DE1532104C3 - Vorrichtung zur Überwachung der Qualität eines Tabakstranges - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überwachung der Qualität eines Tabakstrangs bei der Zigarettenherstellung mit einer Meßstelle, in der ein Tabakstrang an einem Strahlungsmeßgerät vorbeigeführt wird, das ein für die Abweichung der Dichte des Tabakstrangs an der Meßstelle von einer Solldichte proportionales Signal erzeugt, mit einer auf das der Abweichung proportionale Signal ansprechenden Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Integranten und zur Bildung des Integrals aus diesem Integranten über eine bestimmte Zeitspanne und mit einer Anordnung zur Anzeige des Ergebnisses der Integration.

Derartige Vorrichtungen sind aus den DT-AS 1 093 718 und 1 070 078 bekannt. Bei den bekannten Vorrichtungen wird das der Abweichung proportionale Signal unmittelbar integriert, so daß auch das Integrationsergebnis einen der Abweichung proportionalen Wert bildet. Das integrierte Signal wird dazu benutzt, die zur Herstellung des Tabakstrangs dienende Maschine so zu steuern, daß bei der weiteren Produktion der angestrebte Sollwert wieder erreicht wird.

Im Gegensatz dazu befaßt sich die Erfindung weniger mit einer Steuerung der zum Herstellen des Tabakstrangs dienenden Maschine als mit der Überwachung des Herstellungsprozesses mit dem Zweck, eine Angabe über die Qualität der hergestellten Zigaretten zu liefern.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die ein Signal liefert, das für die Qualität der hergestellten Zigaretten charakteristisch ist, und eine Anzeige liefert, wenn die Qualität eine vorbestimmte Grenze unterschreitet. Hierbei besteht das Problem, daß ein enger Toleranzbereich benötigt wird, bei dessen Überschreiten ein Alarm ausgelöst werden soll. Daher muß die Vorrichtung an den Grenzen des Toleranzbereichs einwandfrei ansprechen. Es muß aber auch gewährleistet sein, daß kein Alarm ausgelöst wird, solange sich die Qualität noch im Toleranzbereich befindet. Diese Bedingungen sind dann besonders schwierig einzuhalten, wenn der Toleranzbereich sehr eng gewählt ist.

Die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß sie den vorstehend

ίο genannten Forderungen genügt, wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Schaltungsanordnung das der Abweichung proportionale Signal in nicht linearer Weise derart verarbeitet, daß der Integrant als Funktion dieses Signals mit einer Potenz von mehr als eins variiert.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung läßt sich eine Charakteristik mit einem relativ flachen Minimum erzielen, die zu beiden Seiten dieses Minimums relativ steil ansteigt. Durch das flache Minimum ist gewährleistet, daß in einem vorgegebenen Toleranzbereich kein Alarm ausgelöst wird, auch wenn der Toleranzbereich sehr eng ist, während der steile Anstieg der Charakteristik an den Grenzen des Toleranzbereichs ein einwandfreies und schnelles Ansprechen gewährleistet, wenn die Toleranzgrenzen überschritten werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Integrant eine quadratische Funktion des der Abweichung proportionalen Signals. Bei einer solchen quadratischen Charakteristik ist gewährleistet, daß das Ergebnis der Integration über eine bestimmte Zeitspanne der statistischen Varianz der Dichteverteilung in dem Tabakstrang entspricht, der die Meßstelle durchläuft. Die statistische Varianz der Dichleverteilung ist eine für die Beschreibung und Bewertung von Verfahren zur Zigarettenherstellung und zum Vergleich von Verfahren oder Maschinen zur Zigarettenherstellung miteinander gut geeignete Größe.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann eine Anordnung vorgesehen sein, um das Integrationsergebnis mit einem Schwellenwert zu vergleichen und einen Alarm auszulösen, wenn das Integrationsergebnis den Schwellenwert überschreitet.

Weitere Einzelheiten, Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, in der die Erfindung an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert wird. Die Zeichnung zeigt teilweise als Blockdiagramm und teilweise als schematisiertes Schaltbild eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung.

