DE4324323C1 - Device and method for determination of filling capacity and/or elasticity of comminuted fibrous tobacco material - Google Patents
Device and method for determination of filling capacity and/or elasticity of comminuted fibrous tobacco materialInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Füllfähigkeits- und/oder Elastizitätsbestimmung von zerklei nertem, faserigem Tabakmaterial der im Oberbegriff des Paten tanspruchs 1 angegebenen Gattung.The invention relates to an apparatus and a method for Filling and / or elasticity determination of chopped nert, fibrous tobacco material that in the generic term of the godfather Claim 1 specified genus.
Die "Füllfähigkeit", d. h. das spezifische Volumen einer Schüttung von zerkleinertem, faserigem Tabakmaterial wird dem Stand der Technik nach, wie er z. B. in der DE 39 29 155 C2 beschrieben wird, dadurch bestimmt, daß eine abgewogene Menge des Tabakmaterials in einen Zylinder, vornehmlich aus Stahl, lose eingefüllt und durch einen einfahrenden Stempel unter definierter Last komprimiert wird. Nach einer definier ten Zeit wird die Belastung ausgesetzt und die zu diesem Zeitpunkt erreichte Höhe der Stempelunterseite über dem Zy linderboden gemessen. Aus dem Quotienten des berechenbaren Volumens des so komprimierten Tabakmaterials und seinem vor her bestimmten Gewicht wird das spezifische Volumen gebildet und als Kennwert "Füllfähigkeit" für das Tabakmaterial ver wendet.The "fillability", i.e. H. the specific volume of a Dump of shredded, fibrous tobacco material is the State of the art according to how z. B. in DE 39 29 155 C2 is described in that a weighed Amount of tobacco material in a cylinder, mainly from Steel, filled loosely and with a retracting stamp is compressed under a defined load. According to a defin For the longest time, the load is suspended and that at this time Time reached the height of the bottom of the stamp above the Zy lime soil measured. From the quotient of the predictable Volume of the so compressed tobacco material and its pre The specific volume is formed from a certain weight and as a characteristic "fillability" for the tobacco material turns.
Für Schnittabak branchentypische Daten sind hierfür:
Probengewicht: 0,1 bis 0,12 N
Zylinderdurchmesser: 60 mm
Last: 20 N
Belastungszeit: 30 sec
spezifische Volumina: 400-500 cm³/NFor cut tobacco industry-specific data are:
Sample weight: 0.1 to 0.12 N
Cylinder diameter: 60 mm
Load: 20 N.
Loading time: 30 sec
specific volumes: 400-500 cm³ / N
Bei dieser Art der Kompression richtet sich die nach Ablauf der Meßzeit erreichte Stempelhöhe nach dem momentanen Kräfte gleichgewicht zwischenWith this type of compression, it depends on the expiration the measuring time reached stamp height after the current forces balance between
- - Kräften in der Faserschüttung, die gegen das Kom primieren gerichtet sind,- Forces in the bulk of fibers that act against the com priming are directed
- - Wandreibungskräften und- wall friction forces and
- - der Belastungsgewichtskraft des Stempels.- the load weight of the stamp.
Die Wandreibungskräfte wirken ebenfalls gegen das Komprimie ren und können in Zylindern mit sehr kleinem Durchmesser so groß werden, daß sie das Komprimieren blockieren. Die senk recht auf die Zylinderinnenwand wirkenden Kräfte können auf grund einer Kniehebelwirkung einzelner Fasern und ihrer Lage im Faserverband größer als die sie erzeugende Stempelkraft werden, so daß auch bei kleinen Reibungskoeffizienten große Wandreibungseffekte entstehen können.The wall friction forces also act against the compression and can be used in cylinders with very small diameters become large that they block the compression. The lower forces acting on the inside wall of the cylinder can due to a toggle effect of individual fibers and their position greater in the fiber structure than the stamping force that generates them be, so that even with small coefficients of friction large Wall friction effects can arise.
Durch Versuche konnte abgeschätzt werden, daß die Wandrei bungskraft bei gebräuchlichen Geräten, z. B. Borgwaldt-Den simeter, ca. 20-30% der Stempelkraft beträgt. Durch die Verwendung einer Kraftmeßeinrichtung im Zylinderboden und durch Differenzbildung wurde versucht, die Größe der Wandrei bung zu bestimmen. Die Differenz zwischen Stempelkraft und Bodenkraft ist aber in jedem Fall eine Summe aus Kräften, die die Fasern komprimieren und verformen, plus Wandreibungskräf ten. Mithin stellt ein auf diese Weise gewonnener Wert des spezifischen Volumens, respektive der Füllfähigkeit stets das Ergebnis unter definierter Last plus unbekannter Wandreibung dar. Die das Komprimieren behindernde Wandreibung täuscht bei dieser Art von Messung in jedem Fall ein zu großes spezifis ches Volumen, d. h. eine zu große Füllfähigkeit vor.Experiments have shown that the wall row Exercise power in common devices such. B. Borgwaldt-Den simeter, is approximately 20-30% of the stamp force. Through the Use of a force measuring device in the cylinder base and the difference between the sizes of the wall was tried exercise to determine. The difference between stamp force and In any case, ground force is a sum of forces that compress and deform the fibers, plus wall friction Thus, a value of the specific volume or filling capacity always that Result under defined load plus unknown wall friction The wall friction preventing compression compresses this type of measurement is too specific in any case ch volume, d. H. an excessive filling capacity.
