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Eine Einrichtung zur Kontrolle der
Kompressibilität von Artikeln der Tabakindustrie, die Gegenstand der
Patentanmeldung EP-0 195 173 ist, wurde entwickelt und wird
gegenwärtig in einer Tabakfabrik verwendet; diese
Einrichtung erlaubt es, die Kompressibilität eines Loses
Zigaretten, das auf einem zweckbestimmten Träger angeordnet ist,
mithilfe der Messung der vertikalen Verschiebung einer
konstanten Last zu messen. Bei der Anwendung der Last
verschiebt sich diese in vertikaler Richtung auf zwei
Präzisions-Führungen, dem Grad des Zusammendrückens der
Zigaretten entsprechend. Die Genauigkeit und die
Reproduzierbarkeit der Messung hängt unter anderem vom Zustand
des Verschleisses der Führungen ab, entlang welchen sich
die Last verschiebt; tatsächlich kann eine abgenutzte oder
einen lokalisierten Mangel aufweisende Eührung, die keine
regelmässige und gleichmässige Verschiebung der Last
erlaubt, zu Mess-Ungenauigkeiten führen.
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Damit Zweideutigkeiten der Begriffe verhindert
werden, wird die obenerwähnte Einrichtung zur Nontrolle der
Kompressibilität von Artikeln der Tabakindustrie von jetzt
an "Einrichtung zur Messung der Kompressibilität" genannt
und der Begriff "Einrichtung zur Kontrolle" für die
Einrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung reserviert.
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Die Kontrolle des Zustandes der Führungen der
Einrichtung zur Messung der Kompressibilität ist nicht
offensichtlich; es handelt sich tatsächlich darum, die
Versuchsbedingungen so getreu wie möglich zu reproduzieren
und darum, sicher zu sein, dass die gemessenen Parameter
wirklich repräsentativ für den Zustand der Führungen sind.
Weiter muss die Kontrolle reproduzierbar sein, d.h. bei
mehreren sich folgenden Versuchen an der gleichen
Einrichtung die gleichen Mängel anzeigen, und die Ergebnisse
müssen vom Bediener und vom Versuchsort unabhängig sein.
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Schlussendlich muss die Kontrolle dynamisch sein und den
Zustand der Führungen beim Betrieb im Arbeitsgebiet während
einer Messung der Kompressibilität aufzeigen.
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Eine Kontrolle, die mittels Ersatzes des die
Zigaretten enthaltenden Trägers durch eine Feder ausgeführt
wird, erlaubt nicht, die erwarteten Ergebnisse zu
erhalten, weil die Mängel der Federeigenschaften, die von der
gleichen Grössenordnung sein können wie diejenigen der
Führungen, sich zu diesen addieren; es ist dann schwierig,
Ddiese zwei Arten von Mängeln in der Messgrafik zu
unterscheiden. Ebenso erhält man bei der Anordnung eines
"teigartigen" Gegenstandes mit bekannter Kompressibilität stark
von den Umgebungsbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit)
sowie von der Alterung des "Teiges" abhängige Ergebnisse,
so dass es schwierig ist, zwei Einrichtungen in zwei
verschiedenen Labors zu vergleichen.
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Die Anmeldung PCT WO 88/06271 beschreibt ein
Verfahren und eine Einrichtung, die erlauben, die geometrische
Genauigkeit einer geradlinigen Gleitbahn zu bestimmen. Der
Autor schlägt hierfür eine Messzelle vor, bestehend aus
einer Vielzahl von Fühlern, welche die momentanen
Positionen eines Wagens in mehreren Achsen erfassen, der sich
längs der Gleitbahn verschiebt. Die Unzulänglichkeit dieser
Einrichtung besteht darin, dass sie mehrere Fühler
erfordert, welche mehrere Messwerte liefern, von welchen dann
jeder im Vergleich zu den andern interpretiert werden muss.
Andererseits wird die Führung nicht genau unter ihren
Benutzungsbedingungen geprüft, d.h. die Messung wird "im
Leerlauf" und nicht unter Bedingungen, welche genau die
normalen Benutzungsbedingungen der Einrichtung wiedergeben,
ausgeführt.
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Um diesen Unzulänglichkeiten abzuhelfen, wurden
ein Verfahren sowie eine Einrichtung entwickelt, welche den
Kennzeichen entsprechen, die in den Kennzeichnungsteilen
der Patentansprüche erwähnt sind.
