[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Erzeugen von Rauchgas-Gemischen
für chemische, physikalische, biologische und/oder In-Vitro-Untersuchungen.
[0002] Bei den herkömmlichen Vorrichtungen und Verfahren dieser Art, wie sie beispielsweise
aus der Berauchungsapparatur Typ "Hamburg II" der Anmelderin bekannt sind, ist eine
Karussell-Abraucheinrichtung für Zigaretten bekannt, die nach dem rotierenden Prinzip
arbeitet. Über einen konstanten Volumenstrom, der mittels einer einzigen für die gesamte
Einrichtung vorgesehenen Vakuumpumpe erzeugt wird, wird jeweils eine der Zigaretten
abgeraucht. Die Möglichkeit das Rauchgas zu verdünnen, ist - wenn diese Möglichkeit
überhaupt benötigt wird - bei dieser Vorrichtung sowohl hinsichtlich des Verdünnungsgrads
als auch der Verdünnungsgenauigkeit sehr begrenzt. Darüber hinaus erfordern die Verdünnungsvorgänge
einen erheblichen Zeitaufwand.
[0003] Die Firma Pieter van Weenen & Co. GmbH, Gutach, bietet einen Rauchroboter an, mit
der jeweils nur eine Zigarette abgeraucht werden kann. Hinsichtlich der Verdünnungsmöglichkeit
des abgerauchten Gases ist die bekannte Anlage auf vier fest eingestellte Verdünnungsstufen
beschränkt.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erzeugen von Rauchgas-Gemischen
zu schaffen bzw. ein Verfahren hierzu anzugeben, mit dem mehrere Zigaretten gleichzeitig
abgeraucht werden können. Darüber hinaus soll das Rauchgas in einem breiten Bereich
genau, stufenlos und insbesondere schnell verdünnt werden können.
[0005] Ausgehend von einer herkömmlichen Vorrichtung zum Erzeugen von Rauchgas-Gemischen
mit einer Tabak-Abraucheinrichtung, einer Pumpe und einer Rauchgas-Mischeinrichtung
wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Rauchgas-Mischeinrichtung wenigstens
zwei Mischeinheiten mit jeweils einer Pumpe und einem Ventil zur gleichzeitigen Erzeugung
unterschiedlicher Rauchgas-Gemische von Rauchgasen aufweist. Durch die erfindungsgemäße
Verwendung von wenigstens zwei Mischeinheiten ist es möglich, nicht nur gleichzeitig
mehrere, auch unterschiedliche Tabakprodukte zu rauchen, sondern auch unterschiedliche
Rauchgas-Gemische, insbesondere unterschiedliche Verdünnungsgrade zu erzeugen.
[0006] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Pumpe jeder Mischeinheit
sowohl zum Rauchen des Tabakprodukts als auch zum Mischen bzw. Verdünnen des Rauchgases
vorgesehen. Darüber hinaus ist die Pumpe gemäß einer weiteren Ausführungsform auch
zum Ausstoßen des verdünnten Rauchgases einsetzbar.
[0007] Vorzugsweise ist die Pumpe eine Kolbenpumpe, die insbesondere einen Schrittmotor
zum Pumpenantrieb aufweist. Durch die Steuerung des Schrittmotors ist eine stufenlose
Steuerung des Rauchgas- bzw. Rauchgas-Gemisch-Volumens möglich, so dass auf einfache
Weise ein sehr genaues, stufenloses und schnelles Verdünnen des Rauchgases in Zusammenhang
mit dem Abrauchen des Rauchgases möglich ist.
[0008] Das Ventil ist vorzugsweise ein Mehrwegeventil, das gemäß einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform der Erfindung folgende Ventilwege aufweist:
- einen Ventilweg zum Ansaugen des Rauchgases,
- einen Ventilweg zum wenigstens teilweisen Ausstoßen des angesaugten Rauchgases,
- einen Ventilweg zum Ansaugen von Frischluft und
- wenigstens einen Ventilweg zum Ausstoßen des aus Rauchgas und Frischluft gebildeten
Gasgemisches.
[0009] Aufgrund der Gestaltung des Ventils in der genannten Weise ist es möglich, mit einem
Ventil nicht nur das Rauchen des Tabakprodukts vorzunehmen, sondern auch das dabei
entstehende Rauchgas in einer einfachen Baueinheit bei einfacher Handhabung schnell
und in einem großen Bereich zu verdünnen. Vorzugsweise ist dabei jeder der Ventilwege
mit der Pumpe verbunden. Das Ventil weist vorzugsweise vier Ventilstellungen und fünf
Anschlüsse auf, und ist vorzugsweise ein 5/4-WegeVentil.