Werden faserige Tabakmaterialien zum Füllen von nachgiebigen Umhüllungen verwendet, wird vom Füllmaterial verlangt, daß es die Umhüllung mit einer ausreichend großen "Spannkraft" aus füllt. Es dürfen erstens keine bzw. nicht unzulässig viele Einzelfasern aus dem Faserverband und damit aus der Umhüllung herausfallen, zweitens soll nach einer unbeabsichtigten oder gebrauchsbedingten Deformation der Umhüllung die ur sprüngliche Form des unbelasteten Zustandes zumindest mög lichst weitgehend wieder eingenommen werden, und drittens soll beim gebrauchsbedingtem Deformieren eine gewünschte federnde Gegenkraft spürbar sein, die als angenehm, komforta bel, akzeptabel und ähnliches empfunden wird. Die Fähigkeit zur Entwicklung dieser Gegenkraft ist ein Qualitätsmerkmal, das üblicherweise eher qualitativ als quantitativ behandelt wird.Will be fibrous tobacco materials for filling compliant Wraps used are required of the filler that it the covering with a sufficiently large "clamping force" fills. First of all, none or not an impermissible number Individual fibers from the fiber structure and thus from the coating fall out secondly after an unintentional or use-related deformation of the envelope the ur the original form of the unloaded state is at least possible as far as possible, and third is intended to be a desired one in use-related deforming resilient counterforce can be felt, which is pleasant, comfort is felt, acceptable and the like. The ability to develop this counterforce is a quality feature which is usually treated qualitatively rather than quantitatively becomes.
Auch heute noch wird in rein handwerklich geprägten Betrieben die Elastizität eines faserigen Tabakmaterials dadurch begut achtet, daß durch das Zusammenpressen einer Handvoll Material in der Faust die spürbare Gegenkraft bewertet und beim an schließenden Öffnen der Faust beobachtet wird, wie schnell und wie weit das faserige Tabakmaterial sich rückausdehnt.Even today, purely handcrafted companies are used this favors the elasticity of a fibrous tobacco material be careful that by squeezing a handful of material the noticeable counterforce is evaluated in the fist and at closing opening of the fist is observed how quickly and how far the fibrous tobacco material is stretching back.
Die oben beschriebene herkömmliche Art der Bestimmung der Füllfähigkeit eines Tabakmaterials im Zylinder kann defini tionsgemäß keine quantitative Aussage über die Elastizität, d. h. die Rückausdehnungsfähigkeit eines Fasermaterials, ge ben. The conventional way of determining the above described Filling capacity of a tobacco material in the cylinder can defini no quantitative statement about elasticity, d. H. the ability of a fiber material to expand, ge ben.
Das Pressen des Tabakmaterials in der Hand gibt natürlich nachteiligerweise ebenfalls keine quantitative Aussage über den Elastizitätsgrad der beobachteten Probe.Pressing the tobacco material in hand naturally gives disadvantageously also no quantitative statement about the degree of elasticity of the observed sample.
Die Erfindung geht von einem Stand der Technik aus, wie er in einem Artikel von Dr. Max Samfield im Tabakjournal Interna tional 2/80 mit dem Titel "Prediction of the Filling Power of Cut Tobacco from Chemical Analysis of the Leaf: Part 1" vor gestellt wird. Auf Seite 128 wird in diesem Artikel in der dritten Spalte unter Punkt 2 eine Zentrifugen-Methode zur Bestimmung der Füllfähigkeit von geschnittenem Tabakmaterial offenbart.The invention is based on a prior art, as in an article by Dr. Max Samfield in the Tobacco Journal Interna tional 2/80 with the title "Prediction of the Filling Power of Cut Tobacco from Chemical Analysis of the Leaf: Part 1 " is provided. On page 128 of this article in the third column under point 2 a centrifuge method for Determination of the filling capacity of cut tobacco material disclosed.
Bei diesem Verfahren werden Röhrchen mit einer abgewogenen Menge Tabakmaterial in den Kopf einer Zentrifuge eingesetzt. Zur Einebnung der oberen Oberfläche des Tabaks in den Röhr chen werden Plastikscheiben auf den Tabak gelegt. Durch Ein schalten der Zentrifuge und Beschleunigung auf 1050 Umdrehun gen pro Minute in 30 Sekunden, einer Beibehaltung dieser Geschwindigkeit für 10 Minuten und einer 30 Sekunden dauern den Bremsung werden die Tabakproben komprimiert, danach ent fernt und die Volumina abgelesen.This procedure involves weighing tubes with a Amount of tobacco material placed in the head of a centrifuge. For leveling the top surface of the tobacco into the tube Plastic slices are placed on the tobacco. By one switch the centrifuge and acceleration to 1050 revolutions gen per minute in 30 seconds, a retention of this Speed last for 10 minutes and a 30 seconds the braking, the tobacco samples are compressed, then ent distant and read the volumes.
Auch bei diesem Verfahren treten die oben beschriebenen Nach teile bezüglich der Wandreibung wie beim herkömmlichen Zylin der-Verfahren zur Bestimmung der Füllfähigkeit auf. Die Wan dreibung kann nicht dadurch außer Wirkung gesetzt werden, daß anstelle der Kraft, die beim herkömmlichen Verfahren durch den einfahrenden Stempel ausgeübt wird, nun eine Zentrifugal kraft auf die auf den Tabakproben liegenden Plastikscheiben wirkt. Somit wird auch dieses Verfahren eine zu große Füll fähigkeit vortäuschen.The above-described steps also occur in this process parts regarding the wall friction as with the conventional Zylin the method for determining the filling capacity. The wan Drifting cannot be overridden by the fact that instead of the force caused by the traditional method the retracting punch is exerted, now a centrifugal force on the plastic discs lying on the tobacco samples works. This means that this process is too large pretend ability.
Die Elastizität des Tabakmaterials wird auch bei diesem Ver fahren weder in der Messung berücksichtigt noch quantitativ festgehalten. The elasticity of the tobacco material is also in this Ver drive neither taken into account in the measurement nor quantitative captured.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 92 02 262.6 U1 ist ein Dichtemeßgerät zur Messung der Dichte von Flüssigkeiten bekannt, dessen Funktionsweise auf dem Fliehkraftgesetz be ruht.From the German utility model G 92 02 262.6 U1 is a Density meter for measuring the density of liquids known, its operation on the centrifugal force be rests.
