DE3929154C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Füllfähig­ keit von Tabak, bei welchem eine vorgegebene Tabakmenge in ein an einer Seite durch einen bewegbaren Stempel abgeschlossenes Volumen mit bekanntem Querschnitt gefüllt wird, und bei welchem die jeweilige Länge der Tabaksäule sowie die jeweilige über den Stempel auf den Tabak wirkende Kraft als Funktion der Zeit gemessen werden.

Die Füllfähigkeit entspricht der Visco-Elastizität und Kompres­ sibilität von Tabak. Sie kann als das Volumen definiert werden, das eine gegebene Tabakmasse nach Belastung durch einen be­ stimmten Druck über eine bestimmte Zeit einnimmt. Die Füllfähig­ keit 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 Füllfähig­ keit von Tabak 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 zylinderischen Behälter von etwa 60 mm Durchmesser eingefüllt. Wird dieser Behälter in die bekannte Vorrichtung eingesetzt, senkt sich von oben auf den Tabak eine Druckplatte mit einem aufgelegten Gewicht ab. 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 einer Minute liegt, verstrichen ist, hebt ein Motor die Druckplatte mit dem aufgelegten Gewicht automatisch von dem komprimierten Tabak ab, und die Endhöhe der Tabaksäule als Maß für die Füllfähigkeit wird angezeigt.

Wegen der geringen Größe des Tabakbehälters ist dieses Verfahren unter Verwendung der bekannten Vorrichtung auf die Bestimmung der Füllfähigkeit von Schnittabak 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. Ein weiterer Nachteil ist, daß das Verfahren die Bestimmung der Füllfähigkeit von Tabak nur anhand von Stichproben mit geringer Tabakmenge erlaubt. 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.

Aus dem DE-GM 82 23 662 ist eine weitere Vorrichtung zum Messen der Füllfähigkeit von Tabak bekannt. In dieser Vorrichtung wird loser Tabak von einem Förderband unter zwei Rollen hindurchbewegt, die unterschiedliches Gewicht haben und auf dem Tabak aufliegen. Die schwerere Rolle drückt dabei den Tabak stärker zusammen als die leichtere. Die Höhe des Tabaks unter den Rollen wird gemessen, und aus dem Quotienten der beiden Werte wird ein die Füllfähigkeit charakterisierender Wert errechnet. Bei dieser Vorrichtung sind auch Anordnungen zum Messen der Tabaktemperatur und der Tabakfeuchtigkeit vorgesehen, die als Korrekturgrößen für den Füllfähigkeitswert dienen. Nachteilig wirkt sich aus, daß die mittels dieser bekannten Vorrichtung durchgeführten Messungen nicht besonders gut reproduzierbar sind. Es werden zwar laufend Durchschnittswerte ermittelt, die jedoch einer bestimmten Tabakmenge nur ungenau zugeordnet werden können.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das Messen der Füllfähigkeit lückenlos erfolgt, so daß es nicht auf Stichproben beschränkt ist und einer bestimmten Tabakmenge jeweils ein Füllfähigkeitswert genau zugeordnet werden kann. Die Füllfähigkeit soll dabei mit hoher Genauigkeit unter Berücksichtigung der maßgeblichen Parameter gemessen werden. Das Verfahren soll automatisch ablaufen, und außerdem sollen Störungen oder Verzögerungen des normalen Prozeßablaufs bei der Handhabung von Tabak vermieden werden. Weiterhin soll das Verfahren kostengünstig und ohne Verwendung aufwendiger Maschinen durchgeführt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die erforderlichen Meßgrößen automatisch von mindestens einem Rechner erfaßt und verarbeitet, während der Tabak mittels einer Presse in Verpackungsbehälter verpackt oder während nach dem Verpacken der Tabak mittels einer Presse nachgepreßt wird, wobei die Länge der Tabaksäule über die gemessene Wegstrecke bestimmt wird, die von dem bewegbaren Stempel der Presse zurückgelegt wird, welcher den Tabak komprimiert und dabei in den Verpackungsbehälter bewegt oder welcher den Tabak nachverpreßt; und weitere für die Größe der Füllfähigkeit maßgebliche Parameter werden in unabhängigen Messungen bestimmt und dem Rechner zugeführt, der daraus Füllfähigkeitswerte ermittelt. In vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens wird die auf den Tabak wirkende Kraft über den gemessenen Druck, der zum Antreiben des Stempels erforderlich ist, oder über die gemessene Unterstützungskraft, die zum Halten des Verpackungsbehälters erforderlich ist, oder über die am Stempel oder seinen Antriebselementen auftretende und gemessene Kraft bestimmt.

Dadurch wird erreicht, daß der in einen jeweiligen Verpackungsbehälter verpackten Tabakmenge ein zuverlässig und mit Hilfe eines wohl definierten, reproduzierbaren Meßverfahrens bestimmter Wert für die Füllfähigkeit zugeordnet wird. Dies ermöglicht eine lückenlose Qualitätsprüfung des Tabaks.

Pressen zum Verpacken von Tabak, insbesondere Blattabak, sind bekannt, beispielsweise aus der US-PS 36 41 734. Die bekannten Verpackungspressen können allerdings nicht zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak verwendet werden. Um gemäß der US-PS 36 41 734 eine bestimmte Tabakmenge in einen Behälter zu verpacken, wird der Tabak zunächst in einen vertikal angeordneten, bodenlosen Füllkasten eingefüllt, der zu Beginn in dem Behälter steht. Der Füllkasten hat einen geringfügig kleineren Querschnitt als der Behälter, ist aber wesentlich höher als dieser. Anschließend komprimiert ein von oben in den Füllkasten eindringender Stempel den Tabak soweit, bis er vollständig in den Behälter hinein bewegt ist. Nachdem der Füllkasten angehoben worden ist, kann der Behälter mit dem Tabak aus dem Bereich der Presse abtransportiert werden.