Nach der Erfindung wird ein von einem Strahlungsmeßgerät geliefertes, veränderliches Gleichstrom-Dichtesignal als Eingangssignal zur Aussteuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung benutzt. Das gemessene Gieichspannungs-Dichtesignal des Strahlungsmeßgerätes ist der Dichte des an dem Meßgerät vorbeibewegten Zigarettenstrangs umgekehrt proportional. Es ist allgemeine Praxis, die Signalspannung, die von den den Tabakstrang durchdringenden Strahlungsteilchen erzeugt wird, differentiell mit einem der Solldichte entsprechenden Bezugssignal zu vergleichen, das von einer Strahlung erzeugt wird, die einen Normalstrang durchdringt. Das Ergebnis dieses Vergleiches ist ein in der Zeichnung angedeutetes Signal 10, das von dem Meßgerät abgegeben wird und der Abweichung der Dichte des Zigarettenstrangs an der Meßstelle von dem Standardwert der Dichte entspricht. Das für die

Abweichung charakteristische Signal 10 ist bei genauem Standardgewicht des Zigarettenstrangs Null und nimmt in negativer oder positiver Richtung von dem Bezugs-Nullwert zu, wenn das Material des Zigarettenstrangs Übergewicht oder Untergewicht hat. Das oben beschriebene, sich ändernde Signal 10 wird einer 60 Hz Bandsperre 11 zugeführt und dann in einem mit einem Zerhacker versehenen Verstärker 12 verstärkt. Die durch die Zerhackung gewonnene und verstärkte Wechselspannung wird dann in einem Brückengleichrichter 13 gleichgerichtet, um an einem Filterkondensator 14 ein Signal zu erzeugen, das dem absoluten Betrag der Abweichung der Dichte des Tabakstrangs an der Meßstelle von der Standarddichte proportional ist. Dieses am Kondensator 14 anliegende Betragssignal wird dann einem nicht linearen Spannungsteiler zugeführt, der einen Ausgangs-Querzweig 15 und einen von einem nicht linearen Netzwerk gebildeten Serienzweig umfaßt. Das nicht lineare Netzwerk enthält Zenerdioden 16, 17 und 18 sowie Shuntwiderstände 19, 20, 21 und 22, die in der dargestellten Serien-Parallelschaltung angeordnet sind. Die Zenerdioden 16, 17 und 18 sind vorgesehen, um die Shuntwiderstände 20, 21 und 22 dem Widerstand 19 parallel zu schalten, wenn die Eingangsspannung fortlaufend in positiver Richtung zu- ) nimmt. Der Widerstandswert des Serienzweiges des Spannungsteilers ändert sich infolgedessen in nicht linearer Weise als Funktion der vom Gleichrichter 13 zugeführten Eingangsspannung, so daß bei der Zunahme des Betragssignals am Kondensator 14 des Filters der Widerstandswert des Serienzweiges des Spannungsteilers abnimmt und ein größerer Anteil der Eingangsspannung am Ausgangszweig 15 des Spannungsteilers erscheint und ein als Integrant dienendes Signal erzeugt wird, das dann der Integrationsschaltung 23, 24 zugeführt wird. Das als Integrant dienende Signal, das der Integrationsschaltung angeboten wird, entspricht der Abweichung der Dichte des Zigarettenstrangs, das in eine Potenz größer als eins erhoben worden ist.

Die nichtlineare Charakteristik des Teilers dient dazu, das für die Abweichung charakteristische Signal stark zu expandieren, wenn die Dichte des Tabakstrangs von dem Wert abweicht, der dem Standardge-■N wicht der Zigaretten entspricht. Auf diese Weise wird ^ geringen Abweichungen von der Standarddichte bei dem Integrationsvorgang ein relativ geringeres Ge-) wicht beigemessen als größeren Abweichungen von dem Standardwert. Diese nicht lineare Arbeitsweise dient dazu, die Vorrichtung gegen geringe Abweichungen von der Standarddichte, die bei jedem Verfahren zu erwarten sind, unempfindlicher zu machen und sehr viel empfindlicher gegen starke Abweichungen, selbst wenn diese stärkeren Abweichungen von kurzer Dauer sind.

Der Widerstand des Serienzweiges variiert bei einem Spannungsteiler nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umgekehrt zum Quadrat des zugeführten Betragssignals, so daß das Ergebnis der Integration über eine bestimmte Zeitspanne der statistischen Varianz der Dichteverteilung während einer bestimmten Zeitspanne in dem Strang entspricht, der die Meßstelle durchläuft.