Aus dem US-Patent Nr. 3 955 406 ist eine Vorrichtung zum zerstörungsfreien Testen der Härte einer Zigarette bekannt.From U.S. Patent No. 3,955,406 an apparatus for known non-destructive testing of the hardness of a cigarette.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrich tung und ein Verfahren zur Füllfähigkeit- bzw. Elastizitäts bestimmung von zerkleinertem, faserigem Tabakmaterial vor zustellen, welche die oben bezeichneten Nachteile, insbeson dere bezüglich der Wandreibung, nicht mehr aufweisen.It is the object of the present invention to provide a device tion and a method for filling or elasticity determination of shredded, fibrous tobacco material to deliver the disadvantages described above, in particular those with the wall friction, no longer have.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 beschriebenen Merkmale bezüglich der Vor richtung zur Füllfähigkeit- und/oder Elastizitätsbestimmung von zerkleinertem, faserigem Tabakmaterial und durch die Merkmale des Patentanspruchs 9 bezüglich des Verfahrens zur Füllfähigkeitsbestimmung einer Schüttung von zerkleinertem, faserigem Tabakmaterial gelöst.This task is carried out in the characterizing part of the Features described claim 1 with respect to the Direction for the determination of filling capacity and / or elasticity of shredded, fibrous tobacco material and through the Features of claim 9 with respect to the method for Filling capacity determination of a bed of crushed, fibrous tobacco material loosened.
Bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine um eine vertikale Achse drehbar gelagerte Zentrifuge einen Raum zur Aufnahme einer Schüttung des Tabakmaterials und eine Meßvorrichtung zur Bestimmung des Volumens des kom primierten Tabakmaterials aus dessen sich unter Einwirkung der Zentrifugalkraft einstellender Kontur auf.In the device according to the present invention a centrifuge rotatably mounted about a vertical axis a room for receiving a fill of tobacco material and a measuring device for determining the volume of the com primed tobacco material from which under the influence the contour setting the centrifugal force.
Der Vorteil der oben beschriebenen Vorrichtung besteht ins besondere darin, daß bei der Komprimierung einer Schüttung des Tabakmaterials Wandreibung nur als Bodenreibung des Ta bakmaterials im Raum zur Aufnahme der Schüttung auftritt. Diese wird nur durch Gewicht und Reibungskoeffizient des eingeführten Materials bestimmt und ist um zwei bis drei Größenordnungen kleiner als die herrschende Fliehkraft. Diese Bodenreibung kann deshalb bei der Bestimmung der Füllfähig keit im Gegensatz zur Wandreibung bei der Zylindermethode vernachlässigt werden. Da die Meßvorrichtung zur Bestimmung des Volumens des komprimierten Tabakmaterials dieses Volumen aus der sich unter Einwirkung der Zentrifugalkraft einstel lenden Kontur bestimmt, spielt die Bodenreibungskraft prak tisch keine Rolle mehr; es handelt sich um das tatsächliche Volumen.The advantage of the device described above is special in that when compressing a fill of the tobacco material wall friction only as floor friction of the Ta Bak material occurs in the room for receiving the fill. This is only due to the weight and coefficient of friction of the imported material is determined and is by two to three Orders of magnitude smaller than the prevailing centrifugal force. This Soil friction can therefore be used when determining the filling capacity speed in contrast to the wall friction with the cylinder method be ignored. Since the measuring device for determination the volume of the compressed tobacco material this volume from which is set under the influence of centrifugal force determined contours, the ground friction plays prak table no longer matters; it is the actual one Volume.
Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß nach der Füllfähigkeitsbestimmung bei hohen Drehzahlen durch die Meßvorrichtung die Kontur und daraus das Volumen des Tabakmaterials bei stillstehender oder sich sehr langsam drehender Zentrifuge wiederum durch diesselbe Meßvor richtung festgestellt werden kann und somit erstmals eine quantitative Analyse des Rückausdehnungs- bzw. Elastizität seffekts möglich wird.The device according to the present invention also has the advantage that after the filling capacity determination at high Speeds through the measuring device, the contour and from that Volume of tobacco material when standing still or becoming very slowly rotating centrifuge again by the same measuring device direction can be determined and thus for the first time quantitative analysis of the expansion or elasticity effect is possible.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist der Raum zur Aufnahme der Schüt tung des Tabakmaterials ringförmig ausgebildet. Hierdurch wird bei der Komprimierung des Tabakmaterials eine im wesent lichen homogone Oberflächenstruktur entstehen, wobei eine einfache Bestimmung des Volumens der komprimierten Schüttung aus deren Kontur möglich wird.According to a preferred embodiment of the device of The present invention is the space for receiving the bulk tion of the tobacco material is annular. Hereby becomes an essential part of the compression of the tobacco material Lichen homogeneous surface structure, with a easy determination of the volume of the compressed bed from whose contour becomes possible.
Von besonderem Vorteil ist es, die Ausbildung der Zentrifuge so zu gestalten, daß sie einen die Innenseite des Ringraums begrenzenden Innenkern aufweist, dessen Durchmesser nicht kleiner ist als die Hälfte des Zentrifugeninnendurchmessers. Da sich beim Zentrifugieren die innenliegenden Fasern zu nächst auf einem kleinem Umfang befinden, aber unter Flieh kraft auf einen größeren Umfang verschoben werden, bedeutet dies ein Auseinanderziehen der Fasern in Umfangsrichtung. Dieser Effekt kann durch die oben beschriebene Dimensionie rung des Innenkerns im wesentlichen gering gehalten werden. It is particularly advantageous to design the centrifuge to be designed so that the inside of the annulus has a limiting inner core, the diameter of which is not is less than half the inner diameter of the centrifuge. Because the inner fibers become clogged during centrifugation next are on a small scale, but under flight force to be moved to a larger extent means this is a pulling apart of the fibers in the circumferential direction. This effect can be achieved through the dimension described above tion of the inner core can be kept substantially low.
Im oben beschriebenen Zusammenhang kann die Zentrifuge einen Innendurchmesser von 180 bis 220 mm, einen Innenkerndurch messer von 90 bis 110 mm und eine Wandhöhe von 50 bis 80 mm aufweisen.In the context described above, the centrifuge can Inner diameter from 180 to 220 mm, an inner core through knife from 90 to 110 mm and a wall height from 50 to 80 mm exhibit.
