Vorrichtung zur Messung des Zugwiderstandes eines Strangs von Tabakfasern

Abstract

 Eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung des Zugwiderstandes einer Ci­garette weist einen Meßaufnehmer auf, der den Druckabfall eines Gasstroms mit konstantem Volumen erfaßt, wobei dieser Gasstrom am Formatfinger einer Strangmaschine in einen Strange aus Tabakfasern eingeleitet wird. Der von dem Strömungswiderstand dieses Stranges abhängende Meßwert wird kontinuierlich ermittelt und korreliert sehr gut mit der üblichen, statischen Messung des Zugwiderstandes von Cigaretten, also des Tabakstrangs einer Cigarette, so daß diese kontinuierliche Zugwiderstandsmessung während der Cigaretten-Produktion nicht nur die übliche Stichprobenkontrolle ersetzt, sondern auch für die Regelung des Produktionsvorgangs eingesetzt werden kann.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Zugwiderstandes eines Strangs von Tabakfasern der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angege­benen Gattung.

[0002] Bei der Qualitätskontrolle von Cigaretten kommt dem Zugwiderstand der Ci­garette eine große Bedeutung zu, da sich aus einer Zugwiderstands-Messung auf relativ einfache Weise feststellen läßt, ob eine Cigarette das ge­wünschte Zugvolumen ermöglicht. Das Zugvolumen einer Cigarette wird wieder­um einerseits durch die Abrauchgewohnheiten des Rauchers und andererseits durch ihren Zugwiderstand bestimmt.

[0003] Um also dem Raucher einer bestimmten Markencigarette immer das gleiche Zug­volumen zu gewährleisten, muß - bei Konstanthaltung des subjektiven Para­ meters, nämlich der Abrauchgewohnheiten dieses Rauchers - der Zugwiderstand auf einem festen Wert gehalten werden.

[0004] Um die Aufrechterhaltung dieses konstanten Zugwiderstands-Wertes zu gewähr­leisten, werden in Stichprobenkontrollen einzelne Cigaretten aus der lau­fenden Produktion herausgenommen und ihr Zugwiderstand mit einem Gerät be­stimmt, wie es bspw. in dem Artikel "Zur Messung von Abrauch-Parametern mit Hilfe von Meßgrößenumformern", veröffentlicht in "Beiträge zur Tabakfor­schung", Band 6, Heft 1, Juli 1971, beschrieben ist. Dabei wird die Ciga­rette mittels einer Gummilippe an eine Rauchmaschine angeschlossen, die bspw. einen Gasstrom mit konstantem Volumen durch die Cigarette zieht. Ent­sprechend den üblichen Normierungen sollte das konstante Strömungsvolumen an der Austrittsseite 17,5 cm³/sek. betragen.

[0005] Durch den Strömungswiderstand der Cigarette tritt zwischen der Eintritts­seite und der Austrittsseite des Gasstroms ein Druckabfall auf, der als "Zugwiderstand" bezeichnet wird und mittels eines Druckaufnehmers gemessen werden kann.

[0006] Als Alternative hierzu ist es im Prinzip auch möglich, bei konstantem Druck­abfall das die Cigarette passierende Gasvolumen zu messen.

[0007] Diese Geräte sind jedoch nur für die Durchführung von Stichprobenkontrollen geeignet, können also nicht für die laufende, kontinuierliche Messung des Zugwiderstandes aller, bspw. von einer bestimmten Cigarettenmaschine herge­stellten Cigaretten eingesetzt werden, da jede Cigarette einzeln in das Ge­rät eingesetzt und gemessen werden muß. Diese Stichproben können nur in be­stimmten Zeitabständen durchgeführt werden, so daß es im allgemeinen nicht möglich ist, durch entsprechende Regelung des Verfahrensablaufs sofort auf eine festgestellte Änderung des Zugwiderstandes der Cigarette zu reagieren.

[0008] Aus der GB-PS 1 588 506 ist eine Vorrichtung zur Messung des Zugwiderstandes eines Strangs von Filterfasern bekannt, mit der der Druckabfall an dem Strang in einem Bereich erfaßt wird, an dem der Strang nahezu seinen end­gültigen Querschnitt erreicht hat. Dabei wird darauf abgestellt, den Druck­abfall an einer Stelle hinter dem kleinsten Querschnitt des Strangs aus Filtermaterial zu erfassen, weil dort die Filterfasern ihre endgültige Lage erreicht haben und deshalb durch die den Strang passierende Luft nicht mehr verschoben werden können. Die Hauptkompression des Strangs erfolgt mittels eines Rades, während die Formgebung und anschließende Kompression durch einen Formatfinger durchgeführt wird, der in Bewegungsrichtung des Strangs hinter dem Rad angeordnet ist.