[0010] Bei den herkömmlichen Rauchmaschinen wird das Rauchkondensat in einer Falle aufgefangen,
das zwischen Zigarettenhalter und Pumpe angeordnet ist. Nur die Gasphase des Rauchs
gelangt in die Pumpe und wird nach dem Ende des Zugs über ein Ventil in den Außenraum
geblasen. Wird dagegen z.B. für In-Vitro-Versuche der volle Rauch eines Tabakprodukts
- gegebenenfalls verdünnt - benötigt, gelangen die Partikel und Kondensate des Rauchgases
vermehrt auch in das Ventil und die Pumpe. Daher ist ein Ventil mit Strömungskanälen
gleichen Querschnitts besonders vorteilhaft, um Kondensatniederschläge und Verschmutzungen
zu vermeiden.
[0011] Vorzugsweise ist das Ventil ein Drehschieber-Ventil, dessen Drehschieber mittels
eines Schrittmotors zuverlässig und positionsgenau verstellbar ist.
[0012] Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung greifen wenigstens
zwei Rauchgas-Mischeinheiten gleichzeitig auf eine abzurauchende Zigarette zu, so
dass gleichzeitig mehrere Versuche zeitsparend durchgeführt werden können, wobei die
Rauchgase dabei zusätzlich unterschiedlich verdünnt werden können.
[0013] Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung greifen jeweils
wenigstens zwei Rauchgas-Mischeinheiten gleichzeitig auf jeweils unterschiedliche
Rauchprodukte, beispielsweise unterschiedliche Zigarettensorten, zu. Auf diese Weise
ist es möglich, nicht nur mehrere Zigaretten gleichzeitig, also zeitsparend, sondern
auch unterschiedliche Zigarettensorten gleichzeitig und zeitsparend zu rauchen und
deren Rauchgase gleichzeitig ggf. auch unterschiedlich zu verdünnen, zu analysieren
oder für unterschiedliche Versuchszwecken einzusetzen.
[0014] Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die zu rauchenden Tabakprodukte in Tabakprodukt-Haltern
eines rotierenden Rauchkarussells angeordnet.
Dadurch kommt die Anlage mit jeweils nur einem Dichtheitstester, einem Anzünder, einer
Stummel-Längenabtastung, einem Stummelzieher und einer Ladevorrichtung aus. Lediglich
die Pumpen sind entsprechend der Anzahl der Rauchgas-Mischeinheiten mehrfach vorhanden.
Bei gleichzeitiger Verwendung unterschiedlicher Zigarettensorten ist darüber hinaus
eine entsprechende Anzahl von Zigarettenmagazinen erforderlich.
[0015] Ausgehend von einem Verfahren zum Erzeugen von Rauchgas-Gemischen für chemische,
physikalische, biologische und/oder In-Vitro-Untersuchungen, wobei Rauchgas von einem
Tabakprodukt mittels einer Pumpe über einen ersten Ventilweg eines Mehrwegeventils
angesaugt wird, wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch folgende Verfahrensschritte
gelöst:
a) Ausstoßen eines Teils eines abgesaugten Rauchgases über einen zweiten Ventilweg
des Mehrwegeventils;
b) Ansaugen von Frischluft über einen dritten Ventilweg des Mehrwegeventils zur Bildung
eines ersten Gasgemisches;
c) Ausstoßen eines Teils des ersten Gasgemisches über den zweiten Ventil wege;
d) Wiederholen der Schritte b) und c) bis eine gewünschte Verdünnung des abgesaugten
Rauchgases erreicht ist, und
e) Ausstoßen des die gewünschte Verdünnung aufweisenden Rauchgases über einen vierten
Ventilweg des Mehrwegeventils für Untersuchungs- oder Versuchszwecke.
[0016] Die Vorteile entsprechen denen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und ermöglichen
die beliebige, stufenlose, genaue und schnelle Verdünnung von Rauchgasen.
[0017] Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
bei dem das Rauchen des Tabakprodukts sowie das Ansaugen und Ausstoßen des Rauchgases
und/oder der Rauchgas-Gemische gemäß der Verfahrensschritte a) bis e) mit einer einzigen
Pumpe durchgeführt wird. Der apparative Aufwand ist daher gering und die Funktionsweise
einfach.