Die Meßvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist bei einer Ausführungsform eine getriggerte stroboskopische Beleuchtung und an den Innenwänden der Zentrifuge angebrachte Skalen zur optisch visuellen Erfassung der Kontur des Fasermaterials auf. Diese kostengünstige Version der Meßvorrichtung eignet sich gut für Vorversuche zur Festlegung der günstigsten Zen trifugenabmessung und Drehzahlen. Ebenso erlaubt diese Meß vorrichtung eine Vorabschätzung des spezifischen Volumens der Tabakmaterial-Schüttung im komprimierten Zustand.The measuring device of the present invention has one Embodiment a triggered stroboscopic lighting and scales attached to the inner walls of the centrifuge optical visual detection of the contour of the fiber material on. This inexpensive version of the measuring device is suitable good for preliminary trials to determine the cheapest Zen dimensions and speeds. This also allows measurement device a preliminary estimate of the specific volume of the Bulk tobacco material in compressed state.
Eine besonders exakte Ausführungsform der Meßvorrichtung der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch ge kennzeichnet, daß sie einen Laserscanner in Verbindung mit einer Auswerteeinheit aufweist, und daß der Laserscanner so angeordnet ist, daß er die Kontur des Tabakmaterials abtasten und in ein entsprechendes Meßsignal umwandeln kann. Durch eine solche Meßvorrichtung kann die Kontur des komprimierten Tabakmaterials, aber auch die Kontur des unkomprimierten Ta bakmaterials sehr genau festgestellt werden, wodurch eine gute quantitative Aussage über die Füllfähigkeit des Tabakma terials möglich wird.A particularly exact embodiment of the measuring device Device according to the present invention is thereby ge indicates that they are using a laser scanner in conjunction with has an evaluation unit, and that the laser scanner so is arranged so that he feel the contour of the tobacco material and convert it into a corresponding measurement signal. By such a measuring device can the contour of the compressed Tobacco material, but also the contour of the uncompressed Ta Bak material can be determined very precisely, which means a good quantitative statement about the filling capacity of the tobacco ma terials becomes possible.
Vorteilhafterweise kann die mit dem Laserscanner verbundene Auswerteeinheit zur Beeinflussung der Maximaldrehzahl der Zentrifuge aufgrund bestimmter Betriebsbedingungen und einzu stellender Flächenpressungswerte mit dem Antrieb der Zentri fuge zu deren Steuerung verbunden werden. Hierbei können bestimmte erforderliche Materialkennwerte der Tabakmaterial schüttung sehr gut eingehalten werden.Advantageously, the one connected to the laser scanner Evaluation unit for influencing the maximum speed of the Centrifuge due to certain operating conditions and einu setting surface pressure values with the drive of the centri joint to control them. Here you can certain required material characteristics of the tobacco material fill are very well adhered to.
Die für diese Vorrichtung verwendete Zentrifuge hat vorteil hafterweise einen Drehzahlbereich von 0 bis 3000 U/min, wodurch die Einstellung aller gewünschten Betriebszustände möglich ist. Selbstverständlich sollten diese Parameter nor miert werden, um reproduzierbare und vergleichbare Ergebnisse zu erhalten.The centrifuge used for this device has advantages fortunately a speed range from 0 to 3000 rpm, whereby the setting of all desired operating states is possible. Of course, these parameters should nor to be reproducible and comparable results to obtain.
Das Verfahren zur Füllfähigkeitsbestimmung einer Schüttung von zerkleinertem, faserigem Tabakmaterial kann insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung, wie sie oben beschrieben ist, durchgeführt werden. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:The procedure for determining the filling capacity of a filling shredded, fibrous tobacco material can in particular using a device as described above is to be carried out. The procedure has the following Steps on:
- a) Messen des Gewichts sowie des Volumens des unkom primierten Tabakmaterials,a) Measuring the weight and volume of the uncom primed tobacco material,
- b) Einfüllen des Tabakmaterials in die Zentrifuge,b) filling the tobacco material into the centrifuge,
- c) Hochfahren der Zentrifuge auf Meßdrehzahl,c) raising the centrifuge to the measuring speed,
- d) Bestimmung des Volumens des komprimierten Tabakma terials aus dessen Kontur undd) Determination of the volume of the compressed tobacco mass terials from its contour and
- e) Berechnung der Füllfähigkeit aus dem Gewicht und dem Volumen des komprimierten Tabakmaterials.e) calculation of the filling capacity from the weight and the volume of the compressed tobacco material.
Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die sehr schlecht zu bestimmenden Wandreibungskräfte, wie sie bei der herkömmlichen Zylinder/Stempel-Methode auftreten, hier wegen ihrer um zwei bis drei Größenordnungen niedrigeren Dimensionen vernachlässigt werden können und die Messung nicht mehr beeinflussen.A particular advantage of this method is that the wall friction forces, which are very difficult to determine, as in the traditional cylinder / stamp method occur here because of their two to three orders of magnitude lower Dimensions can be neglected and the measurement no longer influence.
Der zweite große Vorteil des oben beschriebenen Verfahrens liegt darin, daß die Kontur des Tabakmaterials wirklich im komprimierten Zustand unter Last vermessen und somit das komprimierte Volumen genau und unter der Wirkung nur einer einzigen Kraft, der Fliehkraft, bestimmt werden kann.The second major advantage of the method described above is that the contour of the tobacco material is really in measured compressed state under load and thus the compressed volume exactly and under the action of only one only force, the centrifugal force, can be determined.
