DE2428399B2

DE2428399B2 - Verfahren und Vorrichtung zum zerstörungsfreien Festigkeitsprüfen von gasdurchlässigen Gegenständen wie z.B. Zigaretten

Info

Publication number: DE2428399B2
Application number: DE2428399A
Authority: DE
Inventors: Mauritz Leon Stellenbosch Cape Strydom (Suedafrika)
Original assignee: TOBACCO RESEARCH AND DEVELOPMENT INSTITUTE Ltd ZUG (SCHWEIZ)
Current assignee: TOBACCO RESEARCH AND DEVELOPMENT INSTITUTE Ltd ZUG (SCHWEIZ)
Priority date: 1973-06-12
Filing date: 1974-06-12
Publication date: 1979-09-13
Also published as: CA1008268A; US3955406A; DE2428399A1; FR2233620A1; GB1427111A; DE2428399C3; FR2233620B1

Description

D₁-D₁

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ermittelt wird, wobei H die Festigkeit des Gegen-Standes, P\ uu-i P₂ die verschiedenen Druckwerte,, D₁ und Di die aus den Ablesungen der Flüssigkeitspegel bei den Unterdruckwerten V\ und P₂ ermittelten verschiedenen Durchmesser des Gegenstandes, und D₀ der Durchmesser des Gegenstandes oltine Unterdruck sind.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer elastischen Hülse zur Aufnahme des Gegenstandes und einer Vorrichtung zur Anlegung eines Unterdruckes an das Innere des Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet, daß um die Hülse (1?) herum eine mit Flüssigkeit füllbare Kammer (10) angeordnet ist, und daß mit der Kammer (10) wenigstens eine teilweise mit der Flüssigkeit füllbare Meßröhre (20; 33,34,35) in Verbindung steht, deren Flüssigkeitsniveaus (Do, A, D₁) der Volumenänderung des Gegenstandes entsprechen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Meßröhren (33, 34, 35) vorgesehen sind, die jeweils über eine Absperreinrichtung (39, 40, 41) mit der die Hülse (12) umgebenden Kammer verbunden sind.

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Festigkeitsprüfung eines gasdurchlässigen Gegenstandes, insbesondere einer Zigarette, gemäß dem to Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

In der US-PS 36 68 928 ist bereits ein derartiges Verfahren beschrieben, bei dem die zu prüfende Zigarette in eine von Ringen umschlossene Gummihülse eingeschoben wird. Dann wird Luft durch die zwischen der Zigarette und den Ringen gebildeten Ringkammern geleitet und der dabei auftretende Druckabfall bei unter Normaldruck stehender Zigarette und bei mit Unterdruck beaufschlagter Zigarette gemessen. Die Druckabfallwerte sind dabei ein Maß für den Durchmesser der Zigarette bei unterschiedlicher Druckbelastung, so daß sich die Festigkeit ermitteln läßt Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß eine komplizierte und teure Vorrichtung erforderlich ist, die nur von Fachkräften unter Laborbedingungen eingesetzt werden kann. Dabei lassen sich zwar genaue und zuverlässige Meßwerte erzielen, doch eignet sich das Verfahren und die Vorrichtung mehr für Forschungszwecke und weniger für den Einsatz an der Produktionsstätte, wo auch von ungeübten Kräften schnelle Ergebnisse erzielt werden sollen, die für die Steuerung der Produktion geeignet sind.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren (US-PS 31 15 772) wird eine Zigarette einem äußeren Druck ausgesetzt und die von der Zigarette dabei ausgestoßene Luftmenge wird gemessen. Aus dem bekannten Wert des ausgeübten Drucks und der ausgestoßenen Luftmenge kann dabei die Festigkeit der Zigarette berechnet werden.