Eine Vorrichtung zum Pressen von Tabakballen ist aus der DE-OS 14 32 587 bekannt. Tabak wird mittels eines Luftstroms von oben in einen Preßkasten eingeführt. Während die Tabakmenge in dem Preßkasten anwächst, wird der Preßkasten abgesenkt. Gleichzeitig komprimiert ein taktweise arbeitender Stampfer, der von der Oberseite her in den Preßkasten eindringt, den Tabak. Der auf den Tabak wirkende Preßdruck kann dabei einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschreiten, denn jedesmal, wenn der Stampfer diesen Maximalwert ausübt, bewirkt ein Überlastventil oder eine Überlastkupplung ein Absenken des Preßkastens. Auch bei dieser Tabakpresse ist es nicht vorgesehen, die Füllfähigkeit des Tabaks zu bestimmen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das oben beschriebene Verfahren auf Blattabak angewendet.

Dadurch wird erreicht, daß der in einen jeweiligen Ver­ packungsbehälter verpackten Blattabakmenge ein zuverlässig und mit Hilfe eines wohl definierten, reproduzierbaren Meßverfahrens bestimmter Wert für die Füllfähigkeit zugeordnet wird. Dies ermöglicht eine lückenlose Qualitätsprüfung des Blattabaks. Weiterhin kann der Füllfähigkeitswert für den Blattabak mit dem Wert für die Füllfähigkeit des später aus dem Blattabak herge­ stellten Schnittabaks korreliert werden, so daß bereits frühzei­ tig Schlüsse auf die zu erwartende Qualität des Schnittabaks gezogen werden können, was bislang nicht möglich war und einen großen fertigungstechnischen Vorteil beinhaltet.

Um das Verfahren zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak weiterhin so zu definieren, daß während klar angelegter Meßabläufe aussagekräftige Daten für die Füllfähigkeit gewonnen werden, wird in weiterer Ausgestaltung eine Kompressionskurve aufgenommen, in der die während des Komprimierens auf den Tabak wirkende Kraft als Funktion der Länge der Tabaksäule dargestellt ist, wobei zusätzlich die Stempelgeschwindigkeit als Parameter eingeht, und/oder eine Relaxationskurve aufgenommen, in der die auf den Tabak wirkende Kraft als Funktion der Zeit dargestellt ist, nachdem der Stempel seine Endstellung und die komprimierte Tabaksäule somit ihre minimale Länge erreicht hat und während der Stempel in seiner Endstellung verharrt.

Dadurch wird erreicht, daß Kurven mit füllfähigkeitsrelevanten Daten zur Verfügung stehen, aus denen ein Wert oder mehrere Werte zur Kennzeichnung einer zugeordneten Füllfähigkeitsgröße übernommen werden können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll das Verfahren alternativ so durchgeführt werden, daß nur einige wenige, zur Ermitt­ lung eines Füllfähigkeitswerts benötigte Daten bestimmt werden.

Hierzu werden während des Komprimierens des Tabaks nur ein einziger Meßpunkt oder wenige Meßpunkte für die auf den Tabak wirkende Kraft sowie die jeweils zugehörige Länge der Tabaksäule aufgenommen, und/oder nur ein einziger Meßpunkt oder wenige Meßpunkte für die auf den Tabak wirkende Kraft als Funktion der Zeit aufgenommen, nachdem der Stempel seine Endstellung und die komprimierte Tabaksäule somit ihre minimale Länge erreicht hat und während der Stempel in seiner Endstellung verharrt.

Damit stehen zwar nicht so viele Meßpunkte zur Verfügung, wie für eine vollständige Kompressionskurve und/oder eine vollständige Relaxationskurve benötigt werden, andererseits wird aber erreicht, daß der Meßablauf und die Ermittlung einer zugeordneten Füllfähigkeitsgröße besonders einfach sind.

Um in weiterer Ausgestaltung alle für die Größe der Füllfähigkeit maßgeblichen Parameter zu bestimmen, werden vor, während oder nach dem Komprimieren des Tabaks die Tabaktemperatur und die Tabakfeuch­ tigkeit gemessen. Die Masse des eingefüllten Tabaks als ein für die Meßwerte der Füllfähigkeit maßgeblicher Parameter wird durch Wiegen bestimmt.

Vorzugsweise wird die auf den Tabak wirkende Kraft über mehrere der oben angeführten Alternativen gleichzeitig gemessen. Mit Hilfe der erhaltenen Daten lassen sich z. B. Rückschlüsse auf beim Komprimieren des Tabaks auftretende Reibungskräfte ziehen, die als maschinenspezifische Störfaktoren bei der Datenauswertung zur Ermittlung von Füllfähigkeitswerten berücksichtigt werden müssen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak besteht vorzugsweise aus einer an sich bekannten Presse, die eine vorgegebene Tabakmenge mittels eines angetriebenen, bewegbaren Stempels von einem größeren Volumen ausgehend in einen Verpackungsbehälter hinein kompri­ miert, und an der eine Wegmeßeinrichtung zum Messen der von dem Stempel zurückgelegten Wegstrecke, Druck- und/oder Kraftmesser zum Bestimmen der auf den Tabak wirkenden Kraft und Schnittstel­ len sowie mindestens ein Rechner zum automatischen Erfassen und Verarbeiten dieser sowie weiterer in unabhängigen Messungen bestimmter Meßgrößen vorgesehen sind. Die Presse kann dabei das eigentliche Verpacken des Tabaks durchführen, sie kann aber auch dafür vorgesehen sein, den bereits in seinem Verpackungsbehälter befindlichen Tabak nachträglich zu verpressen, bevor der Verpackungsbehälter geschlossen wird.