Die statistische Varianz der Dichteverteilung ist eine für die Beschreibung und Bewertung von Verfahren zur Zigarettenherstellung und zum Vergleich von Verfahren oder Maschinen zur Herstellung miteinander gut geeignete Größe. Die Varianz kann als Maß für die »Schärfe« einer Verfahrens-Verteilungskurve aufgefaßt werden. Ein Verfahren, bei dem die Zigarettengewichte auf einen großen Wertebereich verteilt sind, wird demnach eine größere Varianz aufweisen als ein Verfahren, bei dem die Zigarettengewichte auf einen engen Bereich in der Umgebung des Standard- oder Hauptwertes begrenzt sind. Es ist demnach ersichtlich, daß die Varianz ein direktes Maß für die »Qualität« eines Verfahrens ist, d. h. wie nahe seine Erzeugnisse an dem gewünschten Standardwert liegen.

Bei einem typischen nicht linearen Spannungsteiler, der auf das Betragssignal eine quadratische Wirkung ausübt, können die Dioden 16, 17 und 18 eine Zener-Spannung von 4,7 V haben, während die Widerstände 19, 20, 21 und 22 respektive einen Wert von 4,7 ΜΩ, 2,4 ΜΩ, 2,4 ΜΩ und 47 ΚΩ aufweisen. Es versteht sich jedoch, daß die gewünschte Überhöhung der von dem Standardwert abweichenden Dichten und die entsprechende übermäßige Bewertung, die solche Dichten bei dem Integrationsvorgang erfahren, dadurch erzielt werden kann, daß der Spannungsteiler in jeder beliebigen monotonen nicht linearen Weise variiert, so daß das als Integrant dienende, dem Integrator angebotene Signal eine Funktion der zu einer positiven Potenz, die größer ist als eins, erhobenen Eingangsspannung ist.

Die von dem nicht linearen Spannungsteiler am Widerstand 15 erzeugte Ausgangsspannung wird von dem einen Widerstand 23 und einen Kondensator 24 aufweisenden Netzwerk integriert. Dem Widerstand 23 dieses Netzwerkes ist eine Diode 25 in Serie geschaltet. Diese Diode ist so gepolt, daß sie leitet und den Kondensator 24 auflädt, wenn dem Integrationswiderstand

23 eine positive Spannung zugeführt wird. Die Diode 25 verhindert demnach eine Entladung des Kondensators 24 über den Widerstand 23. Bei einer praktischen Verwirklichung einer solchen Schaltung hat der Widerstand 23 einen Wert von 10 ΜΩ und der Kondensator

24 einen Wert von 4 μΡ.

Die an dem Integrationskondensator 24 vorhandene Spannung kann nach einer geeigneten Integrationszeit mit Hilfe eines üblichen Spannungsmessers festgestellt werden und gibt ein Maß für die Varianz des Verfahrens. Bei der bevorzugten Ausführungsform nach der Abbildung wird jedoch das in dem Kondensator 24 gespeicherte Ergebnis der Integration periodisch abgefragt. Dies erfolgt durch Schließen normalerweise geöffneter Kontakte 26 eines Relais, das Teil eines Zeitgebers 27 ist. Dadurch wird die am Kondensator 24 anliegende Spannung als Spannungssprung an die Eingangsklemmen eines Impulsverstärkers 28 angelegt. Der Ausgangsimpuls des Verstärkers 28 wird getrennten Auslöseschaltern 29 und 30 zugeführt, von denen jeder eine Schwellwerteinstellung 31 bzw. 32 aufweist. Die Auslöseschalter 29 und 30 enthalten vorteilhaft thyratron-gesteuerte Relaisschalter, die normalerweise mit Hilfe der Schwellwert-Einstellungen 31 und 32 in einen offenen Zustand vorgespannt werden. Beim normalen Betrieb ist der Auslöseschalter 29 negativ vorgespannt, so daß Spannungsimpulse vom Verstärker 28, die dem Standardwert der Verteilung des Zigarettengewichtes entsprechen, das Thyratron nicht zünden und also nicht in den leitenden Zustand überführen. Bei Gewichtsverteilungen, die zulässige Werte überschreiten, überschreitet der Ausgangsimpuls des Verstärkers 28 den Vorspannungswert, der von der Schwellwert-Einstellung 31 erzeugt wird, und es wird der Auslöseschalter 29 gezündet. Hierdurch wird der normalerweise geschlossene Kontakt 33 des Auslöseschalters 29 geöffnet und zugleich sein normalerweise geöffneter Kontakt 34