[0009] Eine Vorrichtung zur Messung des Zugwiderstandes eines Strangs von Tabak­fasern der angegebenen Gattung geht aus der DE-AS 1 166 069 hervor und weist eine Quelle für einen den Strang passierenden Gasstrom sowie einen Meßwert­aufnehmer für die Ermittlung des am Strang auftretenden Druckverlustes des Gasstroms bei konstantem Gasvolumen oder des den Strang passierenden Gas­volumens bei konstantem Druckverlust auf. Dabei führt eine Pumpe die Luft durch den Tabakstrom hindurch in einen umgrenzten Raum von gleichbleibendem Volumen, der zwischen einem Trog, durch den das Formatband den Tabakstrom hindurchzieht, und einem diesen gegenüberliegenden Teil, etwa einem ansich bekannten Preßschuh oder einer Zunge, gebildet ist.

[0010] Dadurch wird zwar die kontinuierliche Messung des Zugwiderstandes eines Strangs von Tabakfasern möglich; der so ermittelte Wert ist auch spezifisch für den Strang von Tabakfasern, so daß man den so ermittelten Zugwiderstand für die Prozessregelung einsetzen kann.

[0011] Nachteilig ist jedoch, daß der so ermittelte Zugwiderstand des Strangs von Tabakfasern nicht mit dem Zugwiderstand der fertigen Cigarette korreliert, der einen sehr wesentlichen Produkt-Parameter darstellt, weil er ein wesent­liches Charakteristikum für einen bestimmten Cigarettentyp ist.

[0012] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Mes­sung des Zugwiderstandes eines Strangs von Tabakfasern der angegebenen Gat­tung zu schaffen, bei der die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten.

[0013] Insbesondere soll eine Meßvorrichtung vorgeschlagen werden, deren Meßwert in genau definierter Weise mit dem Zugwiderstand der aus dem Tabakstrang hergestellten, fertigen Cigaretten korreliert ist.

[0014] Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.

[0015] Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die Merkmale der Unteransprüche definiert.

[0016] Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf folgender Funktions­weise, die am Beispiel der kontinuierlichen Herstellung von Cigaretten er­läutert werden soll: Bei der Cigarettenherstellung wird der aus einem Ver­teiler kommende Tabakstrom in einem Luftstrom zu einem perforierten Saugband befördert, wodurch ein kontinuierlicher Tabakstrang entsteht. An sogenannten "Trimmerscheiben" wird dieser Tabakstrang bei einer gewichtsgeregelten Ma­schine auf sein Soll-Gewicht gebracht und mit Hilfe des Saugbandes zu einer Übergabestelle gefördert. Hier wird der Tabakstrang, der zu diesem Zeitpunkt noch unverdichtet ist, durch ein Formatband übernommen, das mit dem Ciga­retten-Papier belegt ist. In einem nachgeschalteten Formatfinger wird der Tabakstrang, der etwa kreisförmigen Querschnitt hat, kontinuierlich von dem hier vorliegenden Durchmesser von etwa 11 mm auf einen Durchmesser von etwa 6,8 mm verdichtet. Diese Verdichtung des Tabakstrangs über den Durchmesser der fertigen Cigarette hinaus, der etwa 8 mm beträgt, ist für die am Ende des Formatfingers beginnende Umhüllung des Tabakstrangs mit dem Cigaretten-­Papier erforderlich.

[0017] Diese Umhüllung des Tabakstrangs mit dem Cigaretten-Papier erfolgt durch die seitliche Aufrichtung des Formatbandes, wobei das eine Ende des Cigaretten-­Papiers aus dieser Format-Einrichtung vorsteht und mit einer Leimschicht versehen wird. In einer anschließenden, beheizten Vorrichtung wird das be­leimte Ende des Cigaretten-Papiers umgelegt und verklebt.

[0018] Der so hergestellte, mit dem Cigaretten-Papier umhüllte Endlosstrang durch­läuft eine Durchmesserprüfeinrichtung und wird dann auf die gewünschte Ci­garettenlänge geschnitten.