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Das Verfahren und die Kontrolleinrichtung werden
in der Anwendung zur Kontrolle von Führungen einer
Einrichtung
zur Messung der Kompressibilität von Zigaretten
beschrieben, doch ist es selbstverständlich, dass das
Verfahren und die Einrichtung ebenso gut für Anwendungen in
anderen Arten von Apparaten oder Maschinen anwendbar sind,
welche eine oder mehrere Führungen enthalten, auf welchen
sich ein Gegenstand unter der Wirkung einer konstanten
Kraft verschiebt.
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Das Verfahren und die Einrichtung gemäss einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden durch die
ß Beschreibung leicht verständlich, welche der Zeichnung mit
den Figuren entspricht, wobei:
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die Figur 1 die Einrichtung gemäss der Erfindung,
angeordnet an einer Einrichtung zur Messung der
Kompressibilität von Zigaretten, darstellt,
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die Figur 2 eine Seitenansicht einer Einrichtung
gemäss der Erfindung in grösserem Massstab darstellt, und
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die Figur 3 zwei Diagramme darstellt, wobei
dasjenige der Figur 3A eine bei einer Kontrolle von
Führungen in gutem Zustand gemachte Aufzeichnung ist, während
die Figur 3B einer Aufzeichnung entspricht, die bei der
Kontrolle von Führungen in schlechtem Zustand gemacht
wurde
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Eine Einrichtung 1 zur Messung der
Kompressibilität von Zigaretten, die in der Figur 1 dargestellt ist,
besteht in der Hauptsache aus einer Grundplatte 10, welche
Führungsschienen 10a umfasst, aus einem vertikalen Ständer
11, aus einer oberen Einheit 12, an welcher ein oberer
Ausleger 13 befestigt ist, und aus einem mittleren Ausleger
14, welche die hauptsächlichen feststehenden Elemente der
Einrichtung bilden. Bewegliche Elemente 2 bestehen
hauptsächlich aus einer Steuereinheit 20, welche sich relativ
zur oberen Einheit 12 vertikal verschieben kann, dies durch
die Betätigung durch einen Motor 21, dessen mit Gewinde
versehene Achse 21a in eine Gewindemutter 13a eingreift,
die Bestandteil des oberen Auslegers 13 ist. Die
Gleitführungsbewegung der Steuereinheit 20 an der oberen Einheit
12 erfolgt unter Zwischenschaltung einer Kugelführung 20a.
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Eine erste Last 22, welche vertikal dem mittleren Ausleger
14 entlang über eine Kugelführung 22a gleitet, umfasst eine
Druckplatte 22b, die auf den Versuchsgegenstand einwirkt,
sowie Aufhänge- und Andrückmittel 22c, die diese erste Last
22 mit einer Hauptlast 23 verbinden, welche vertikal der
Steuereinheit 20 entlang über eine Kugelführung 23a
gleitet. Ein seitlicher Finger 22d, der an der ersten Last 22
befestigt ist, wirkt derart auf eine Spitze 15a eines
Komparators 15 ein, dass die vertikale Verschiebung der
Druckplatte 22b gemessen wird. Die anderen Elemente sowie die
Funktionsweise dieser Einrichtung für eine Messung der
Kompressibilität von Zigaretten sind im weiter oben
erwähnten Patent beschrieben worden; sie werden deshalb hier
nicht mehr beschrieben. Um eine richtige und wiederholte
Messung der Kompressibilität sicherzustellen, ist es
wichtig, dass sich die Lasten 22 und 23 gleichmässig, ohne
Spiel und stetig entlang den Führungen 22a und 23a
verschieben. Eine Einrichtung 3 zur Kontrolle der
Führungen liegt auf der Grundplatte 10 auf, wobei ihr
Fundamentträger 30 aus Aluminium durch die Führungsschienen 10a
geführt wird, dies anstelle des Trägers mit den Zigaretten,
deren Kompressibilität zu messen ist.
