DE2227478A1 - Verfahren zur bestimmung der fuellfaehigkeit von tabak od. dgl. und einrichtung zu dessen durchfuehrung - Google Patents

Description

Austria Tabakwerke Aktiengesellschaft, vorm« Österr, Tabakregie in Wien (Österreich)

Verfahren zur Bestimmung der Füllfähigkeit von Tabak ododgl. und Einrichtungen zu dessen Durchführung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Füllfähigkeit von Tabak od.dgl ο durch-Pest-Stellung der scheinbaren Dichte und des Druckes des komprimierten Meßgutes und auf Einrichtungen zu dessen Durchführung»

Seit langem sind in der Tabakindustrie Methoden und Vorrichtungen bekannt, mit denen die sogenannte Füllfähigkeit von Tabak in geschnittener oder anderer Form bestimmt werden kann. Als Füllfähigkeit wird- dabei im allgemeinen ein Zahlenwert verstanden, der Aufschluß darüber gibt, welche Menge TabaHa nötig ist, um in einem damit gefüllten gegebenen Volumen einen gewissen Druck gegen die umschließenden Flächen zu erzeugen. Reziprok hiezu kann auch der Druck angegeben werden, den eine gewisse Tabakmenge auf die umsohlies senden Flächen ausübt, wenn sie auf ein gewisses Volumen ver-

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dichtet wird«

In der Praxis wird üblicherweise der erstere Wert, die scheinbare Dichte bei gegebenem Druck angegeben· Zur Bestimmung dieses Wertes wird bei bekannten Verfahren eine Tabakprobe von genau bestimmtem Gewicht in ein Meßgefäß, meist als Zylinder ausgebildet, gebracht und dort entweder die Füllhöhe ohne weitere Maßnahmen abgelesen, oder die Probe durch einen Stempel oder Kolben mit einer gewissen Kraft verdichtet. Nach einer bestimmten Zeit wird sodann die Füllhöhe abgelesen und aus den bekannten Abmessungen des Zylinders das Volumen bestimmt, das die Probe nun einnimmt. Da auch die Menge bekannt ist, ergibt die Rechnung eine scheinbare Dichte des Tabaks unter dem durch die Kolbenbelastung hervorgerufenen Druck (vgl. z.B. Annales SoSoI.T.A - D.E₀E.-, Section 1, 1964, no 2)»

Bei der Durchführung derartiger Messungen zeigt sich, daß der erzielte V/ert für die Dichte weitgehend von Temperatur und Feuchtigkeit abhängt, weshalb auch diese beiden Werte gesondert ermittelt und rechnerisch berücksichtigt werden müssen, um einen V/ert für die Füllfähigkeit bei normierten Bedingungen zu gewinnen« Da es außerdem einer Vielzahl von Messungen bedarf, um für ein vorliegendes Tabakmuster einen brauchbaren Wert zu erhalten, ist mit den herkömmlichen Methoden ein verhältnismäßig großer Arbeitsaufwand verbunden.

Aus den obigen Überlegungen folgt, daß ein wesentlicher Fortschritt erzielt werden könnte, wenn der Meßvorgang selbst vereinfacht werden könnte.

Ein weiterer Fachteil der bisherigen Methode ist die Notwendigkeit der Wägung der Tabakprobe, ein Vorgang, der neben seiner Arbeitsaufwendigkeit auch den Nachteil mit sich bringt, daß der Tabak manipuliert werden muß und unter Umständen hiedurch in seinen Eigenschaften verändert wird (Bruch einzelner Fasern).