[0019] An einer Stelle des Formatfingers, deren Lage von der Länge des Format­fingers und seiner Neigung abhängt, beträgt der Durchmesser des verdichte­ten Strangs etwa 7,85 mm, ist also gleich dem Durchmesser der fertigen Ci­garette, jedoch ohne die doppelte Dicke des Cigaretten-Papiers.

[0020] Durch Untersuchungen wurde nun festgestellt, daß der Druckabfall eines Gas­stroms mit konstantem Volumen, der in den verdichteten Tabakstrangs unter dem Formatfinger an einer Stelle eingeleitet wird, an der der Tabakstrang einen Durchmesser von etwa 7,85 mm hat, sehr exakt mit dem Druckabfall in der fertigen Cigarette korreliert, also ein exaktes, reproduzierbares Maß für den Zugwiderstand der fertigen Cigarette darstellt.

[0021] Beaufschlagt man also bei der Cigarettenherstellung den Tabakstrang an dieser Stelle durch einen Gasstrom mit konstantem Volumen und mißt dabei den am Tabakstrang auftretenden Druckabfall, so läßt sich aus dem Druckabfall in der üblichen Weise der Zugwiderstand der Cigaretten berechnen, die im Ver­laufe der weiteren Verarbeitung aus diesem Tabakstrang herstellt werden.

[0022] Bereits geringe Schwankungen des Zugwiderstandes können also noch während der Produktion sofort erfaßt und bspw. zur Regelung des Verfahrensablaufes herangezogen werden.

[0023] Erfolgt die Zuführung des Gasstroms zu der Öffnung im Formatfinger über eine "kritisch durchströmte Düse", also eine Düse, die der Gasstrom mit kriti­scher Geschwindigkeit verläßt, so ergibt sich ein extrem konstantes Strö­mungsvolumen, wie es für die exakte Ermittlung des Druckverlustes am Strang erforderlich ist. Die kritisch durchströmte Düse ist in der Lage, unabhän­gig vom eventuell entstehenden Gegendruck, das konstante Gasvolumen zu lie­fern.

[0024] Die üblichen, aus gehärtetem Stahl hergestellten Formatfinger sind als "Sensor-Basis" nicht geeignet, da einerseits die noch zu erläuternde, er­wünschte Ausgestaltung der Öffnung (en) problematisch wird, und andererseits diese Formatfinger den auftretenden Belastungen nicht standhalten. Insbeson­ dere die Ausbildung mehrerer Öffnungen in dem Formatfinger führt zu einer Verringerung der mechanischen Festigkeit, so daß Formatfinger aus Hartme­tall verwendet werden, also durch Pressen und Sintern hergestellte Legie­rungen großer Härte auf der Basis von Karbiden, wie sie bspw. unter dem Wa­renzeichen "WIDIA" vertrieben werden.

[0025] Für die Erfassung des Druckabfalls an dem Strang können die üblichen Druck­aufnehmer eingesetzt werden, die für die Messung von gasförmigen Medien geeignet sind und einen geeigneten Meßbereich haben.

[0026] Der Druckaufnehmer sollte axial zur Einströmrichtung des Gasstroms in den Strang angeordnet sein, damit auch kurzzeitige Dichte-Schwankungen des Strangs, die zu einer Änderung des Druckabfalls führen und eine Druckwelle im Gasstrom erzeugen, erfaßt und berücksichtig werden können.

[0027] Wenn der Zugwiderstand über eine etwas größere Stranglänge ermittelt werden muß, sollte der Druckaufnehmer senkrecht zur Einströmrichtung des Gasstroms in den Strang angeordnet werden. Es ist auch möglich, den Druckaufnehmer außerhalb des eigentlichen Maschinenbereiches aufzubauen.

[0028] Die Form, Größe und Zahl der Öffnungen im Formatfinger, durch die der Strang mit dem Gasstrom beaufschlagt wird, hängen von der Bauform des Format­fingers sowie von den Eigenschaften des Strangs ab.

[0029] Darüberhinaus muß jedoch darauf geachtet werden, daß die Kanten der Öffnung die glatte, stoßfreie Bewegung des Strangs nicht behindern und außerdem das Einströmen des Gases in den Strang günstig beeinflussen. Dies kann erreicht werden, wenn der Eintrittsbereich der Öffnung im Formatfinger ähnlich einem Diffusor oder einer Düse, insbesondere vom Venturi- oder Laval-Düsentyp, ausgebildet ist.

