigkeit der Cigaret­ten (Z) als für die Größe der Härte maßgebliche Parameter mittels an dem Prüfstempel (108) und/oder dem Probenhalter (170) angebrachter Meßeinrichtungen während oder unmittelbar nach dem Komprimieren bestimmt werden.
8. Vorrichtung zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak, mit einem einseitig offenstehenden Behälter (30) zur Aufnahme des Tabaks (R), einem in eine Richtung in den Behälter hinein bewegbaren und diesen abschließenden Prüfstempel (8) zur Ausübung einer Kraft auf den Tabak (R), einer Wegmeßeinrich­tung (18, 42, 44) zur Bestimmung der Länge der zwischen dem Prüfstempel (8) und einer diesem gegenüberliegenden Wand (55) des Behälters (30) befindlichen Tabaksäule, sowie einer Zeit­meßeinrichtung (44), gekennzeichnet durch eine einen Motor (18) enthaltende, von einem Rechner (44) gesteuerte Antriebs­einrichtung (11) für den Prüfstempel (8) zur Aufbringung der Kraft auf den Ttabak (R), durch an dem Prüfstempel (8) oder an der Unterstützungsfläche des Behälters (30) angebrachte Kraftmesser (12), sowie durch Meßwertwandler und Schnittstel­len (42, 48) zur automatischen Erfassung der Meßwerte für die Kraft und die Länge der Tabaksäule und deren Übertragung an einen Rechner (44).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch in dem Behälter (30) oder an dem Prüfstempel (8) angeordnete Meßeinrichtungen (56, 58) zur Bestimmung der Temperatur des Tabaks (R) sowie durch Meßwertwandler und Schnittstellen zur automatischen Erfassung der die Temperatur repräsentierenden Werte und deren Übertragung an einen Rechner.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der mit dem Tabak (R) in Berührung stehenden Fläche (51) des Prüfstempels (8) und an der dieser gegenüberliegenden Innenwand (55) des Behälters (30) jeweils ein Platin-­Präzisionswiderstand (56, 58) zur Bestimmung der Temperatur des Tabaks (R) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, gekennzeichnet durch in dem Behälter (30) oder an dem Prüfstempel (8) angeordnete Meßeinrichtungen (60A, 60B, 62A, 62B) zur Bestimmung der Feuchtigkeit des Tabaks (R) sowie durch Meßwertwandler und Schnittstellen zur automatischen Erfassung der die Feuchtig­keit repräsentierenden Werte und deren Übertragung an einen Rechner.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der mit dem Tabak (R) in Berührung stehenden Fläche (51) des Prüfstempels (8) und an der dieser gegenüberliegenden Innenwand (55) des Behälters (30) jeweils eine Anordnung aus mehreren gegeneinander isolierten Elektroden (60A, 60B, 62A, 62B) angebracht ist, die an eine Spannungsquelle schaltbar sind, um über den gemessenen, durch den Tabak (R) fließenden Strom und/oder die gemessene Spannung die elektrische Leitfähigkeit als Maß für die Feuchtigkeit des Tabaks (R) zu bestimmen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (11) für den Prüfstempel (8) eine von einem Schrittmotor (18) gedrehte Präzisionsspindel (20) aufweist, wobei die Zahl der vom Schrittmotor (18) zurückgelegten Schritte als Maß für die Länge der Tabaksäule verwendbar ist.
14. Vorrichtung zum Bestimmen der Härte von Cigaretten, mit einem im wesentlichen ebenen Probenhalter (170) zur Aufnahme der Cigaretten (Z), einem senkrecht zur Oberfläche des Probenhal­ ters (170) bewegbaren Prüfstempel (108) zur Ausübung einer Kraft auf die Cigaretten (Z), welcher eine parallel zur Oberfläche des Probenhalters (170) verlaufende Druckfläche (109) aufweist, einer Wegmeßeinrichtung (118, 142, 144) zur Bestimmung der Dicke der zwischen der Druckfläche (109) des Prüfstempels (108) und der Oberfläche des Probenhalters (170) befindlichen Cigaretten (Z), sowie einer Zeitmeßeinrichtung (144), gekennzeichnet durch eine einen Motor (118) enthal­tende, von einem Rechner (144) gesteuerte Antriebseinrichtung (111) für den Prüfstempel (108) zur Aufbringung der Kraft auf die Cigaretten (Z), durch an dem Prüfstempel (108) oder an dem Probenhalter (170) angebrachte Kraftmesser (112A, 112B, 112C), sowie durch Meßwertwandler und Schnittstellen (142, 148) zur automatischen Erfassung der Meßwerte für die Kraft und die Dicke der Cigaretten (Z) und deren Übertragung an einen Rechner (144).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch an dem Probenhalter (170) oder an dem Prüfstempel (108) angeordnete Meßeinrichtungen zur Bestimmung der Temperatur der Cigaret­ten (Z) sowie durch Meßwertwandler und Schnittstellen zur automatischen Erfassung der die Temperatur repräsentierenden Werte und deren Übertragung an einen Rechner.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch an dem Probenhalter (170) oder an dem Prüfstempel (108) angeordnete Meßeinrichtungen zur Bestimmung der Feuchtigkeit der Cigaretten (Z) sowie durch Meßwertwandler und Schnitt­stellen zur automatischen Erfassung der die Feuchtigkeit repräsentierenden Werte und deren Übertragung an einen Rechner.
17. Vorrichtung nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Antriebseinrichtung (111) für den Prüfstem­pel (108) eine von einem Schrittmotor (118) gedrehte Präzisionsspindel aufweist, wobei die Zahl der vom Schritt­ motor (118) zurückgelegten Schritte als Maß für die Dicke der Cigaretten (Z) verwendbar ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfstempels (108) ringförmig ausgebildet ist und daß der Probenhalter (170) zur Aufnahme der Cigaretten (Z) eine Vielzahl radial angeordneter Mulden (176) aufweist, die jeweils etwa die Länge einer Cigarette (Z1, Z2, Z) haben, in dem dem Prüfstempel (108) gegenüberlie­genden Mittenbereich (178) plan ausgebildet sind und in den beiden Endbereichen durch Stege (180, 182) gegen die jeweils benachbarten Mulden abgegrenzt sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Prüfstempel (108) von der Vorrichtung abnehmbar und gegen einen zweiten Ring (190) austauschbar ist, der sich gegenüber dem Bereich der Filter (ZF1, ZF2) der auf dem Probenhalter (170) liegenden Cigaretten (Z) befindet und für eine Härtebestimmung der Filter ZF1, ZF2) verwendbar ist.
20. Vorrichtung zur Bestimmung der Füllfähigkeit von Tabak und der Härte von Cigaretten nach einem der Ansprüche 8 bis 13 einerseits und einem der Ansprüche 14 bis 19 andererseits, dadurch gekennzeichnet, daß an einer funktionsfähigen Vorrichtung zur Bestimmung der Füllfähigkeit von Tabak der Prüfstempel (8, 10) zur Füllfähigkeitsbestimmung mit den daran befindlichen Meßeinrichtungen (12, 56, 60A, 60B) gegen den Prüfstempel (108, 110, 113) zur Härtebestimmung mit den daran befindlichen Meßeinrichtungen (112A, 112B, 112C) austauschbar ist und daß der Behälter (30) zur Füllfähig­keitsbestimmung mit den darin befindlichen Meßeinrichtungen (58, 62A, 62B) gegen den Probenhalter (170) zur Härtebestim­mung mit den daran befindlichen Meßeinrichtungen austauschbar ist.
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