Insbesondere bei Schnittabak wird bei einer Kompression unter Fliehkraft das Verfahren nachgeahmt, unter dem Schnittabak in den Zigaretten-Herstellungsmaschinen zum Strang geformt wird. Hierbei kann die Geschwindigkeit des Komprimierens und die Fliehkraft durch die Wahl des Hochlaufverhaltens der Zentri fuge so gewählt werden, daß sie der Geschwindigkeit des Auf schauerns in der Zigaretten-Herstellungsmaschine genau ent spricht. Bei modernen Hochleistungs-Herstellungsmaschinen handelt es sich dabei um Bruchteile von Sekunden; das Kom primieren mit der herkömmlichen Zylindermethode erstreckt sich aber über 30 sec, wodurch keine mechanische Ähnlichkeit der beiden Vorgänge mehr festzustellen ist. Der Zusammenhang eines durch Zentrifugieren gewonnenen Füllfähigkeitswertes mit den physikalischen Daten der späteren Zigarette, insbe sondere mit der Füllfähigkeit des in der Zigarette befindli chen Tabaks, ist deshalb bei dem Verfahren nach der vorlie genden Erfindung besser als der Zusammenhang mit einem durch die herkömmliche Methode gewonnenen Wert. Ebenso ist festzu stellen, daß die Füllfähigkeitswerte, die mittels des Ver fahrens der vorliegenden Erfindung erhalten werden, nicht mehr wie die Füllfähigkeitswerte nach der herkömmlichen Me thode eine zu große Füllfähigkeit des Tabakmaterials vortäu schen.In the case of cut tobacco in particular, compression occurs under Centrifugal force mimicked the process under the cut tobacco the cigarette making machines are stranded. Here, the speed of compression and the Centrifugal force through the choice of the run-up behavior of the centri fuge be chosen so that they the speed of the on in the cigarette making machine speaks. In modern high-performance manufacturing machines it is a fraction of a second; the comm priming with the traditional cylinder method stretches but over 30 sec, which means no mechanical similarity of the two processes can be determined more. The relationship a filling capacity value obtained by centrifugation with the physical data of the later cigarette, esp special with the filling capacity of the cigarette Chen tobacco, is therefore in the process of the present Invention better than the connection with one the traditional method gained value. It should also be noted make sure that the filling capacity values, which are determined by means of Ver driving of the present invention more like the filling capacity values according to the conventional me thode to fill the tobacco material too much .
Das Gewicht sowie das Volumen des unkomprimierten Tabakmate rials können vorteilhafterweise über die Meßvorrichtung und eine unter der Vorrichtung angeordnete Waage in der Zentrifu ge nach dem Einfüllen bestimmt werden. So können Unstimmig keiten, die durch unterschiedliche Meßgenauigkeiten z. B. verschiedener Volumenmeßvorrichtungen entstehen, vermieden werden.The weight and volume of the uncompressed tobacco mate rials can advantageously via the measuring device and a balance arranged under the device in the centrifuge be determined after filling. So can be inconsistent speeds caused by different measuring accuracies z. B. different volume measurement devices arise avoided become.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann insbeson dere durch Verwendung der beschriebenen Vorrichtung erstmals dazu verwendet werden, eine quantitativ genaue Analyse der Elastizität einer Schüttung von zerkleinertem, faserigem Tabakmaterial vorzunehmen. Hierbei werden im Anschluß an die schon beschriebenen Verfahrensschritte zusätzlich folgende Schritte ausgeführt:The method according to the present invention can in particular the first time using the device described used to provide a quantitatively accurate analysis of the Elasticity of a bed of crushed, fibrous Tobacco material. Here, following the Process steps already described additionally the following Steps followed:
- - Abschalten der Zentrifuge und Abwarten, bis die Rückausdehnung des Fasermaterials abgeschlossen ist,- Switch off the centrifuge and wait until the Expansion of the fiber material completed is
- - Bestimmung des Volumens des rückausgedehnten Faser materials mit Hilfe der Meßvorrichtung und- Determine the volume of the stretched fiber materials using the measuring device and
- - Berechnung der Elastizität des Fasermaterials aus den Volumina des komprimierten sowie des rückausge dehnten Tabakmaterials, indem der Betrag, um den sich das Volumen rückausgedehnt hat, in einem Kennwert verarbeitet wird, der z. B. auf das Kom pressionsvolumen bezogen wird.- Calculation of the elasticity of the fiber material the volumes of the compressed and the back stretched tobacco material by adding the amount by the volume has expanded back in one Characteristic value is processed, the z. B. on the comm pressure volume is obtained.
Im Gegensatz zur üblichen qualitativen Bestimmung der Elasti zität kann durch dieses Verfahren eine quantitativ genaue Aussage über diese Materialeigenschaft getroffen werden. Von besonderem Vorteil ist hierbei, daß die schon zur Füllfähig keitsbestimmung verwendete Meßvorrichtung ohne weiteren Auf wand auch zur Bestimmung der Elastizität des Tabakmaterials verwendet werden kann. Günstigerweise tritt auch hier nur ein vernachlässigbarer Reibungseffekt in Gestalt einer Boden reibung auf.In contrast to the usual qualitative determination of the elasti With this method, quantity can be quantitatively accurate Statement about this material property can be made. From A particular advantage here is that they are ready for filling determination device used without further on also used to determine the elasticity of the tobacco material can be used. Conveniently only occurs here negligible friction effect in the form of a floor friction on.
Bei einer Version des Verfahrens zur Füllfähigkeitsbestimmung und/oder zur Elastizitätsbestimmung der Tabakmaterialschüt tung wird die Kontur des Tabakmaterials durch Augenschein mit Hilfe von getriggerter stroboskopischer Beleuchtung anhand von an den Innenwänden der Zentrifuge angebrachten Skalen vermessen und das Volumen der Schüttung durch Multiplikation der so erhaltenen Querschnittsfläche mit dem so erhaltenen Schwerpunktsumfang bestimmt. Dieses einfache optisch visuelle Verfahren ermöglicht eine gute Vorabschätzung der Füllfähig keit bzw. der Elastizität des Tabakmaterials sowie eine Fest legung der günstigsten Zentrifugenabmessungen und Drehzahlen aufgrund der erhaltenen Werte. In one version of the method for determining the filling capacity and / or to determine the elasticity of the tobacco material bulk tion, the contour of the tobacco material is inspected with Help from triggered stroboscopic lighting of scales attached to the inner walls of the centrifuge measured and the volume of the bed by multiplication the cross-sectional area thus obtained with that obtained Focus range determined. This simple optically visual The method enables a good estimate of the fillability speed or the elasticity of the tobacco material and a hard determination of the most favorable centrifuge dimensions and speeds based on the values obtained.