Im folgenden werden das erfindungsgemäße Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Presse zum Verpacken von Blattabak mit für das Verfahren erforder­ lichen Zusatzeinrichtungen,

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt der Vorrichtung aus Fig. 1 durch die Schnittlinie I-I aus Fig. 1,

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine alternative Ausgestaltung für den Stempel der Presse aus Fig. 1,

Fig. 4 verschiedene Schritte bei der Durchführung des Verfah­ rens mittels der in Fig. 1 dargestellten Presse,

Fig. 5 eine schematische Kompressionskurve,

Fig. 6 eine schematische Relaxationskurve,

Fig. 7a, 7b eine Darstellung zeitlich nebeneinander ablaufender Schritte zur Verdeutlichung des Verfahrens und

Fig. 7c Erläuterungen zu den in den Fig. 7a und 7b verwen­ deten Abkürzungen.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer zum Verpacken von Blattabak R verwendeten Presse und ihrer Zusatzgeräte. Diese Vorrichtung und das mit ihrer Hilfe durchgeführte Verfahren könnten genauso gut zum Verpacken und Bestimmen der Füllfähigkeit von Schnittabak eingesetzt werden. Im Ausführungsbeispiel werden jedoch die Anwendung der Vorrichtung und des Verfahrens auf Blattabak beschrieben.

Ein Stempel 2 der Presse wird in vertikaler Richtung im Bereich eines Gestells 4 bewegt. Der Stempel 2 wird über eine Antriebs­ stange 6 von einem hydraulischen Antrieb angetrieben. Dieser Antrieb und die Lagerelemente für die Antriebsstange 6 befinden sich oberhalb des Gestells 4 und sind nicht dargestellt.

Am oberen Ende des Gestells 4 sind ein erster Seitenarm 8 und ein zweiter Seitenarm 10 angebracht. Der zweite Seitenarm 10 trägt einen zweiten Einfülltrichter 12 auf der rechten Seite des Gestells 4. Ein entsprechender, am ersten Seitenarm 8 angebrach­ ter Einfülltrichter ist nicht dargestellt. Zu verpackender Blattabak wird über ein Laufband 14 oberhalb des Gestells 4 zugeführt und fällt in einen zweiten Füllkasten 16B, der an seinem oberen Ende 18B trichterförmig erweitert ist. Ein genau wie der zweite Füllkasten 16B aufgebauter erster Füllkasten 16A befindet sich in der in Fig. 1 dargestellten Arbeitsphase gerade im Bereich des Gestells 4, und der Raum unter dem ersten Seitenarm 8 ist leer. Bezugszeichen, die mit dem Buchstaben A enden, beziehen sich auf den ersten Füllkasten 16A und mit dem Buchstaben B endende Bezugszeichen auf den zweiten Füllkasten 16B. Der Füllkasten 16B steht mit seinem offenen unteren Ende 20B in einem Verpackungsbehälter, hier einem Karton 22B. Der Füllkasten 16B hat einen rechteckigen Querschnitt. Seine inneren Wandflächen sind im wesentlichen glatt ausgebildet, ebenso seine Außenfläche im Bereich des Kartons 22B. Der Querschnitt des Füllkastens 16B ist geringfügig kleiner als der des Kartons 22B. Der Füllkasten 16B steht zusammen mit dem Karton 22B auf einem fahrbaren Kartonwagen 24B. Ein oberhalb des Kartons 22B an­ gebrachter Querträger 26B verbindet den Füllkasten 16B mit zwei Stangen 28B, die auf einem fahrbaren Füllkastenwagen 30B montiert sind und den Füllkasten 16B halten. Der Kartonwagen 24B und der Füllkastenwagen 30B sind miteinander verschiebbar; wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann der Kartonwagen 24B gegenüber dem Füllkasten­ wagen 30B jedoch auch senkrecht zur Verbindungslinie der beiden Stangen 28B verschoben werden. Fig. 2 zeigt zwar einen Quer­ schnitt durch die Vorrichtungsteile im Bereich des Gestells 4, aber die Teile, die mit auf A und B endenden Bezugszeichen gekennzeichnet sind, sind gleich. Oberhalb des Kartons 22B kann eine in Fig. 1 nicht dargestellte Verdichtungsvorrichtung am Füllkasten 16B angebracht sein, mit deren Hilfe der in den Füllkasten 16B eingefüllte Tabak vorverdichtet werden kann, so daß insgesamt eine größere Tabakmenge eingefüllt werden kann.

Vor der in Fig. 1 dargestellten Arbeitsphase wurde bereits Blattabak R über einen dem zweiten Einfülltrichter 12 entspre­ chenden ersten Einfülltrichter auf der linken Seite des Gestells 4 in den ersten Füllkasten 16A eingefüllt. Der Querschnitt des Stempels 2 ist rechteckig und geringfügig kleiner als der Querschnitt des Füllkastens 16A. In der in Fig. 1 dargestellten Arbeitsphase ist der Blattabak aus dem ersten Füllkasten 16A bereits weitgehend in den Karton 22A komprimiert.