[0018] Sehr vorteilhaft ist es, wenn die gewünschte Verdünnung des vom Tabakprodukt abgesaugten
Rauchgases durch das ausgestoßene Volumen des Rauchgases und/oder des Rauchgas-Gemisches
und durch das angesaugte Frischluftvolumen gemäß den Schritten a) bis e) erfolgt.
Die Verdünnungsgrade sind durch die Steuerung des Hubvolumens besonders genau, schnell
und stufenlos durchführbar.
[0019] In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die angesaugten und ausgestoßenen
Gas- und Gasgemischvolumina durch das Hubvolumen und/oder die Anzahl der Hübe einer
Kolbenpumpe gesteuert werden. Ein Schrittmotor für die Steuerung des Hubvolumens ist
dabei von besonderem Vorteil.
[0020] Die Erfindung sowie weitere Merkmale und Vorteile derselben werden bzw. werden nachfolgend
anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die einzige schematische Zeichnung
erläutert.
[0021] Die Figur zeigt ein Rauchkarusell 1 mit beispielsweise vier äquidistant angeordneten
Zigarettenhaltern 1-a, 1-b, 1-c, 1-d, die beispielsweise in einem Zeittakt von 15
Sekunden zusätzlich zur Rauchposition 2 an Positionen z.B. für die Glutdetektierung,
die Stummelziehung und den Ladevorgang gedreht werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel
gelangt also pro Minute jeweils dieselbe Zigarette an dieselbe Position, z.B. an die
Rauchposition 2, so dass für jede Zigarette pro Minute ein Zug abgeraucht wird.
[0022] Erfindungsgemäß ist mit der Rauchposition 2 nicht nur eine Pumpe, sondern es sind
mehrere Pumpen 4-1, 4-2, 4-3, 4-4 - im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Pumpen
über Schläuche oder Kanäle 3-1, 3-2, 3-3, 3-4 - verbunden. Zwischen der Rauchposition
2 und der jeweiligen Pumpe 4-1, 4-2, 4-3, 4-4 ist jeweils ein 5/4-Wege-Ventil 5-1,
5-2, 5-3, 5-4 vorgesehen, das fünf Anschlüsse oder Öffnungen S, P, C, E und F aufweist.
[0023] Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Pumpen 4-1, 4-2, 4-3, 4-4 Kolbenpumpen,
die jeweils mittels nicht dargestellter Schrittmotoren betrieben werden, und die jeweils
über einen Anschluss P mit dem jeweiligen Ventil 5-1, 5-2, 5-3, 5-4 verbunden sind.
[0024] Das jeweilige Ventil 5-1, 5-2, 5-3 , 5-4 ist über jeweils einen Anschluss C und eine
Leitung 6-1, 6-2, 6-3, 6-4 mit einer Kammer 7-1, 7-2, 7-3, 7-4 verbunden, die das
jeweilige in der gewünschten Weise verdünnte Rauchgas zu Versuchs- oder Untersuchungszwecken
aufnimmt.
[0025] Der Anschluss E des jeweiligen Ventils 5-1, 5-2, 5-3, 5-4 ist jeweils mit einer Auslass-Leitung
8 zum Ausstoßen wenigstens eines Teils des Rauchgases oder eines Rauchgas-Gemisches
verbunden, während der jeweilige Anschluss F mit einer Frischluftleitung 9 zum Ansaugen
von Frischluft in Verbindung steht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet in folgender Weise:
[0026] Zum Abrauchen der sich in der Rauchposition 2 befindlichen Zigarette wird ein Drehschieber
S eines als Drehschieberventil ausgebildeten 5/4-Wege-Ventil 5-1, 5-2, 5-3, 5-4 jeweils
mittels z.B. eines Schrittmotors so gesteuert, dass ein Ventilweg zwischen den Anschlüssen
S und P besteht, so dass die Zigarette durch die Hubvergrößerung der Kolbenpumpe 4-1,
4-2, 4-3, 4-4 geraucht und deren Rauchgas angesaugt wird. Danach wird das Ventil so
gesteuert, dass ein Ventilweg P-E, also ein Ventilweg zwischen der Pumpe 4-1, 4-2,
4-3, 4-4 und der Auslass-Leitung 8 geschaffen wird, über den bei einer Verkleinerung
des Pumpenvolumens das angesaugte Rauchgas teilweise ausgeblasen wird, so dass nur
noch ein Teilvolumen des ursprünglich angesaugten Rauchgases im Pumpenzylinder verbleibt.