Eine bevorzugte Verfahrensart zur Bestimmung der Füllfähig keit und/oder der Elastizität ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur des Fasermaterials von einem Laserscanner abgeta stet wird, und daß die Volumina des unkomprimierten, des kom primierten und gegebenenfalls des rückausgedehnten Fasermate rials von einer mit dem Laserscanner verbundenen Auswerteein heit ermittelt werden. Hierdurch besteht die Möglichkeit, quantitativ sehr genaue Aussagen über die Füllfähigkeit bzw. die Elastizität treffen zu können.A preferred method of determining the fillability speed and / or elasticity is characterized in that the contour of the fiber material is scanned by a laser scanner stead, and that the volumes of the uncompressed, the com primed and, if necessary, the expanded fiber mat rials from an evaluation connected to the laser scanner be determined. This gives you the opportunity quantitatively very precise statements about the filling capacity or to be able to meet the elasticity.
Ein wie oben beschriebenes Verfahren kann dadurch gekenn zeichnet sein, daß die Drehzahl der Zentrifuge bei der Be stimmung des Volumens des unkomprimierten sowie des rückaus gedehnten Tabakmaterials 5 U/min und die Drehzahl bei der Bestimmung des Volumens des komprimierten Tabakmaterials 3000 U/min beträgt. Zur Bestimmung des Volumens des unkom primierten sowie des rückausgedehnten Tabakmaterials ist eine geringe Drehzahl erforderlich, um den gesamten Umfang mindes tens einmal abzutasten.A method as described above can thereby be identified records that the speed of the centrifuge at the loading adjustment of the volume of the uncompressed as well as the back stretched tobacco material 5 rpm and the speed at Determination of the volume of the compressed tobacco material 3000 rpm. To determine the volume of the uncom primed as well as the re-expanded tobacco material is one low speed required to at least the entire circumference at least once.
Bei einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens mittels einer Laserscanner-Meßeinrichtung wird die Meßdrehzahl des Antriebs durch die Auswerteeinheit so eingestellt, daß aus dem laufend bestimmten, spezifischen Gewicht unter Last das für alle Fa serproben vereinbarte spezifische Sollgewicht eingehalten wird. Auf diese Weise können die oben genannten vorbestimmten Belastungswerte für verschiedene Faserproben individuell eingestellt werden.In a preferred embodiment of the method using a Laser scanner measuring device becomes the measuring speed of the drive set by the evaluation unit so that from the ongoing certain specific weight under load that for all Fa Specified target weight agreed becomes. In this way, the above predetermined Load values for different fiber samples individually can be set.
Vorrichtung und Verfahren der vorliegenden Erfindung werden im weiteren mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert; es zeigtThe apparatus and method of the present invention further with reference to the accompanying drawings explained; it shows
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, Fig. 1 is a schematic representation of the apparatus of the present invention,
Fig. 2 eine Teil-Schnittansicht der Zentrifuge der Vor richtung der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 is a partial sectional view of the centrifuge of the pre device of the present invention,
Fig. 3 eine Teil-Schnittansicht der Zentrifuge der vor liegenden Erfindung mit eingezeichneter komprimier ter sowie rückausgedehnter Kontur, Fig. 3 is a partial sectional view of the centrifuge of the prior invention lie with marked komprimier ter and reset extended contour,
Fig. 4 ein das spezifische Volumen bei der Zylinder- und der Zentrifugen-Meßmethode über der Flächenpressung veranschaulichendes Diagramm und Fig. 4 is a diagram illustrating the specific volume in the cylinder and centrifuge measurement method over the surface pressure and
Fig. 5 ein die Differenz der spezifischen Gewichte unter Last und nach Entlastung über der Flächenpressung darstellendes Diagramm. Fig. 5 shows a the difference of the specific gravities under load and after discharge over the surface pressure illustrative diagram.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Vor richtung zur Füllfähigkeits- und/oder Elastizitätsbestimmung. Eine Zentrifuge 1 ist drehbar um ihre vertikal angeordnete Achse 2 gelagert. Sie wird von einem Antrieb 3 (nicht darge stellt) in Drehung um die Achse 2 versetzt. Zentrisch in der Zentrifuge 1 ist ein zylinderförmiger Innenkern 4 vorgesehen, wodurch zwischen der Außenwand der Zentrifuge 1 und dem In nenkern 4 ein Ringraum 5 ausgebildet wird. In diesen Ringraum 5 wird eine Schüttung des Tabakmaterials eingefüllt, wie schematisch auf der rechten Seite der Fig. 1 (G, V₀) ange deutet. Zu bestimmen sind Gewicht G und Anfangsvolumen V₀. Am Boden des Ringraums 5 und auf der Innenseite der äußeren Wand der Zentrifuge 1 sind Skalen 12 und 17 vorgesehen. Fig. 1 shows a schematic cross section through an on device for determining the filling capacity and / or elasticity. A centrifuge 1 is rotatably mounted about its vertically arranged axis 2 . It is set by a drive 3 (not shown) in rotation about the axis 2 . Centrally in the centrifuge 1, a cylindrical inner core 4 is provided, thereby nenkern between the outer wall of the centrifuge 1 and 4, an annular space is formed. 5 A fill of the tobacco material is filled into this annular space 5 , as indicated schematically on the right side of FIG. 1 (G, V₀). Determine weight G and initial volume V sind. Scales 12 and 17 are provided on the bottom of the annular space 5 and on the inside of the outer wall of the centrifuge 1 .
Auf der linken Seite der Fig. 1 ist im Ringraum 5 die Bela stungskontur 8 des Tabakmaterials im komprimierten Zustand angedeutet. Über dem Innenraum der Zentrifuge 1 ist eine stroboskopisch getriggerte Beleuchtung 11 vorgesehen, durch die optisch die Belastungskontur 8 ermittelt und anhand der Skalen 12 und 17 genauer bestimmt werden kann.On the left side of FIG. 1, the loading contour 8 of the tobacco material in the compressed state is indicated in the annular space 5 . A stroboscopically triggered illumination 11 is provided above the interior of the centrifuge 1 , by means of which the load contour 8 can be optically determined and can be determined more precisely using the scales 12 and 17 .