Zwei am Gestell 4 angebrachte Querträger halten einen Längsträger 34, an dem eine in Fig. 1 nicht vollständig dargestellte Hebevorrichtung 35 geführt wird. Insgesamt besteht die Hebevor­ richtung 35 aus zwei Teilen, dem eingezeichneten und einem entsprechenden, auf der Rückseite des Gestells 4 befindlichen. Beide Teile der Hebevorrichtung 35 besitzen Vorsprünge, die unter entsprechende, nicht dargestellte Vorsprünge an der Außenseite des Füllkastens 16A greifen. Die Hebevorrichtung 35 erlaubt es, den Füllkasten 16A so weit in vertikaler Richtung anzuheben, bis sich sein unteres Ende 20A etwas oberhalb der Oberkante 23A des Kartons 22A befindet.

Unterhalb des Kartonwagens 24A ist eine Hebebühne 36 installiert, die von einem Antrieb in vertikaler Richtung bewegt werden kann. Die Räder des Kartonwagens 24A stehen auf der Hebebühne 36. Zwischen den Rädern des Kartonwagens 24A befindet sich eine starre Halteplatte 37, die auf einem Halteplattenunterbau 38 angebracht ist. Die Hebebühne 36 mit ihrem Antrieb sowie der Halteplattenunterbau 38 sitzen in einem Untergestell 40. Bevor der Stempel 2 mit dem Komprimiervorgang für den Blattabak R beginnt, wird die Hebebühne 36 etwas nach unten abgesenkt. Dadurch kommt der Kartonwagen 24A auf der starren Halteplatte 37 zu liegen und wird auf diese Weise im Bereich des Kartons 22A gleichmäßig unterstützt, und die Rollen des Kartonwagens 24A werden nicht durch die von dem Stempel 2 ausgeübte Preßkraft belastet. Die Räder des Füllkastenwagens 30A stehen außerhalb des Bereichs der Hebebühne 36.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist die dargestellte Vorrichtung mehrere Meßinstrumente auf. Um festzulegen, wann genug Tabak in den zweiten Füllkasten 16B eingefüllt ist, steht der Füllkasten 16B einschließlich des Kartons 22B, des Kartonwagens 24B und des Füllkastenwagens 30B auf einer Einfüllwaage 50B. Eine entspre­ chende Einfüllwaage befindet sich auch auf der linken Seite des Gestells 4.

Auf der Oberseite des Stempels 2 ist ein handelsübliches optisches Längenmeßgerät installiert, das eine genaue Bestimmung der Lage des Stempels 2 und damit der Höhe der komprimierten Tabaksäule ermöglicht. Dieses Längenmeßgerät enthält einen Maßstab 52, der fest an der Oberseite des Stempels 2 angebracht ist und sich parallel zur Antriebsstange 6 erstreckt, und ein Lesegerät 54. Das Lesegerät 54 tastet auf optischem Wege Markierungen ab, die an dem Maßstab 52 angebracht sind, und zählt diese Markierungen als Maß für die zurückgelegte Wegstrecke des Stempels 2. Andere Ausführungsformen für eine Einrichtung zum Messen der Höhe der komprimierten Tabaksäule sind ebenso möglich, z.B. Ultraschall-Längenmeßsysteme oder elektrische Systeme, die beispielsweise ein Potentiometer enthalten, das bei der Bewegung des Stempels 2 in definierter Weise verstellt wird.