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Die Details des Aufbaus der Kontrolleinrichtung
ist besonders gut aus der Figur 2 ersichtlich. Der
Fundamentträger 30 wird aus einem Hohlrahmen mit rechteckiger
Form gebildet; die untenliegende Oberfläche dieses Trägers
ist mit grosser Genauigkeit bearbeitet, so dass sie genau
auf die Führungsschienen 10a passt, damit die übrigen
Elemente der Kontrolleinrichtung 3 genau so positioniert
werden, dass sie ihre Funktionen richtig erfüllen. Im Innern
dieses rechteckigen Rahmens, der den Fundamentträger 30
bildet, ist eine Messzelle 31 zur Messung von Kräften, die
vorzugsweise eine Zelle vom Typ HBM Z11 sein kann und eine
Berührungsspitze 31a umfasst, an einem Winkelstück 32
angehängt, das seinerseits in starrer Weise mit einer
motorisierten Führung 33 verbunden ist. Diese Führung 33 bewegt
sich vertikal und wird im Innern eines Rahmens 34 genau
geführt;
ein Gleichstrommotor 35, der in der einen oder
anderen Richtung drehend auf eine Achse 36 einwirkt,
welche an ihrem Ende 37 mit Gewinde versehen ist, treibt die
Führung 33 in einer geradlinigen, vertikalen Bewegung an,
dies über einen mit Innengewinde versehenen Teil 33a, der
die genannte Führung durchquert und in das mit Gewinde
versehene Ende 37 eingreift. Der Motor 35, der Rahmen 34
und die Führung 33 bilden vorzugsweise ein einziges
(integriertes) Präzisionselement, zum Beispiel eine
motorisierte Führung von Micro-Controle. So ist es durch Speisung
des Motors 35 mit einer positiven oder negativen Spannung
möglich, die Achse 36 bzw. ihren Gewindeteil 37 in der
einen oder anderen Richtung in Drehung zu versetzen, was
wiederum durch Ein- oder Ausschrauben des Innengewinde-
Teils 33a der Führung 33 bewirkt, dass diese mit vertikaler
Bewegung nach oben oder nach unten angetrieben wird, wobei
mit der gleichen Bewegung das Winkelstück 32 und die
Messzelle 31 zur Messung der Kraft angetrieben werden.
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Das Verfahren sowie die Funktionsweise der
Einrichtung zur Kontrolle des Zustandes der Führungen gemäss
der Erfindung können jetzt beschrieben werden.
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Die Einrichtung zur Messung der Kompressibilität
wird zuerst in die Ausgangslage geführt, d.h. die
Steuereinheit 20 befindet sich in der oberen Stellung, wobei die
Lasten 22 und 23 über ihre geeigneten Aufhängemittel dort
aufgehängt sind. Da sich die Druckplatte 22b ebenfalls in
der oberen Stellung befindet, ist es einfach, den
Zigarettenträger wegzunehmen und an seiner Stelle die
Kontrolleinrichtung 3 auf der Grundplatte 10 einzuführen, geführt
durch die Führungsschienen 10a. Durch Betätigung des Motors
35 wird die Messzelle ebenfalls in die Ausgangslage
geführt, d.h. in die obere Stellung, ohne jedoch die
Berührungsspitze 31a in Berührung mit der Druckplatte 22b
zu bringen, so dass die Messzelle 31 geschützt bleibt und
verhindert wird, dass ihr eine zu grosse Last auferlegt
wird. Die Steuereinheit 20 wird jetzt für die
Abwärtsbewegung angesteuert, was die Druckplatte 22b in Berührung
mit der Berührungsspitze 31a bringt und zur Folge hat, dass
die genannte Berührungsspitze, bzw. die Messzelle, zuerst
die erste Last 22, dann die Hauptlast 23 trägt, d.h. eine
Gesamtmasse von 1500 Gramm. Diese Lasten werden durch die
Messzelle 31 zum Stillstand gebracht, während die
Steuereinheit 20 ihren Lauf nach unten weiterführt, so dass sie
sich vollständig von der Hauptlast 23 freisetzt. Die
Anhalteposition der Steuereinheit 20 wird so gewählt, dass
bei der späteren Abwärtsbewegung der Last diese nie durch
io die genannte Steuereinheit zurückgehalten wird und dass die
Steuereinheit nicht auf die Last drückt. Diese Stellung ist
diejenige, die in der Figur 1 gezeigt wird. Alsdann wird
eine gesteuerte Spannung an den Motor 35 gelegt, was ihn in
eine absolut gleichmässige Drehbewegung, bzw. die Führung
33 und die Zelle 31 in eine absolut regelmässige
Translationsbewegung nach unten versetzt; die Verschiebung der
Platte 22b wird durch den Komparator 15 gemessen, der ein
elektrisches Signal liefert, das proportional zur genannten
Verschiebung ist, währenddem die durch die Platte 22b
ausgeübte Kraft durch die Messzelle 31 gemessen wird; diese
zwei elektrischen Signale werden an eine nicht dargestellte
Verarbeitungseinheit gesandt, welche ein Diagramm erstellt,
das die gemessene Kraft in Funktion der Verschiebung
darstellt. Es ist wichtig, dass die Führungen in jedem Fall in
demjenigen Gebiet kontrolliert werden, in dem die Messung
der Kompressibilität durchgeführt wird; hierfür wird
ausgehend vom obenerwähnten Ausgangspunkt die Last zuerst uni
etwa 1,8 mm abgesenkt, an welcher Stelle der volle Massstab
von 1500 Gramm eingestellt wird; sobald die Weglänge 2 mm
oerreicht, wird der Verschiebungs-Massstab wieder auf Null
gesetzt und dann die Messung der auf die Zelle 31
ausgeübten Kraft durchgeführt, dies in Funktion der durch den
Komparator 15 gemessenen Verschiebung und nach 5 mm
Weglänge. Nachdem die Führung 33 ihre untere Stellung erreicht
hat, wird die Verschiebung nach unten gestoppt und die
Steuereinheit 20 für die Aufwärtsbewegung angesteuert, so
dass die Lasten 22 und 23 von der Messzelle 31 abgehoben
werden.