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V/eiters hat es sich gezeigt, daß die Kompression des Tabaks in einem Gefäß oder Zylinder, wie sie bei allen herkömmlichen Methoden sei es durch das Eigengewicht des Tabaks oder durch den Kolben stattfindet, durch Eeibungs-- . effekte insbesondere an den Gefäßwänden relatiT stark beeinflußt wird· Dadurch ist eine wesentliche VorausSetzung dafür, daß bei der Messung Absolutwerte und nicht bloß Vergleichswerte für die Füllkraft erhalten werden, nicht; mehr gegeben· Diese Voraussetzung besteht darin, daß im gesamten erfaßten Bereich die scheinbare Dichte, also der Quotient von Masse und Volumen, und zudem der Druck konstant sind«

Die Erfindung vermeidet die aufgezeigten laohteile, indem die Messung der scheinbaren Dichte des Meßgutes in an sich bekannter Weise durch Messungen von dessen Absorptionsfähigkeit oder Eeflexionsfähigkeit für radioaktive Strahlung mittels einer eine Strahlungsquelle und mindestens einen Detektor aufweisenden Meßeinrichtung erfolgt, die eine ebene oder leicht gekrümmte Fläche aufweist, die mit einer bestimmten Kraft auf das Meßgut gedrückt wird und dadurch im durchstrahlten Bereich einen bestimmten, annähernd konstanten Druck es*·" zeugt₀ Dabei ist es möglich, den auf das Meßgut ausgeübten Druck während der Messung konstant zu halten und die zugehörige Dichte zu bestimmen oder aber den Druck θο lange zu verändern, bis eine bestimmte Dichte erreicht wird.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung gegenüber der herkömmlichen Methode liegt darin, daß Wägung und Manipulation des Tabaks entfallen, Eeibungseffekte fast aur Gänze ausgeschaltet werden und eine Verbindung der Messung mit Peuchtigkeits- und Temperaturmessung samt automatischer Korrektur {Bezug auf Normwerte) möglich ist*

Weitere Einzelheiten der Erfindung sowie Einrichtungen zu deren Durchführung werden anschließend anhand der Zeichnung beschrieben·

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Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungebeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sehetnatisch im Querschnitt, Fig. 2 im Längsschnitt, Fig. 3 und 4 sind die entsprechenden Darstellungen eines zweiten Ausführungsbeispiels, Figo 5 und 6 die strahlensichere Anordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung in einem Meßgehäuse im Schnitt von vorne und von der Seite.

Die Einrichtung nach Fig. 1 und 2 besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Gehäuse, das unten durch eine Druckplatte 1 abgeschlossen ist· In der Mitte der Druckplatte 1 ist eine Strahlenquelle 2 angeordnet. Durch die vorgesehene Abschirmung 9 gelangen die von dieser Strahlenquelle ausgehenden Strahlen nicht direkt, zu den Detektoren 3» sondern nur, wenn sie von dem unter der Druckplatte 1 liegendem Füllgut reflektiert werden. Die von den Detektoren 3 aufgefangenen Impulse werden von einer durch Batterien 7 gespeisten Auswertschaltung 6 einem Anzeigeinstrument 8 zugeleitet.

Bei der Messung bildet sich unter der Bodenfläche der Meßeinrichtung eine Zone, in der ein von der Füllkraft unabhängiger Druck herrscht» Durch unvermeidliche Reibungseffekte wird jedoch mit zunehmendem vertikalen Abstand von der Bodenfläche der Durchmesser der Zone konstanten Drucks immer kleiner, so daß sich ein etwa kegelförmiger Bereich bildet, in dem die 0_oe_o Forderung konstanten Druckes mit großer Genauigkeit erfüllt ist. Durch die dargestellte Wahl der Anordnung von Strahlungsquelle und Detektoren wird nun gerade in jenem Bereich die Dichte gemessen, in dem die Bedingung konstanten Druckes gut erfüllt ist, Hiedurch wird einer der Hauptmängel der herkömmlichen Methoden, die Beeinflussung durch Reibung, ausgeschaltete Dies gilt insbesondere dadurch, daß bei.Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Tabak nicht in einen Zylinder gefüllt werden muß, weshalb auch keine Wandreibung auftritt.