Aus der DE-PS 5 46 863 ist auch bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen der Dichtigkeit von Konservendosen bekannt, bei dem eine die Konservendose umgebende Flüssigkeit durch den Druck in der Konservendose verdrängt wird, wenn die Konservendose ein Leck aufweist Die Verdrängung der Flüssigkeit wird dabei als Maß für die Dichtigkeit der Konservendose ausgewertet

In der GB-PS 12 95303 ist ein Verfahren zur Dichtigkeitsprüfung eines hohlen flexiblen Körpers beschrieben, bei dem der Körper mit einem vom Umgebungsdruck abweichenden Gasdruck aufgeblasen wird. Die Wandung des Körpers führt dadurch eine Bewegung aus, die auf eine Flüssigkeitssäule übertragen wird und dadurch meßtechnisch erfaßt werden kann.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren der Im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, welche bei geringem technischen Aufwand eine rasche Festigkeitsprüfung ermöglichen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst

Bei der erfindungsgemäßen Verfahrensführung erweist es sich als besonders vorteilhaft, daß reproduzier* bare Meßwerte auch von ungeübten Personen erzielbar sind und daß sich das Verfahren zur Durchführung in einer automatisch gesteuerten, einfach aufgebauten Vorrichtung eignet

Besonders bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen beschrieben.

F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung;

F i g. 2 ist ein Schaltbild für eine Ausführungsform mit mehreren Meßsäulen.

Die Fig. 1 zeigt eine zerstörungsfreie Prüfvorrichtung 8 zum Messen der Härte von Zigaretten. Die Vorrichtung enthält einen waagerechten Zylinder 10, der an seinen Enden so verschlossen ist, daß in der Mitte eines jeden Endes eine öffnung bleibt, in die eine dünne, gezogene Gummiröhre 12 paßt Der innere Durchmesser der Gummiröhre ist etwas kleiner als der der

Zigarette 14. die gemessen werden soll Das Innere der Röhre ist mit einer Vakuumquelle 18 (diese ist nicht dargestellt) verbunden. Ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Manometer dient zum Messen des Vakuumrestdruckes.

Ein Ende der GummiriShre 12 ist mit einem Stöpsel 16 verschlossen, während das andere Ende mit der Vakuumquelle 18 verbunden ist

Eine senkrechte Meßsiiule 20, die aus einer durchsichtigen Röhre mit einer kugelförmigen Ausbildung besteht, steht an einem Ende mit dem Raum im Inneren des Zylinders 10 in Verbindung. Das andere Ende ist mit einer zweiten Vakuumquelle 22 (diese ist nicht dargestellt) verbunden. Der Innenraum des Zylinders 10 und ein Teil der Meßsiiule sind mit einer Flüssigkeit angefüllt, wie z. B. gefärbtem Wasser.

Beim Einsatz wird an das obere Ende des Meßrohres ein Unterdruck gegeben, der auf die Gummiröhre 12 eine Saugwirkung ausübt wodurch diese sich ausdehnt. Eine Zigarette wird in die ausgedehnte Röhre eingefühlt. Der Unterdruck wird abgestellt and die Flüssigkeit breitet sich um die Zigarette äerum aus. Damit erhält man eine Nullmessung für die Zigarette. Ein Unterdruck P\ wird daraufhin an die Zigarette über die Vakuumpumpe 18 gegeben und die Abnahme des Durchmessers D₁ wird an der Meßsäule abgelesen. Ein zweiter und größerer Unterdruck P₂ wird angelegt und die Durchmesseränderung D₂ wird erneut abgelesen. Bei der Nullmessung, bei der der Durchmesser D₀ der Zigarette bestimmt wird, wenn kein Unterdruck auf sie wirkt, müssen die Kraft der elastischen Röhre und der Flüssigkeitskopf der Flüssigkeitssäule berücksichtigt werden.

Da eine Zigarette oder ein Filterabschnitt keine wirklich elastischen Körper sind, muß bei der Abfolge der einzelnen Vorgänge die Zeit berücksichtigt werden, und zwar in dem Sinne, daß, um Ergebnisse wiederholen zu können, die verschiedenen Ablesungen in festen Zeitabständen erfolgen müssea Der absolute Zeitabstand ist unbedeutend, solange er während einer gleichen Prüfserie konstant bleibt In ähnlicher Weise spielt der absolute Wert des Unterdruckes keine Rolle. Die Werte können verschieden sein und müssen nicht notwendigerweise während der gleichen Testreihe die gleichen sein. Der Einfachheit halber wird es jedoch bevorzugt die gleichen Werte zu wählen. Bei der praktischen Ausführung haben sich Werte von 0,2 und 0,5 kp/cm² bewährt

Die Festigkeit oder Elastizität einer Zigarette kann unter Zuhilfenahme öer in der US-PS 3668 928 angegebenen Formel bestimmt werden.