Oberhalb des Ringraumes 5 ist als bevorzugte Alternative eine in horizontaler Richtung lauffähige optische Meßvorrichtung 6, vorzugsweise ein Laserscanner, angeordnet. Der Laserscan ner tastet durch einen Meßstrahl 9 die bei Belastung entste hende komprimierte Kontur 8 des Tabakmaterials ab und ist zur Weitergabe eines Meßsignals mit einer Auswerteeinheit 7 ver bunden. Hierbei handelt es sich um ein übliches optisches Verfahren.As a preferred alternative, an optical measuring device 6 , preferably a laser scanner, that can run in the horizontal direction is arranged above the annular space 5 . The Laserscan ner scans by means of a measuring beam 9 which arises under load existing compressed contour 8 of the tobacco material and is connected to an evaluation unit 7 for transmitting a measuring signal. This is a common optical process.
Die Auswerteeinheit 7 ist wiederum zur optimalen Steuerung der Antriebsdrehzahl mit dem Antrieb 3 der Zentrifuge 1 ver bunden.The evaluation unit 7 is in turn for optimal control of the drive speed with the drive 3 of the centrifuge 1 connected.
Durch die Meßeinrichtungen 6 und 7 bzw. 11 kann zu jeder Zeit, also auch während des Stillstandes oder nach der Rück ausdehnung des Tabakmaterials, eine Ermittlung der Kontur und mit Hilfe der Skalen 12 und 17 oder der Auswerteeinheit 7 eine Bestimmung des entsprechenden Volumens des Tabakmateri als vorgenommen werden. Das Gewicht des eingefüllten Tabakma terials kann vor oder nach der Befüllung der Zentrifuge 1 festgestellt werden.By measuring devices 6 and 7 or 11 can at any time, even during standstill or after the back expansion of the tobacco material, a determination of the contour and with the help of the scales 12 and 17 or the evaluation unit 7 a determination of the corresponding volume of the tobacco material than be made. The weight of the filled tobacco material can be determined before or after filling the centrifuge 1 .
Wie in Fig. 2, die einen Ausschnitt der Zentrifuge 1 mit der unter Last komprimierten Schüttung des Tabakmaterials zeigt, dargestellt, wird zur Berechnung der äquivalenten Flächen pressung vorzugsweise diejenige Höhe hs und derjenige Umfang Us verwendet, auf denen der Schwerpunkt S des komprimierten Faserringes liegt. Die Lage des Schwerpunkts S wird entweder von der Auswerteeinheit 7 berechnet oder anhand der durch Au genschein festgestellten Kontur bestimmt. Zur Berechnung des Ringvolumens unter der Last VL (siehe Fig. 1) wird die Quer schnittsfläche AL (siehe Fig. 1) mit dem Schwerpunktsumfang Us (= 2·πRs) multipliziert (Guldin′sche Regel).As shown in Fig. 2, which shows a section of the centrifuge 1 with the bed of tobacco material compressed under load, the height h s and the circumference U s on which the center of gravity S of the compressed is preferably used to calculate the equivalent surface pressure Fiber ring lies. The position of the center of gravity S is either calculated by the evaluation unit 7 or determined on the basis of the contour determined by visual inspection. To calculate the ring volume under the load V L (see Fig. 1), the cross-sectional area A L (see Fig. 1) is multiplied by the center of gravity U s (= 2 · πR s ) (Guldin's rule).
Bevorzugt kann die maximale Drehzahl des Antriebs 3 durch die Auswerteeinheit 7 so bestimmt werden, daß aus laufend be stimmter äquivalenter Fläche As und laufend bestimmter Flieh kraft mit Hilfe des Schwerpunktradius Rs die Flächenpressung für alle verwendeten Faserproben konstant gehalten wird bzw. für bestimmte Arten von Fasermaterialien die als erforderlich erachteten Flächenpressungen eingehalten werden.Preferably, the maximum speed of the drive 3 can be determined by the evaluation unit 7 so that the surface pressure is kept constant for all fiber samples used or for certain types from a constant equivalent area A s and a certain centrifugal force with the help of the center of gravity radius R s of fiber materials that are considered to be required surface pressures.
Fig. 3 zeigt die Kontur 13 des Ringes aus Fasermaterial im Ringraum 5 der abschnittsweise geschnitten dargestellten Zentrifuge 1 unter Last, das berechenbare Volumen 14 unter Last, die Kontur 15 des Ringes aus Fasermaterial nach der Entlastung und das durch Rückausdehnung zusätzlich hinzuge kommene Volumen 16. Das Volumen 14 plus dem Volumen 16 bilden zusammen das Volumen, das nach der Rückausdehnung insgesamt vorliegt. Aus der Differenz des Volumens vor und nach der Rückausdehnung (14, 14 + 16) kann die Elastizität der Schüt tung des Tabakmaterials berechnet werden. Fig. 3, the contour of the sections cut centrifuge 1 shown, the contour 13 shows the ring of fibrous material in the annular space 5 under load, the predictable volume 14 under load, 15 of the ring made of fiber material after the discharge and the addition hinzuge by back expansion arrived volume 16. The volume 14 plus the volume 16 together form the volume that is present overall after the expansion. The elasticity of the bulk of the tobacco material can be calculated from the difference in volume before and after the expansion ( 14 , 14 + 16 ).
In Fig. 4 wird die herkömmliche Zylindermethode der erfin dungsgemäßen Zentrifugenmethode anhand eines Diagramms, wel ches die Beziehung zwischen dem spezifischen Volumen des Tabakmaterials (vertikale Achse) und der Flächenpressung p (horizontale Achse) zeigt, gegenübergestellt. Trägt man in das Diagramm für gleiche Flächenpressungen die Werte der spezifischen Volumina nach beiden Methoden ein, so liegen die unter Fliehkraft gemessenen Werte immer unterhalb derjenigen, die mit der Zylindermethode gemessen wurden. Dies bedeutet, daß für gleiche spezifische Volumina bei der Zylindermethode höhere Flächenpressungen erforderlich sind als bei der Zen trifugenmethode. Diese zusätzliche Flächenpressung resultiert aus dem Umstand, daß ein Teil der Stempellast zur Überwindung der Wandreibung im Zylinder benötigt wird. Je höher die zu grundeliegende Flächenpressung ist, desto größer ist der An teil Δp, der für die Überwindung der Wandreibung erforderlich ist.In FIG. 4, the conventional cylinder OF INVENTION method of to the invention centrifuge method based on a diagram, wel ches the relationship between the specific volume of the tobacco material is (vertical axis) and the surface pressure p (horizontal axis) shows compared. If you enter the values of the specific volumes according to both methods in the diagram for the same surface pressures, the values measured under centrifugal force are always below those measured with the cylinder method. This means that higher surface pressures are required for the same specific volumes with the cylinder method than with the Zen trifuge method. This additional surface pressure results from the fact that part of the stamp load is required to overcome the wall friction in the cylinder. The higher the underlying surface pressure, the greater the proportion Δp that is required to overcome the wall friction.