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Es ist ohne weiteres möglich, an der Unterseite der ^f-Druckplatte einen Temperaturfühler sowie Elektroden zur ^r

elektrischen Feuchtigkeitsbestimmung anzubringen, was eine direkte Kompensation des angezeigten Wertes für die scheinbare Dichte erlaubt (Reduktion auf Normbedingungen)β

Eine weitere Ausführung des Meßkopfes zeigen Fig. 3 und 4. Hier erfolgt die Dichtenmessung durch Messung der Strahlungsabsorption zwischen Strahlungsquelle und Detektoren, was gegenüber der Reflexionsmessung den Vorteil höherer Zählraten hat,, Die beschriebene besondere Ausführungsform ist so ausgebildet, daß das Eigengewicht ausreicht, die Verdichtung des Tabaks in der oben beschriebenen kegelförmigen Zone zu bewirken, wenn der MeQkopf auf die Oberfläche einer Tabakprobe gestellt wird* In Pig. £ erkennt man die an der Spitze einer üadel 4 gehalterte Strahlungsquelle 2,die als Detektoren 3' verwendeten Zählrohre, die Elektronik 6, die Batterien 7 sowie das Anzeigeinstrument 8»

Wird nun das Gerät auf die Tabakprobe gestellt, so dringt die Kadel ohne nennenswerten Widerstand in den Tabak ein, wobei ein von einer schwachen Feder belastetes Schutzrohr 5 in seine Hülse zurückgeschoben wird und die Strahlungsquelle 2 in der Nadelspitze freigibt· Das Gerät sinkt nun ·ο-weit in den Tabak ein, bis sieh unter der Druckplatte 1 ein Druck aufgebaut hat, der sich aus Gewicht und Fläche der Driickplatte j ergibt. Dieser,Druck e«tztj eich unterhalb der Boden·* fläche innerhalb der erwähnten kegelförmigen Zone gleichaöa·* •ig fort, nodaS dort die la vorigen; genannten Bedingungen für die Bestimmung der scheinbaren JDiohte erfüllt sind» Die Dichtebestimmung geschieht nun in an sich bekannter Weiee durch Abeorptionemeeaung der von de»¹ Quelle 2 ausgehenden * 'Strahlung, die von den im angeführten Beispiel al» Zählrohre ausgebildeten Detektoren 3 aufgenommen, in der im t oberen Teil des Gerätes befindlichen Elektronik verarbeitet und vom Anzeigeinatrument angezeigt wird. Die Anzeige kann durch Vergleich mit anderen Füllfähigkeitsmeßgeräten geeicht werden·

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In Fig. 5 und 6 ist ein allseits geschlossenes Aluminiumgehäuse 10 dargestellt, das in seinem unteren Teil "* einen Ladeneinschub 11 trägt, in den das Gefäß 12 mit dem zu messenden Tabak 13 eingesetzt werden kann· Der Einschub 11 ist dabei so ausgebildet, daß er als Schleuse wirkt, d.ho es ist nicht möglich, mit der Hand in den Strahlenbereich zu gelangen, egal ob die lade 11 geöffnet oder geschlossen ist.

Die Lade 11 mit der Tabakprobe 13 wird zugeschoben, wobei ein Magnetriegel 16 einschnappt. Auf Knopfdruck senkt eine von einem Motor 15 getriebene Spindel 14 die Meßsonde 17» die eine fest mit der Druckplatte 1 verbundene, an der Spitze einer Nadel angeordnete Strahlenquelle 2 aufweist, auf die Tabakprobe 13 ab. Dabei hängt die Sonde 17 in einem kegelförmigen Zentrierstück 20, das aber weiter abgesenkt wird, als die Sonde 17 selbst, so daß in der unteren Endatellung der Absenkvorrichtung die Sonde 17 unter ihrem eigenen Gewicht auf dem Tabak ruht und durch keine Führung mehr berührt wird· Die Sonde 17 ist nur durch eine hochflexible Leitung 18 mit der Elektronik verbunden.