geschlossen. Entsprechend wird die grüne Anzeigelampe 35, welche normalerweise die Erzeugung Zigaretten normalen Gewichtes anzeigt, ausgeschaltet und statt dessen die weiße Anzeigelampe 36 eingeschaltet, die anzeigt, daß Zigaretten mit leicht abweichendem Gewicht erzeugt werden. Wenn die Amplitude des Ausgangsimpulses des Verstärkers 28 auf einen Wert ansteigt, der die Erzeugung eines Zigarettenstranges mit nicht mehr zulässiger Gewichtsabweichung anzeigt, wird in gleicher Weise der Auslöseschalter 30 gezündet, so daß sein normalerweise geschlossener Kontakt 37 geöffnet und sein normalerweise offener Kontakt 38 geschlossen wird. Hierbei wird die weiße Lampe 34 ausgeschaltet und die rote Lampe 39 eingeschaltet. Hierdurch wird das Personal gewarnt und davon unterrichtet, daß die Verteilung des Produktionsgewichtes sich um einen bedeutenden Betrag von dem gewünschten Normalwert entfernt hat.

Nach der Abfrage der an dem Integrationskondensator 24 anliegenden Spannung werden die Relaiskontakte 26 vom Zeitgeber 27 geöffnet und seine normalerweise offenen Schaltkontakte 40 kurzzeitig geschlossen. Durch das Schließen der Kontakte 40 wird der Kondensator 24 vollständig entladen und zur Aufnahme neuer Signalspannungen vom Widerstand 15 vorbereitet. Nach dem Löschen der Ladung des Kondensators 24 werden die Kontakte 40 vom Zeitgeber 27 wieder geöffnet, und der Kondensator 24 kann wieder während einer Zeitspanne Ladungen ansammeln, die ausreichend ist, um die Ausbildung der am Querwiderstand 15 auftretenden Spitzenspannung am Kondensator 24 zu gewährleisten. Für die oben angegebenen Werte der Schaltelemente beträgt eine befriedigende Ladezeit etwa 55 Sekunden.

Die Triggerschalter 29 und 30 werden kurz vor der Vollendung der Ladeperiode durch Schließen der Schaltkontakte 41 des Zeitgebers 27 in den offenen Zustand zurückgestellt. Wenn beispielsweise Thyratrons als Auslöseschalter benutzt werden, können die Kontakte 41 vorteilhaft dazu dienen, die Anoden mit Masse zu verbinden und dadurch die Thyratrons in den nicht leitenden Zustand zurückzubringen. Nach Abschluß der Ladezeit werden die Abfragekontakte 26 erneut geschlossen, und der am Ausgang des Verstärkers 28 gebildete Signalimpuls wird erneut von den Auslöseschaltern 29 und 30 ausgewertet.

Wenn die Erfindung auch an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles im einzelnen beschrieben und dargestellt worden ist, so versteht es sich jedoch, daß zahlreiche Änderungen in der Form und in Einzelheiten gegenüber diesem Ausführungsbeispiel möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So f '^ können beispielsweise mehrere an sich bekannte Zeit- | geberschaltungen dazu benutzt werden, um den Abfrageschalter 26, den Löschschalter 40 und den Rückstellschalter 41 in der nötigen zeitlichen Folge zu betätigen. Der Zeitgeber 27 kann auch beispielsweise einen motorgetriebenen Zeitfolgeschalter umfassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Überwachung der Qualität eines Tabakstranges bei der Zigarettenherstellung mit einer Meßstelle, in der ein Tabakstrang an einem Strahlungsmeßgerät vorbeigeführt wird, das ein für die Abweichung der Dichte des Tabakslranges an der Meßstelle von einer Solldichte proportionale Signal erzeugt, mit einer auf das der Abweichung proportionale Signal ansprechenden Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Integranten und zur Bildung des Integrals aus diesem Integranten über eine bestimmte Zeitspanne und mit einer Anordnung zur Anzeige des Ergebnisses der Integration, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (15 bis 24) das der Abweichung proportionale Signal in nichtlinearer Weise derart verarbeitet, daß der Integrant als Funktion dieses Signals mit einer Potenz von mehr als eins variiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrant eine quadratische Funktion des der Abweichung proportionalen Signals ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung (28, 29, 30) vorgesehen ist, um das Integrationsergebnis mit einem Schwellenwert zu vergleichen und einen Alarm auszulösen, wenn das Integrationsergebnis den Schwellenwert überschreitet.