[0030] Eine weitere Beeinflussung des Einströmverhaltens ist über die entsprechende Auswahl der Eintrittsrichtung des Gasstroms in den Strang möglich.

[0031] Das auftretende Strömungsvolumen hängt einerseits von der Fläche der Öff­nung (en) und andererseits von den Eigenschaften des Tabakstrangs ab. Eine kleine Erhöhung des Strömungsvolumens kann deshalb schon zu einem großen Druckabfall führen. Damit lassen sich durch entsprechende Einstellung des Strömungsvolumens Druckabfall-Werte gewinnen, die sehr gut für eine Signal­verstärkung geeignet sind, wie sie für die Regelung des Verfahrensablaufes manchmal erforderlich ist.

[0032] Im Handel erhältliche Druckaufnehmer liefert den Meßwert für den Druckabfall am Strang direkt als elektrisches Signal, das für die Regelung der Ciga­rettenherstellung unter dem Gesichtspunkt, einen konstanten Zugwiderstand aufrechtzuerhalten, herangezogen werden kann.

[0033] Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Be­zugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

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

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung des Zugwiderstandes von Ciga­retten während der Produktion.

[0034] Figur 1 zeigt den Teil einer herkömmlichen Cigarettenmaschine, in dem der in Richtung des Pfeils antransportierte, etwa zylindrische Tabakstrang, der einen Durchmesser von etwa 11 mm hat, auf den Durchmesser von etwa 6,8 mm verdichtet wird; dabei wird der auf einem Formatband 10 aufliegende, trans­portierte Tabakstrang durch einen Formatfinger 12, der etwa die Form eines hohlen Halbzylinders hat, auf den gewünschten Durchmesser zusammengedrückt.

[0035] Wie man in Figur 1 erkennt, ist der Formatfinger 12 an einer senkrecht ange­ordneten, relativ starren Platte 14 befestigt, die wiederum an einem hori­zontalen Träger 16 angebracht ist.

[0036] Die Figur 2 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung des Zugwiderstandes dieses Tabakstrangs, die an dem Formatfinger 12 vorgesehen ist; geht man davon aus, daß der Tabakstrang am Einlauf in den Formatfinger 12 einen Durchmesser von 11 mm und am Auslauf einen Durchmesser von 6,8 mm hat, so ergibt sich an der in Fig. 1 angedeuteten Stelle ein Abstand zwischen Format (nicht dargestellt) und Formatfinger 12, der 7,85 mm beträgt. Aufgrund der seitlichen Begrenzung des Tabakstrangs durch das mit Cigarettenpapier belegte Formatband 10 und den Formatfinger 12 ergibt sich für diese Stelle eine Stopfdichte, die der Stopfdichte der fertigen Ciga­rette entspricht. Eine solche fertige Cigarette hat einen Durchmesser des Tabakstrangs von 7,85 mm und eine Papierstärke von etwa 0,1 mm.

[0037] Bildet man nun den Formatfinger an der Stelle, an der der Tabakstrang einen Durchmesser von 7,85 mm hat, mit einer durchgehenden Öffnung 18 aus, durch die ein Gasstrom mit konstantem Volumen, der in Richtung des Pfeils von einer Quelle konstanten Drucks 17 über eine Schlauch- bzw. Rohrleitung 20 mit einer kritischen Düse 19 zugeführt wird, so ergibt sich durch den Strömungswiderstand des Strangs ein Druckabfall des Gasstroms, der durch einen an die Schlauch- bzw. Rohrleitung 20 angeschlossen, üblichen Druckaufnehmer P ermittelt werden kann.

[0038] Figur 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der sich die Schlauch- bzw. Rohrlei­tung 20 für die Einspeisung des Gasstroms in die Öffnung 18 des Format­fingers 12 an der Vorderseite der starren Platte 14 befindet und mit einer geringfügigen Abweichung von der Senkrechten auf den Formatfinger 12 und damit auf den transportierten Tabakstrang verläuft, nämlich in einem Winkel von etwa 80 bis 83° zum Tabakstrang. Es kann jedoch auch mit etwas größeren Abweichungen von der Senkrechten gearbeitet werden, nämlich mit einem Winkel von 70 bis 87°, insbesondere von 78 bis 85°.

[0039] Durch diese leichte Neigung der Zuführrichtung in Bezug auf den Tabakstrang kann die Öffnung 18 je nach Bedarf Kreis- oder Ellipsen-Form erhalten.