Zum Messen der Kraft, die beim Komprimieren vom Stempel 2 auf den Tabak R übertragen wird, dienen im Ausführungsbeispiel Kraftmeßdosen 56, die unter der Halteplatte 37 im Halteplat­ tenunterbau 38 eingebaut sind. Die Kraftmeßdosen 56, beispiels­ weise vier Stück, sind gleichmäßig über den Querschnitt des Halteplattenunterbaus 38 verteilt, damit die gesamte übertragene Kraft von den Kraftmeßdosen 56 erfaßt und auf das Untergestell 40 abgeleitet wird. Den Kraftmeßdosen 56 analoge Kraftmeßdosen 58 können auch in dem Stempel 2 angebracht sein, siehe Fig. 3. Es ist auch möglich, Kraftmeßdosen 59 in der Antriebsstange 6 zu installieren. In Fig. 3 sind sowohl die Kraftmeßdosen 58 als auch die Kraftmeßdosen 59 eingezeichnet; in der Praxis genügt es jedoch, wenn entweder die Kraftmeßdosen 58 oder die Kraftmeßdosen 59 vorhanden sind. Der über ein Manometer 57 gemessene Druck im Hydrauliksystem zum Antreiben des Stempels 2 bietet eine weitere Möglichkeit, die während des Komprimierens auf den Tabak R wirkende Kraft zu bestimmen. Hierbei muß der gemessene Druck mit der bekannten Querschnittsfläche des zum Antreiben verwendeten Hydraulikstempels multipliziert werden, um in eine Kraft umgewandelt zu werden. Die über diese verschiedenen Meßeinrich­ tungen bestimmten Kräfte sind jedoch nicht gleich. Beispielsweise zeigen die Kraftmeßdosen 56 zusätzlich zu der auf den Tabak R wirkenden Kraft noch das Gewicht des Tabaks R, das Leergewicht des Kartons 22A und das Gewicht des Kartonwagens 24A an; der Füllkasten 16A lastet nach Absenken der Hebebühne 36 nicht auf der Halteplatte 37, da die Vorsprünge an der Außenseite des Füllkastens 16A beim Absenken der Hebebühne 36 bereits von den Vorsprüngen der Hebevorrichtung 35 erfaßt werden. Außerdem können Reibungskräfte entlang der Wegstrecke des Stempels 2 zu Un­ terschieden bei den Meßwerten für die Kraft führen. Es ist daher vorteilhaft, mehrere Kraftmeßgeräte gleichzeitig zu verwenden, z.B. die Kraftmeßdosen 56 und das Manometer 57.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Temperatur und die Feuchtigkeit des Tabaks R unmittelbar vor dem Einfüllen in den Füllkasten 16B gemessen, und zwar mittels eines Temperaturmeß­ gerätes 60 und eines Feuchtemeßgeräts 62, die beide über dem Laufband 14 angebracht sind. Die Temperatur des Tabaks kann beispielsweise mit einem bekannten Infrarotmeßgerät bestimmt werden, das die vom Tabak ausgehende Wärmestrahlung erfaßt. Weitere Möglichkeiten für Temperaturmeßgeräte sind Widerstands­ thermometer oder Thermoelemente. Die Tabakfeuchtigkeit kann über ein handelsübliches Infrarotmeßgerät bestimmt werden, das die für Wasser charakteristische spektrale Intensität im Infrarot­ bereich mißt, aber auch über eine elektrische Leitfähigkeitsbe­ stimmung. Handelsübliche Geräte, die eine Kombination einer Kapazitäts- und Leitfähigkeitsmessung zum Bestimmen der Tabak­ feuchtigkeit ausnutzen, können ebenfalls angewendet werden. In allen Fällen sind die erhaltenen Ergebnisse für die Tabak­ feuchtigkeit keine absoluten Werte, und das Feuchtemeßgerät 62 muß durch Referenzmessungen, z. B. mit Hilfe eines Trocken­ schrankes, geeicht werden. Bei alternativen Ausgestaltungen ist es auch denkbar, die Temperatur und/oder Feuchtigkeit des Tabaks während der Arbeitsphasen in der Presse oder danach zu bestimmen.

Das Lesegerät 54 des Längenmeßsystems, die Kraftmeßdosen 56, 58, 59, das Manometer 57, das Temperaturmeßgerät 60, und das Feuchtemeßgerät 62 sind mit elektronischen Meßwertwandlern und Schnittstellen ausgerüstet, um die erfaßten Meßwerte auf einen in Fig. 1 nicht dargestellten Computer zu übertragen. In vorteilhafter Weise können anstelle eines Computers auch mehrere, untereinander vernetzte Rechner eingesetzt werden. In Fig. 1 ebenfalls nicht dargestellt ist eine Waage, auf der im Ausfüh­ rungsbeispiel der Karton 22 mit dem eingefüllten Tabak R nach dem Verpackungsvorgang gewogen wird. Diese Waage weist eine größere Genauigkeit als die Einfüllwaage 50 auf, was für die Ermittlung der Füllfähigkeit von Bedeutung ist, da die Masse des komprimier­ ten Tabaks direkt in die Füllfähigkeit eingeht. Andere Möglich­ keiten für das präzise Wiegen des eingefüllten Blattabaks sind ebenso denkbar, z.B. eine am Laufband 14 installierte Bandwaage. Auch diese nicht dargestellte Waage ist über einen elektronischen Meßwertwandler und eine Schnittstelle mit dem Computer verbunden.

Der Computer übernimmt die gesamte Ablaufsteuerung für das Verfahren zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak. Er erhält beispielsweise Signale von der Einfüllwaage 50B oder einem Füllkastensensor 64, der registriert, wenn der Füllkasten 16A in seiner korrekten Position unter dem Gestell 4 steht, und gibt Steuerbefehle an die jeweiligen Komponenten der Meßdatenerfassung aus. Die Presse wird über Relais gesteuert und arbeitet autark. Zu bestimmten Zeitpunkten ihres Arbeitszyklus gibt sie jedoch Signale an den Computer ab, die zum Synchronisieren mit dem übrigen Verfahrensablauf dienen. Die für das Verfahren zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Blattabak nicht wesentlichen Tätigkeiten des Computers sind im einzelnen nicht dargestellt.

Im folgenden werden anhand von Fig. 4 die einzelnen Verfah­ rensschritte beschrieben, wie sie von der zuvor erläuterten Vorrichtung ausgeführt werden. In den Fig. 7a und 7b ist die zeitliche Abfolge der parallel verlaufenden Schritte dargestellt. Die ersten drei Spalten von Fig. 7a zeigen die Arbeitsphasen der Presse, und zwar Spalte 201 die am ersten Füllkasten 16A ablaufenden Vorgänge, Spalte 202 die gleichzeitig am zweiten Füllkasten 16B ablaufenden und Spalte 203 die Bewegungsabläufe des Stempels 2. Spalte 204 gibt die Messungen der Temperatur T und des Wassergehalts (der Feuchtigkeit) WG des Tabaks als Funktion der Zeit t an. Der Index j bedeutet dabei die laufende Nummer des Meßzyklus, d.h. die laufende Nummer des Kartons 22, der gerade mit Blattabak befüllt wird. Spalte 205 beschreibt die Abfolge der an der Presse durchgeführten Messungen für die Kraft F, die auf den Tabak wirkt, den Druck P zum Antreiben des Stempels 2 und den vom Stempel 2 zurückgelegten Weg S als Funktion der Zeit t, sowie das Erfassen der Tabakmasse m. Die Spalte 206 gibt charakteristische Signale 101 bis 109 an, die von der Presse mit ihren Zusatzgeräten an den Computer übertragen werden. Im Ausführungsbeispiel besteht der Computer aus zwei untereinander vernetzten Rechnern, und zwar einem Prozeßrechner, der die in Fig. 7b, Spalte 207 dargestellten Funktionen übernimmt, und einem Hauptrechner, der die in Spalte 208 beschriebenen Aufgaben ausführt. Die Signale 101 bis 109 und die in den Fig. 7a und 7b verwendeten Abkürzungen sind in Fig. 7c erläutert.