D₁-D₂

x D₀.

, D2 -

Festigkeit oder Elastizität
Auf die Zigarette wirkende Kraft
oder Unterdruck
Durchmesser der Zigarette ohne
Unterdruck P₀ und mit Unterdruck
Pi, Pi.

Die Vorrichtung ist einfach und kann in wenigen Stunden hergestellt werden. Im wesentlichen benötigt die Vorrichtung überhaupt keine komplizierten Hilfsmittel. Es werden lediglich eine Unterdruckquelle, ein Druckmeßgerät und eiijj Einrichtung zum Steuern der Druckquelle benötigt

Die Berechnung der Festigkeit ist eine einfache,

mathematische Aufgabe. Die während der Produktion benötigte Information kann schnell erhalten werden und steht damit zum Einstellen der Produktionsparameter zur Verfügung.

Um die Festigkeit einer Zigarette oder eines Filters mit der oben beschriebenen Vorrichtung zu bestimmen, kann das Ablesen der Volumenänderung nur erfolgen, wenn das Manometer in Ruhe ist Es hat sich jedoch herausgestellt daß die Ablesungen P\, P₂, und Di, D₂ unter dynamischen Bedingungen erfolgen müssen, d. h, während der Zeit der Volumenänderung um genauere Ablesungen zu erhalten. Bei dem vorliegenden Beispiel ist die Röhre 20 so geeicht daß der Durchmesser der

Zigarette direkt abgelesen werden kann. Wenn es

jedoch erwünscht ist kann die Röhre 20 auch so geeicht werden, daß das Volumen der Zigarette direkt abgelesen werden kann.

An Hand der Fig.2 wird im folgenden eine

Vorrichtung beschrieben, die ein Verfahren angibt mit dessen Hilfe die verschiedenen Manometerwerte festgehalten werden können, um sie abzulesen.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung 8 entspricht im wesentlichen der bereits beschriebenen.

Ein Flüssigkeitsbehälter 30 hat zwei Entlüftungsventile 31 und 32. Drei Meßsäulen 33,34 und 35, von denen eine jede einen Behälter, 36, 37 bzw. 38 hat sind mit der Vorrichtung 8 verbunden. Magnetventile 39,40 und 41 sind zum öffnen und Schließen der Röhren vorgesehen.

Das obere Ende einer jeden der Röhren ist mit einer Vakuumquelle über Magnetventile 42 und 43 verbunden. Die Gummiröhre 12, die die Zigarette einschließt ist mit der gleichen Vakuumquelle über ein Nadelventil 44 und das Magnetventil 43 verbunden. Manometer 45 und 46 werden über Magnetventile 47 bzw. 48 eingeschaltet um den auf die Gummiröhre 12 wirkenden Unterdruck zu messen.

Die Magnetventile 39 bis 43 und 47 urd 48 werden über einen Steuerkreis 24 gespeist, der drei Druckschalter 49,50 und 51 hat Einem Versorgungsgerät 26 wird de: Strom für den Steuerkreis 24 entnommen.

Der Steuerkreis 24 hat zwei Relais 52 und 53, und zwei Zeitelemente 54 und 55, die durch die Relais gesteuert werden.

Mittels eines Solenoids 28 wird ein Stöpsel in einer festen Lage in der Gummiröhre 12 gehaltea Die Spule des Solenoids wird über den Steuerkreis gespeist

Beim Arbeitseinsatz arbeitet die Schaltvorrichtung wie folgt:

so Zu Beginn sind die Magnetventile 39,40,41,47 und 48 geöffnet

Ein Druckknopf 49 wird betätigt, um das Relais 52 anzusteuern, weiches sich über einen seiner eigenen Kontakte im angesteuerten Zustand hält Das Ventil 43 wird angesteuert nnd öffnet sich zu dem Ventil 42, das selbst geöffnet wird. Dadurch kann der Unterdruck so wirken, daß Flüssigkeit aus den Röhren 33,34 und 35 in die Behälter .16, 37 und 38 gesaugt wird, um die Gummiröhre 12 zu öffnen, damit eine Zigarette eingeschoben werden kann.