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Beispiele von mithilfe der Verarbeitungseinheit
erhaltenen Graf iken sind in den Figuren 3A und 3B
darge-Dstellt, wobei in der Abszisse (X-Achse) die durch den
Komparator 15 gemessene Verschiebung von 0 bis 5 mm, und in
der Ordinate (Y-Achse) die Last, die einer Nasse in Gramm
entspricht, welche durch die Zelle 31 bei der genannten
Verschiebung gemessen wird, gezeigt werden. Pro um wird
eine Lastmessung durchgeführt, wobei das Mittel aus 5 sich
folgenden Messungen in der Grafik aufgezeichnet wird. Im
Fall, wo die Verschiebung der Lasten 22 und 23 entlang der
Führungen 22a und 23a stetig erfolgt, d.h. wenn sich die
genannten Führungen in gutem Zustand befinden, weichen die
gemessenen Lastwerte nur sehr wenig vom Nominalwert von
1500 Gramm ab, der der gesamten Last entspricht; dieser
Fall ist in der Figur 3A dargestellt, wo die
Lastabweichungen innerhalb von +2 Gramm und -3 Gramm liegen. Im Fall, wo
Unregelmässigkeiten oder Mängel an der einen oder anderen
u der Führungen 22a und 23a Unstetigkeiten bei der
Verschiebung der Lasten bewirken, erhält man eine Grafik ähnlich
der in der Figur 3B dargestellten, wo die maximalen
Lastabweichungen +22 Gramm bis -18 Gramm betragen. Es ist klar,
dass solche Abweichungen im Messgebiet eine Messung der
Kompressibilität vollständig verfälschen würden.
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Die weiter oben erwähnte, aber in der Zeichnung
nicht dargestellte Verarbeitungseinheit steuert automatisch
oder manuell die verschiedenen Steuerschritte, empfängt die
Mess-Signale, verarbeitet diese und erstellt eine
Kontrollgrafik für die Messung. Diese Verarbeitungseinheit kann
getrennt von der Steuereinheit der Einrichtung zur Messung
der Kompressibilität oder auch mit ihr zusammen angeordnet
werden.
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So wird es dank des Verfahrens und mithilfe der
Kontrolleinrichtung gemäss der Erfindung möglich, die
Qualität der Führungen der Einrichtung zur Messung der
Kompressibilität rasch zu kontrollieren, um sich zu
vergewissern,
dass die angezeigten Werte der Kompressibilität
wirklich den gemessenen Werten entsprechen. Hierzu ist es
notwendig, für die Kontrolle einen Grenzwert zuzulassen,
z.B. 15 Gramm, bei dessen Überschreitung die
Messeinrichtung, eventuell nach einer zweiten Kontrolle zur
Bestätigung, als defekt betrachtet und revidiert werden muss.
Eine einzige Kontrolleinrichtung kann zur Kontrolle von
zahlreichen Einrichtungen zur Messung der Kompressibilität
verwendet werden, unabhängig davon, ob diese in einem oder
mehreren Labors installiert sind, welche voneinander
entfernt sein können; anders ausgedrückt ist die Kontrolle der
Führungen von der gemessenen Einrichtung sowie von den
Umgebungsbedingungen unabhängig.
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Ein solches Verfahren kann für die Kontrolle der
Bewegung bei anderen Typen von Messeinrichtungen als der
beschriebenen vorgesehen werden; zum Beispiel kann auch
eine Härtemess-Einrichtung mit diesem Verfahren überprüft
werden, wobei eine geeignete Kontrolleinrichtung anstelle
des zu messenden Werkstückes installiert wird. Allgemeiner
ausgedrückt kann nach dem erfindungsgemässen Verfahren die
Regelmässigkeit der Verschiebung eines jeden Bauteils
kontrolliert werden, der eine geradlinige Bewegung ausführt,
sofern diese Bewegung durch Ausübung einer konstanten Kraft
auf den genannten Bauteil bewirkt wird.