Fig. 5 stellt anhand eines Diagramms das spezifische Gewicht (vertikale Achse) unter Last bzw. nach der Entlastung der Flächenpressung (horizontale Achse) gegenüber. Für eine übli che Schnittabaksorte werden hier beispielhaft die mit der Zentrifuge 1 gewonnenen Werte für spezifische Gewichte unter Last (obere Kurve) und nach Entlastung (untere Kurve) für unterschiedliche Flächenpressungen, d. h. Fliehkräfte, d. h. Zentrifugendrehzahlen, gezeigt. Die wirksame Fläche, auf der die Fliehkraft senkrecht steht, wird vorzugsweise aus dem Umfang und der Höhe berechnet, auf denen sich der Schwerpunkt des Ringquerschnitts befindet. Für unterschiedliche Be lastungen ergeben sich unterschiedliche Werte für beide spe zifischen Gewichte. Fig. 5 is a diagram showing the specific weight (vertical axis) under a load or after the relief of the surface pressure (horizontal axis) against. The values obtained with the centrifuge 1 for specific weights under load (upper curve) and after unloading (lower curve) for different surface pressures, ie centrifugal forces, ie centrifuge speeds, are shown here for a typical cut tobacco variety. The effective area on which the centrifugal force is perpendicular is preferably calculated from the circumference and the height at which the center of gravity of the ring cross-section is located. For different loads, there are different values for both specific weights.
Aus extrem hohen Kompressionen erfolgen immer kleinere Rück ausdehnungen, da die Elastizität der Schüttung allmählich ab gebaut und wirkungslos wird, so daß der Unterschied zwischen beiden spezifischen Gewichten immer kleiner wird.Extremely high compressions result in smaller and smaller returns expansions as the elasticity of the fill gradually decreases is built and becomes ineffective, so that the difference between two specific weights is getting smaller.
Claims (15)
- a) mit einer Zentrifuge (1),
- b) einem Antrieb (3) für die Zentrifuge (1),
- c) einer Einrichtung zur Ermittlung der Volumendifferenz zwischen dem unter Last komprimierten und dem unbelas teten Tabakmaterial, und
- d) einer Einrichtung zum Messen des Gewichtes des Tabakma
terials
dadurch gekennzeichnet, - e) daß die um eine vertikale Achse drehbar gelagerte Zen trifuge (1) einen Raum (5) zur Aufnahme einer Schüttung des Tabakmaterials aufweist, und daß
- f) eine Meßvorrichtung zur Bestimmung des Volumens des komprimierten Tabakmaterials aus dessen sich unter Ein wirkung der Zentrifugalkraft einstellender Kontur vor gesehen ist.
- a) with a centrifuge ( 1 ),
- b) a drive ( 3 ) for the centrifuge ( 1 ),
- c) a device for determining the volume difference between the compressed and the unloaded tobacco material under load, and
- d) a device for measuring the weight of the tobacco material
characterized, - e) that the pivotable about a vertical axis Zen trifuge ( 1 ) has a space ( 5 ) for receiving a bed of tobacco material, and that
- f) a measuring device for determining the volume of the compressed tobacco material from which is seen under the action of a centrifugal force contour.
- a) Messen des Gewichts sowie des Volumens des unkomprimier ten Tabakmaterials,
- b) Einfüllen des Tabakmaterials in eine Zentrifuge (1),
- c) Hochfahren der Zentrifuge (1) auf Meßdrehzahl,
- d) Bestimmung des Volumens des komprimierten Tabakmaterials aus dessen sich unter Einwirkung der Zentrifugalkraft einstellenden Kontur und
- e) Berechnung der Füllfähigkeit aus dem Gewicht und dem Volumen des komprimierten Tabakmaterials.
- a) measuring the weight and the volume of the uncompressed tobacco material,
- b) filling the tobacco material into a centrifuge ( 1 ),
- c) raising the centrifuge ( 1 ) to the measuring speed,
- d) determination of the volume of the compressed tobacco material from its contour which is produced under the influence of the centrifugal force and
- e) Calculation of the filling capacity from the weight and volume of the compressed tobacco material.
- - Abschalten der Zentrifuge (1) und Abwarten, bis bei stillstehender Zentrifuge die Rückausdehnung des Fasermaterials abgeschlossen ist,
- - Bestimmung des Volumens des rückausgedehnten Faser materials mit Hilfe einer Meßvorrichtung und
- - Berechnung der Elastizität des Fasermaterials aus den Volumina des komprimierten sowie des rückaus gedehnten Tabakmaterials.
- - Switch off the centrifuge ( 1 ) and wait until the fiber material has expanded again when the centrifuge is at a standstill,
- - Determination of the volume of the expanded fiber material using a measuring device and
- - Calculation of the elasticity of the fiber material from the volumes of the compressed and the stretched tobacco material.
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|---|---|---|---|
| DE19934324323 DE4324323C1 (en) | 1993-07-20 | 1993-07-20 | Device and method for determination of filling capacity and/or elasticity of comminuted fibrous tobacco material |
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| DE (1) | DE4324323C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN104266904A (en) * | 2014-09-18 | 2015-01-07 | 北京品驰医疗设备有限公司 | Testing device for twisting and stretching reliability |
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- 1993-07-20 DE DE19934324323 patent/DE4324323C1/en not_active Expired - Fee Related
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