Zu Beginn des Arbeits- oder Verfahrensablaufs werden in den Hauptrechner Stammdaten eingegeben, wie z.B. Angaben über die zu verpackende Tabaksorte, die Zykluszahl, d. h. die Anzahl der mit Tabak zu füllenden Kartons, und Werte für Steuerparameter für den Prozeßrechner, wie den Anfangswert So der Wegmessung oder die Abtastrate der Wegmessung, d.h. die Anzahl der pro Zeiteinheit durchzuführenden Längenmessungen. Anschließend werden für den Prozeßrechner relevante Stammdaten in den Prozeßrechner über­ spielt. Die Darstellung des Zeitablaufs beginnt mit dem Befüllen des ersten Füllkastens 16A, der sich dabei links vom Gestell 4 unter dem vom ersten Seitenarm 8 getragenen Einfülltrichter befindet. Wenn der erste Füllkasten 16A sein Sollgewicht erreicht hat, gibt die entsprechende Einfüllwaage 50A ein Signal 101 an den Prozeßrechner. Der erste Füllkasten 16A wird dann zusammen mit dem Karton 22A, dem Kartonwagen 24A und dem Füllkastenwagen 30a in den Bereich des Gestells 4 versetzt, und die Hebebühne 36 wird etwas abgesenkt, so daß der Kartonwagen 24A auf der Halteplatte 37 aufliegt. Gleichzeitig wird das Laufband 14 so umgelenkt, daß der nachfolgende Tabak über den zweiten Einfüll­ trichter 12 in den zweiten Füllkasten 16B eingefüllt wird.

Wenn der Füllkasten 16A nach dem Verschieben korrekt steht, gibt der Füllkastensensor 64 ein Signal 102 über den Prozeßrechner an den Hauptrechner. Daraufhin erfaßt der Prozeßrechner bei Stillstand des Stempels 2 die zum Karton Nr. j gehörigen Anfangswerte Fo_j für die Kraft und Po_j für den Druck der Hy­ draulikflüssigkeit. Nach einer definierten Verzögerungszeit, beginnend mit dem Signal 102, startet die Pressensteuerung eine Abwärtsbewegung des Stempels 2 und gibt bei deren Beginn ein Signal 103 an den Prozeßrechner ab. Der im Füllkasten 16A befindliche Blattabak R wird, sobald er von dem Stempel erfaßt wird, komprimiert; in der Anfangsphase ist jedoch die auf den Tabak ausgeübte Kraft gering und schwer reproduzierbar. Daher wird der Stempel 2 zunächst ohne Aufnehmen der zugehörigen Meßgrößen bewegt. Wenn eine vorgegebene Stellung So, der Anfangswert der Wegmessung, erreicht ist, übermittelt das Lesegerät 54 des Längenmeßsystems ein Signal 104 an den Prozeß­ rechner, siehe auch Fig. 4(a). Während der Stempel 2 weiter nach unten fährt, nimmt der Prozeßrechner nun laufend Meßwerte F_j(t), P_j(t) und S_j(t) für die auf den Tabak R ausgeübte Kraft, den Druck der Hydraulikflüssigkeit und den vom Stempel 2 zurückgelegten Weg als Funktion der Zeit t auf. Von den Meßwerten werden sofort die entsprechenden Anfangswerte subtrahiert, und die Ergebnisse werden im Prozeßrechner gespeichert. Diese Daten werden zum Aufstellen einer Kompressionskurve (Fig. 5) verwen­ det. Fig. 4(b) zeigt die entsprechende Arbeitsphase der Presse.

Sobald die Unterkante des Stempels 2 eine an der Presse einge­ stellte tiefste Stellung Se erreicht hat, siehe Fig. 4(c), die unterhalb der Oberkante 23A des Kartons 22A liegt, schaltet die Pressensteuerung die Antriebshydraulik für den Stempel 2 ab, und es wird ein Signal 105 an den Prozeßrechner übertragen. Der Stempel 2 verharrt nun für eine gewisse Dauer in seiner untersten Stellung Se. Während dieser Relaxationszeit werden die Meßgrößen F_j(t) und P_j(t) laufend an den Prozeßrechner übertragen, die Anfangswerte subtrahiert und die Ergebnisse abgespeichert. Zu Beginn der Relaxationsphase gibt die Pressensteuerung ein Signal 106 an den Prozeßrechner ab und leitet ein Anheben des ersten Füllkastens 16A mittels der Hebevorrichtung 35 ein. Sobald sich das untere Ende 20A des Füllkastens 16A oberhalb der Oberkante 23A des Kartons 22A befindet, wie in Fig. 4(d) dargestellt, d.h. sobald der Füllkasten 16A seine obere Stellung erreicht hat, wird ein Signal 107 an den Prozeßrechner abgegeben. Die zwischen den Signalen 106 und 107 aufgenommenen Meßwerte F_j(t) und P_j(t) werden gekennzeichnet, da sie von der Bewegung des Füllkastens 16A beeinflußt sind. Nach Ablauf der vorgegebenen Relaxationszeit bewirkt die Pressensteuerung ein Aufwärtsbewegen des Stempels 2 und gibt ein Signal 108 an den Prozeßrechner ab.