[0027] Als nächster Schritt wird durch Steuern des Ventils ein Ventilweg zwischen den Anschlüssen
F und P geschaffen, so dass Frischluft in die Pumpe gelangt, die währenddessen so
gesteuert wird, dass das Hubvolumen vergrößert und damit die im Kolben verbliebene
Rauchgas bzw. das Rauchgas-Gemisch durch die Frischluft verdünnt wird.
[0028] Ist durch diesen Vorgang die gewünschte Rauchgas-Verdünnung erreicht, wird durch
Steuerung des Drehschiebers der Ventilweg P-C, also eine Verbindung zwischen der Pumpe
4-1, 4-2, 4-3, 4-4 und der Kammer 7-1, 7-2, 7-3, 7-4 geschaffen, so dass das die gewünschte
Verdünnung aufweisende Rauchgas-Gemisch in die Kammer 7-1, 7-2, 7-3, 7-4 ausgeblasen
wird.
[0029] Ist das Rauchgas dagegen zu diesem Zeitpunkt noch nicht ausreichend verdünnt, erfolgt
ein weiterer Verdünnungszyklus, bei dem das Ventil 5-1, 5-2, 5-3, 5-4 zur Freigabe
des Ventilweges P-E entsprechend angesteuert wird, so dass das in einem ersten Schritts
bereits verdünnte Rauchgas-Gemisch über die Auslass-Leitung 8 teilweise ausgeblasen
wird. Durch erneutes Öffnen des Ventilweges F-P gelangt wiederum Frischluft aus der
Frischluftleitung 9 in die Pumpe 4-1, 4-2, 4-3, 4-4, deren Zylindervolumen durch Zurückziehen
des Pumpenkolbens vergrößert wird, so dass das Luftgemisch weiter verdünnt wird. Ist
auch nach dem zweiten Verdünnungszyklus die gewünschte Verdünnung des Rauchgases noch
nicht erreicht, werden entsprechend weitere Verdünnungszyklen in der beschriebenen
Weise durchgeführt, bis nach Erreichen der gewünschten Verdünnung das Rauchgas dann
über den Ventilweg P-C in die Kammer 7-1, 7-2, 7-3, 7-4 ausgeblasen wird.
[0030] Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es gemäß dieser Vorgehensweise möglich,
eine Zigarette, die sich an der Rauchposition 2 befindet, gleichzeitig mit mehreren
Rauchgasmischeinheiten abzurauchen und dasselbe Rauchgas unterschiedlich zu verdünnen
und auf unterschiedliche Weise zu untersuchen.
[0031] Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist jedoch auch im besonderen Maße dafür geeignet,
jeweils nur eine Rauchgas-Mischeinheit, die aus einer Pumpe 4-n, einem Ventil 5-n,
einer Kammer 7-n sowie einem Schlauch oder Kanal 3-n zwischen Rauchposition 2 und
Ventil 5-n sowie einer Leitung 6-n zwischen dem jeweiligen Anschluss C des Ventils
5-n und der Kammer 7-n besteht, zu berauchen, und eine andere Rauchgas-Mischeinheit
für eine Zigarette zu aktivieren, wenn sich eine der nächsten Zigaretten an der Rauchposition
2 befindet. Auf diese Weise ist es möglich, mit derselben Vorrichtung die Zigaretten
in unterschiedlicher Weise abzurauchen und/oder unterschiedliche Zigaretten abzurauchen,
wenn in den einzelnen Zigarettenhaltern 1-n unterschiedliche Sorten von Zigaretten
angeordnet sind. Dies bedeutet, dass die Vorrichtung dazu geeignet ist, im selben
Zyklus unterschiedliche Sorten von Zigaretten abzurauchen und das Rauchgas der unterschiedlichen
Zigaretten auch getrennt voneinander und im wesentlichen gleichzeitig in der gewünschten
Weise und individuell zu verdünnen und für die Rauchgas-Untersuchungen bereitzustellen.