[0040] Außerdem sollte die Öffnung 18 so ausgelegt sein, daß sie einerseits die Einströmung des Gasstroms nicht beeinflußt und außerdem den Transport des Tabakstrangs nicht stört. Insbesondere ist zweckmäßig, die auf dem Tabak­strang aufliegenden unteren Kanten der Öffnung 18 abzurunden, um den einwandfreien Transport des Tabakstrangs nicht zu stören.

[0041] Außerdem sollte der Eintrittsbereich der Öffnung 18 ähnlich einem Diffusor oder einer Düse, insbesondere vom Venturi- oder Laval-Düsen-Typ, ausge­bildet sein.

[0042] Die Fläche der Öffnung 18 im Formatfinger 12 sollte eine Größe von 0,5 bis 12 mm², insbesondere 0,6 bis 2,0 mm² haben, da bei kleineren Öffnungs­flächen der Druckabfall stark abweicht. Bei größeren Flächen kann es zu Stö­rungen im Einlaufbereich kommen. Gute Ergebnisse wurden mit einer Fläche von 0,8 mm² erreicht.

[0043] Das konstante Volumen des Gasstroms kann im Bereich von 4 bis 600 ml/s, ins­besondere zwischen 8 und 140 ml/s, variiert werden, ohne daß es merkliche Abweichungen zu der angestrebten Korrelation mit der statischen Zugwider­stands-Messung gibt.

[0044] Bei Bedarf können mehrere Öffnungen 18 in dem Formatfinger 12 vorgesehen sein, wodurch bspw. die Bildung eines Mittelwertes für den Zugwiderstand möglich ist.

[0045] Und schließlich kann auch noch der Zugwiderstand aus dem variablen Volumen bei konstantem Druckabfall am Strang ermittelt werden, wobei die Quelle den Volumenstrom so einstellt, daß der Druckabfall auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird. Der Druckaufnehmer P muß dann durch einen Volumenmesser er­setzt werden.

[0046] Mit diesem Sensor ist es möglich, eine Regelung der Cigarettenherstellung auf konstanten Zugwiderstand durchzuführen, und zwar zweckmäßigerweise über das Tabakumsatzgewicht, also über die Regelung der Lage der Timmerscheiben.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Messung des Zugwiderstandes eines Strangs von Tabak­fasern

a) mit einer Quelle für einen den Strang passierenden Gasstrom, und

b) mit einem Meßwertaufnehmer für die Ermittlung des am Strang auftretenden Druckverlustes des Gasstroms bei konstantem Gasvolumen gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

c) der aus Hartmetall hergestellte Formatfinger (12) einer Strangmaschine für die Herstellung von rauchbaren Artikeln weist an einer Stelle, an der der Durchmesser des Strangs etwa dem Durchmesser des fertigen Ta­bakstrangs entspricht, mindestens eine Öffnung (18) für die Beaufschla­gung des Strangs mit dem Gasstrom auf; und

d) die bzw. jede Öffnung (18) ist über eine kritisch durchströmte Düse (19) in der Zuleitung (20) mit der Gasquelle (17) verbunden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (18) Kreis- oder Ellipsen-Form hat.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der Öffnung (18) strömungsgünstig ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintritts­bereich der Öffnung (18) als Diffusor oder Düse, insbesondere Venturi- oder Laval-Düse, ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Strang berührenden Kanten der Öffnung (18) abgerundet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom durch die Öffnung (18) unter einem Winkel von 70° bis 87°, insbesondere 78° bis 85°, auf den Strang trifft.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckabfall des Gasstroms mit konstantem Volumen am Strang an der Zulei­tung (20) des Gasstroms aufgenommen wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckauf­nehmer (P) axial zur Eintrittsrichtung des Gasstroms in den Strang in der Zuleitung (20) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Formatfinger (12) mehrere Öffnungen (18) aufweist, die durch Gasströme mit unterschiedlichen Volumina beaufschlagt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (18) unterschiedliche Form haben.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche einer Öffnung (18) im Formatfinger (12) 0,5 bis 12 mm², insbesondere 0,6 bis 2,0 mm², beträgt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Messung des Druckabfalls das konstante Volumen des Gasstroms 4 bis 600 ml/s, insbesondere 8 bis 140 ml/s, beträgt.

Zeichnung