Der Karton 22A wird nun auf seinem Kartonwagen 24A aus dem Bereich des Gestells 4 wegbewegt, siehe Fig. 4(e), und zu der in Fig. 1 nicht dargestellten Waage transportiert. Sobald er diese erreicht hat, wird ein Signal 109 an den Prozeßrechner übermittelt, der Tabakkarton gewogen und der Meßwert m_j für die Tabakmasse in den Prozeßrechner übermittelt. In der Zwischenzeit wird ein neuer Karton 22A, Nr. j+2, auf einem Kartonwagen 24A unter den angehobenen ersten Füllkasten 16A geschoben, und der Füllkasten 16A wird abgesenkt. Anschließend wird er zurück unter den Einfülltrichter des ersten Seitenarms 8 gesetzt. Der Prozeßrechner überträgt nun die bezüglich der Anfangswerte korrigierten Meßwerte für den Karton j an den Hauptrechner.

In der Zwischenzeit wurde der zweite Füllkasten 16B über den zweiten Einfülltrichter 12 mit Blattabak R befüllt, wie auch in Fig. 1 dargestellt. Während des Füllvorgangs wurden laufend die Temperatur T_j+1(t) des für den Karton 22B Nr. j+1 bestimmten Tabaks und sein Wassergehalt WG_j+1(t) als Funktion der Zeit t von dem Temperaturmeßgerät 60 bzw. dem Feuchtemeßgerät 62 erfaßt, auf den Hauptrechner übertragen und einer Mittelwertbildung unterwor­ fen. Gleichzeitig fragt der Hauptrechner kontinuierlich beim Prozeßrechner nach, ob Daten zum Überspielen anstehen. Sobald dies der Fall ist, empfängt der Hauptrechner die Meßwerte für den Karton Nr. j vom Prozeßrechner. Kurz darauf ist auch der Füllvorgang für den zweiten Füllkasten 16B beendet, und die endgültigen Mittelwerte für die Temperatur T sowie die Feuchtig­ keit WG des Blattabaks für den Karton Nr. j+1 liegen vor. Die Arbeitsphasen und -schritte und die Erfassung der jeweiligen Meßgrößen wiederholt sich nun genau wie zuvor beschrieben, nur daß diesmal der Blattabak im zweiten Füllkasten 16B komprimiert und der erste Füllkasten 16A befüllt wird. Fig. 4(f) zeigt den Zeitpunkt, wenn der Stempel 2 den Anfangswert So der Wegmessung im zweiten Füllkasten 16B erreicht hat.

Der Hauptrechner berechnet aus den entgegengenommenen Meßwerten eine Kompressionskurve sowie eine Relaxationskurve für den Tabak im Karton Nr. j. Die Tabakmasse m_j wird dabei zur Normierung herangezogen. Die Mittelwerte für die Temperatur T und den Wassergehalt WG des Tabaks dienen einer sofort oder später durchzuführenden Korrektur der gewonnenen Füllfähigkeitsdaten auf Standardbedingungen, z.B. 12% Wassergehalt und 22°C. Dies erst ermöglicht eine physikalische Bewertung des in den Karton Nr. j abgefüllten Blattabaks und eine später durchzuführende Korrela­ tion mit Werten für die Füllfähigkeit des aus diesem Blattabak hergestellten Schnittabaks.

Eine typische Kompressionskurve ist in Fig. 5 dargestellt. Die während des Herunterfahrens des Stempels 2 erhaltenen Meßwerte für die auf den Tabak wirkende Kraft F und den von dem Stempel 2 zurückgelegten Weg S, der mit Hilfe von So in die Länge der Tabaksäule umgerechnet werden kann, sind gegeneinander auf­ getragen. Während sich die Wegstrecke von ihrem Anfangswert So zu ihrem Endwert Se ändert, steigt die Kraft von einem An­ fangswert Fo zu einem Endwert Fe an. Zu beachten ist, daß die Kurvenform auch von der Geschwindigkeit abhängt, mit der der Stempel 2 bewegt wird, da während des Komprimierens des Tabaks bereits ein Relaxationsverhalten auftritt.

In Fig. 6 ist eine typische Relaxationskurve dargestellt. Während der Stempel 2 in seiner tiefsten Stellung Se verharrt, nimmt die zur Anfangszeit ta auftretende Kraft Fe über die Zeit hin ab. Zur Zeit te wird die Messung beendet.