[0032] Die vorliegende Erfindung wurde zuvor anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
beschrieben. Dem Fachmann sind jedoch Ausgestaltungen, Abwandlungen und Modifikationen
möglich, und ohne dass dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird. Beispielsweise
ist es möglich, mehr oder weniger als vier Rauchgas-Mischeinheiten und/oder vier Zigarettenhalter
vorzusehen. Auch kann jede Rauchgas-Mischeinheit jeweils mit ihren Rauchgaskanälen
3-1, 3-2, 3-3, 3-4 mit unterschiedlichen Positionen des Rauchkarussells verbunden
werden, so dass gleichzeitig mehrere Zigaretten der gleichen oder unterschiedlichen
Sorte geraucht und deren Rauchgase verdünnt werden können.
1. Vorrichtung zum Erzeugen von Rauchgas-Gemischen für chemische, physikalische, biologische
und/oder In-Vitro-Untersuchungen, mit einer Tabak-Abraucheinrichtung (1), einer Pumpe
und einer Rauchgas-Mischeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauchgas-Mischeinrichtung wenigstens zwei Mischeinheiten mit jeweils einer Pumpe
(4-n) und einem Ventil (5-n) zur gleichzeitigen Erzeugung unterschiedlicher Rauchgas-Gemische
aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (4-n) jeder Rauchgas-Mischeinheit sowohl zum Rauschen des Tabakprodukts
als auch zum Verdünnen des Rauchgases und zum Ausstoßen des verdünnten Rauchgases
vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (4-n) eine Kolbenpumpe ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schrittmotor für den Antrieb der Pumpe (4-n) vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (5-n) wenigstens folgende Ventilwege aufweist:
- einen Ventilweg (S-P) zum Ansaugen des Rauchgases;
- einen Ventilweg (P-E) zum wenigstens teilweisen Ausstoßen des angesaugten Rauchgases;
- einen Ventilweg (F-P) zum Ansaugen von Frischluft; und
- wenigstens einen Ventilweg (P-E; P-C) zum wenigstens teilweisen Ausstoßen des aus
Rauchgas und Frischluft gebildeten Gasgemisches.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilweg (S-P) zum Ansaugen des Rauchgases auch für das Rauchen des Tabakprodukts
vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Ventilwege mit der Pumpe (4-n) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (5-n) vier Ventilstellungen und fünf Anschlüsse (S, P, C, E, F) aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (5-n) ein 5/4-Wege-Ventil ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle des Ventils (5-n) gleiche Querschnitte aufweisen.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (5-n) ein Drehschieberventil ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Rauchgas-Mischeinheiten gleichzeitig auf ein abzurauchendes Tabakprodukt
zugreifen.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigsten zwei Rauchgas-Mischeinheiten gleichzeitig auf jeweils unterschiedliche
Tabakprodukte zugreifen.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu rauchenden Tabakprodukte in Tabakprodukt-Haltern, (1-a, 1-b, 1-c, 1-d) eines
rotierenden Rauchkarussells (1) angeordnet sind.
15. Verfahren zum Erzeugen von Rauchgas-Gemischen für chemische, physikalische, biologische
und/oder In-Vitro-Untersuchungen, wobei Rauchgas von einem Tabakprodukt mittels einer
Pumpe (4-n) über einen ersten Ventilweg (S-P) eines Mehrwegventils (5-n) angesaugt
wird,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
a) Ausstoßen eines Teils des abgesaugten Rauchgases über einen zweiten Ventilweg(P-E)
des Mehrwegeventils (5-n);
b) Ansaugen von Frischluft über einen dritten Ventilweg (F-P) zur Bildung eines ersten
Gasgemisches;
c) Ausstoßen eines Teils des ersten Gasgemisches über den zweiten Ventilweg (P-E);
d) Wiederholen der Schritte b) und c) bis eine gewünschte Verdünnung des abgesaugten
Rauchgases erreicht ist; und
e) Ausstoßen des die gewünschte Verdünnung aufweisenden Rauchgases über einen vierten
Ventilweg (P-C).
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauchen des Tabakprodukts sowie das Ansaugen und Ausstoßen des Rauchgases und
der Rauchgas-Gemische gemäß den Verfahren a) bis e) mit einer einzigen Pumpe (4-n)
durchgeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die gewünschte Verdünnung des abgesaugten Gases durch das ausgestoßene Volumen des
Rauchgases und/oder des Rauchgas-Gemisches und durch das angesaugte Frischluft-Volumen
gemäß den Schritten a) bis e) erfolgt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgestoßenen Gas- und Gasgemisch-Volumina durch das Hubvolumen und/oder die
Anzahl der Hübe einer Kolbenpumpe gesteuert werden.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubvolumen mit einem Schrittmotor gesteuert wird.