Der Druckknopf 50 wird daraufhin niedergedrückt Dadurch fällt das Relais 52 ab, so daß da«, Ventil 42 nicht mehr angesteuert ist und somit Luft in die oberen Enden der Meßröhren über ein Entlüftungsventil 56 eindringen kann. Dadurch wird der Unterdruck um die Gummiröhre herum aufgehoben, so daß sich die Flüssigkeit um die Zigarette herum ausbreitet Zu diesem Zeitpunkt gibt die Höhe der Flüssigkeitssäule in

den Röhren 33,34 und 35 den Wert des Nulldrucks an.

Der Druckknopf 51 wird niedergedrückt, wodurch das Relais 53 angesteuert wird, welches sich Ober dem unteren Teil des Druckknopfes 49 selbst hält Dadurch wird bewirkt:

a) Unterbrechung der Ansteuerung und Schließen des Ventils 49, wodurch die Nullablesung in der Röhre 33 aufrechterhalten wird,

b) Ansteuerung und Schließen des Ventils 41,

c) Ansteuerung des Ventils 43, wodurch der Unterdruck von dem Ventil 42 über das Nadelventil 44 an das Innere der Gummiröhre 12 gegeben wird, und an die Manometer 45 und 46. Durch das Ventil 44 wird das Maß des Unterdruckes gesteuert,

d) die Zeitelemente 54 und 55 werden gestartet.

Nach einem Zeitintervall 54 wird die Ansteuerung der

\/„pi;i„ λλ „„Λ Aj .._nt«.u_»_nt.-_n ...„j.._„u j__ AUi

festgehalten wird. Das Ventil 41 wird geöffnet

Nach einem weiteren Zeitintervall (nach dem das Intervall 54 im Einsatz war) kommt das Zeitelement 55

zur Wirkung. Durch dieses wird die Ansteuerung der

Ventile 41 und 48 unterbrochen und die Ablesung in der Röhre 35 und an dem Manometer 46 festgehalten.

Nun können die Meßröhren und Manometer abgelesen werden.

Um die Meßwerte zu löschen und das ganze System

in auf Null zurückzusetzen, wird der Knopf 49 gedrückt.

Dadurch fällt das Relais 53 ab und unterbricht die Steuerung der Zeitelemente 54 und 55 und der Ventile 39 bis 41. Das Relais 52 wird geschlossen, wodurch das Tauchrelais 28 angesteuert wird, um den Stöpsel

ι '< zurückzuziehen und die Röhre 12 zu öffnen, damit die Zigarette herausgenommen und eine andere zum Prüfen eingebracht werden kann.

wert in der Röhre 34 und am Manometer 45 sowohl natürlicher als auch synthetischer verstanden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur zerstörungsfreien Festigkeitsprüfung eines gasdurchlässigen Gegenstandes, iiuibesondere einer Zigarette, bei dem erst der Gegenstand in eine elastische Hülse eingebracht wird, dann das Innere des Gegenstandes unter Unterdruck gesetzt und die Volumänderung des mit Unterdruck beaufschlagten Gegenstandes gemessen wird, und to wobei danach aus der Größe des angelegten Unterdrucks und der Volumenänderung die Festigkeit des Gegenstandes ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse von einer Flüssigkeit umgeben wird und daß eine Pegeländerung der umgebenden Flüssigkeit als Maß für die Volumenänderung des Gegenstandes gewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand wenigstens zwei verschiedenen Unterdruckwerten ausgesetzt wird, und daß der rege! der Flüsigkeit bei jedem Unterdruckwert gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigkeit des Gegenstandes aus den Meßwerten gemäß der Beziehung