In diesem Ausführungsbeispiel wurde ein Verfahren zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak beschrieben, das als Vorrichtung eine Presse verwendet, mit deren Hilfe Tabak von einem Laufband in Verpackungsbehälter gefüllt und komprimiert wird. Auf alternative Weise kann die Füllfähigkeit von Tabak auch mittels einer Presse bestimmt werden, die ein Nachpressen von Tabak vornimmt. In diesem Fall kann Tabak ähnlich wie beschrieben, aber ohne Meßwerte für die Länge der Tabaksäule und die auf den Tabak wirkende Kraft aufzunehmen, in einen Karton oder Ver­ packungsbehälter eingefüllt werden. Dabei wird der Tabak stark komprimiert. Wenn zwischen dem Entfernen des Kartons aus dem Bereich der Einfüllpresse und dem Schließen des Deckels eine längere Zeitspanne liegt, kann das Volumen des Tabaks in dem Karton so stark anwachsen, daß vor dem Schließen des Deckels eine Nachverpressung erforderlich wird. Zum Nachpressen wird eine weitere Presse verwendet, die mit Meßsystemen zum Bestimmen des von ihrem Stempel zurückgelegten Weges und der auf den Tabak wirkenden Kraft ausgerüstet ist. Diese Meßsysteme sowie weitere zur Erfassung der Tabaktemperatur und -feuchtigkeit sind an einen Computer angeschlossen. Aus den während des Nachpressens aufgenommenen Meßwerten für die vom Stempel zurückgelegte Wegstrecke bzw. die jeweilige Länge der Tabaksäule und die auf den Tabak wirkende Kraft kann wie zuvor eine Kompressionskurve ermittelt werden. Daran kann in analoger Weise das Aufnehmen einer Relaxationskurve angeschlossen werden. Die erhaltenen Kurven sehen qualitativ ähnlich wie die in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellten aus. Da der Tabak vor dem Nachpressen bereits komprimiert worden ist, ist der Bereich der Wegstreckenänderung jedoch geringer als in dem zuerst beschriebenen Ausführungsbei­ spiel. Untereinander können nur die Daten verglichen werden, die nach demselben Meßverfahren aufgenommen worden sind.

Claims (12)

1. Verfahren zum Bestimmen der Füllfähigkeit von Tabak, bei welchem eine vorgegebene Tabakmenge in ein an einer Seite durch einen bewegbaren Stempel abgeschlossenes Volumen mit bekanntem Querschnitt gefüllt wird, und bei welchem die jeweilige Länge der Tabaksäule sowie die jeweilige über den Stempel auf den Tabak wirkende Kraft als Funktion der Zeit gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderlichen Meßgrößen automatisch von mindestens einem Rechner erfaßt und verarbeitet werden, während der Tabak mittels einer Presse in Verpackungsbehälter verpackt oder während nach dem Verpacken der Tabak mittels einer Presse nachgepreßt wird, wobei die Länge der Tabaksäule über die gemessene Wegstrecke bestimmt wird, die von dem bewegbaren Stempel der Presse zurückgelegt wird, welcher den Tabak komprimiert und dabei in den Verpackungsbehälter bewegt oder welcher den Tabak nachverpreßt, und daß weitere für die Größe der Füllfähigkeit maßgebliche Parameter in unabhängigen Messungen bestimmt und dem Rechner zugeführt werden, der daraus Füllfähigkeitswerte ermittelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Tabak wirkende Kraft über den gemessenen Druck, der zum Antreiben des Stempels erforderlich ist, bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Tabak wirkende Kraft über die gemessene Unterstützungskraft, die zum Halten des Verpackungsbehälters erforderlich ist, bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Tabak wirkende Kraft über die am Stempel oder seinen Antriebselementen auftretende und gemessene Kraft bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß es auf Blattabak angewendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kompressionskurve aufgenommen wird, in der die während des Komprimierens auf den Tabak wirkende Kraft als Funktion der Länge der Tabaksäule dargestellt ist, wobei zusätzlich die Stempelgeschwindigkeit als Parameter eingeht.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Relaxationskurve aufgenommen wird, in der die auf den Tabak wirkende Kraft als Funktion der Zeit dargestellt ist, nachdem der Stempel seine Endstellung und die komprimierte Tabaksäule somit ihre minimale Länge erreicht hat und während der Stempel in seiner Endstellung verharrt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß während des Komprimierens des Tabaks nur ein einziger Meßpunkt oder wenige Meßpunkte für die auf den Tabak wirkende Kraft sowie die jeweils zugehörige Länge der Tabaksäule aufgenommen werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein einziger Meßpunkt oder wenige Meßpunkte für die auf den Tabak wirkende Kraft als Funktion der Zeit aufgenommen werden, nachdem der Stempel seine Endstellung und die komprimierte Tabaksäule somit ihre minimale Länge erreicht hat und während der Stempel in seiner Endstellung verharrt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor, während oder nach dem Komprimieren des Tabaks die Tabaktemperatur und/oder die Tabakfeuchtigkeit als für die Größe der Füllfähigkeit maßgebliche Parameter gemessen werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse des eingefüllten Tabaks als ein für die Größe der Füllfähigkeit maßgeblicher Parameter durch Wiegen bestimmt wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit einer Presse, die eine vorgegebene Tabakmenge (R) mittels eines angetriebenen, bewegbaren Stempels (2) von einem größeren Volumen ausgehend in einen Verpackungsbehälter (22A) hinein komprimiert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wegmeßeinrichtung (52, 54) zum Messen der von dem Stempel (2) zurückgelegten Wegstrecke, Druck- (57) und/oder Kraftmesser (56, 58, 59) zum Bestimmen der auf den Tabak wirkenden Kraft und Schnittstellen sowie mindestens ein Rechner zum automatischen Erfassen und Verarbeiten dieser sowie weiterer in unabhängigen Messungen (60, 62) bestimmter Meßgrößen vorgesehen sind.