Sobald die Absenkvorrichtung in ihrer unteren Endstellung angelangt ist, beginnt eine Zeituhr zu laufen. An der Vorderseite des Gehäuata 10 befindet sich eine Digitalanzeige, •die die Dichte
nach Ablauf ein
tisch festgehal
daher let dtfin
nun dit Sonde 1

ea Tabaks direkt in Gramm pro Liter anzeigt; r vorgewählten Zeit wird der Meßwert automaen· (Tabak hat ein gewisses «Kriechverhaiten^M, erte Belastungazeit nötig·) Der Motor 15 hebt wieder ab, wobei sie int Zentrieratück 20

neuerlich zentriert wird. In ihrer oberen Stellung angelangt, gibt die Absenkvorrichtung einen Impuls_t der den Magnetritgel 16 anhebt, wodurch die Lade 11 von einer Feder 19 ein wenig herausgeschoben wird. Sie kann nun von Hand geöffnet werden, um eine neue Tabakprobe 13 einzusetzen.

Die in Fip;. 5 und 6 dargestellte "Bau form des Gera vet?

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gestattet es, verschiedene Besonderheiten zu verwirklichen:

- Strahlenschutz. Infolge der völlig geschlossenen Ausführung in Verbindung mit der schleusenartigen Lade 11 ist ein völliger Strahlenschutz gegebene Zusätzlich ist noch eine Überwachung der Sonde 17 eingebaut, die einen eventuellen Bruch der Quellenhalterung (nadeiförmige Spitze) feststellt, in einem solchen Fall wird eine Warnung ausgelöst und der Magnetriegel 16 erhält keinen Öffnungsimpuls mehr, so daß die Lade 11 nicht geöffnet werden kann.,

- Messung. Das automatische Absenken der Sonde geschieht reproduzierbar, die Sonde 17 ist immer zentrischo Wurde die Tabakprobe ungünstig eingefüllt, so daß die Sonde sich beim Aufsetzen über einen gewissen Winkel neigt, leuchtet ein Warnlicht auf. Auf diese Weise ist es möglich, sehr reproduzierbare Meßwerte zu erhalten. Eine automatische Zeituhr hält den Meßwert nach Ablauf der vorgegebenen Belastungszeit fest« Die Anzeige ist digitale

Eine nicht gesondert dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht aus einem von der Elektronik getrennten Meßkopf, der von einem Preßluftzylinder auf die darunter liegende Tabakprobe gedrückt wird. Mittels dieser Anordnung kann die Messung leicht bei verschiedenen Drücken erfolgen, was über die Elastizitätseigenschaften des Tabaks weitergehende Aufschlüsse gibt«,

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Claims (1)

1. Patent a ns prüche :

   Verfahren zur Bestimmung der Füllfähigkeit von Tabak od. dgl. durch Feststellung der scheinbaren Dichte■und des Druckes des komprimierten Meßgutes, dadurch gekennzeich- · net, daß die Messung der scheinbaren Dichte des Meßgutes in an sich bekannter V/eise durch Messung von dessen Absorptionsfähigkeit oder Reflexionsfähigkeit für radioaktive Strahlung mittels einer eine Strahlungsquelle und mindestens einen Detektor aufweisenden Meßeinrichtung erfolgt, die eine ebene oder leicht gekrümmte Fla.dE aufweist, die mit einerbestimmten Kraft auf das Meßgut gedrückt wird und dadurch im durchstrahlten Bereich einen bestimmten, annähernd konstanten Druck erzeugte

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung lediglich durch ihr eigenes Gewicht auf das Meßgut gedrückt wird»

   ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung durch eine äußere Kraft, z.B, durch einen Preßluftzylinder, einen hydraulischen Zylinder oder eine Feder auf das Meßgut gedrückt wird«,

   4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der selben Seite einer ebenen odeijleicht gekrümmten Druckplatte (1) eine Strahlungsquelle (2) und bezüglich einer normal zur Druckplatte stehenden Achse symmetrisch zur Strahlenquelle (2) liegende

   . Detektoren (3) zur Messung der vom Meßgut reflektierten # Strahlung vorgesehen sind (Fig. 1,2).

   • 5· Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch

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   — ΟΙ, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (2) an der Spitze einer zum Einstechen in das Meßgut bestimmten Nadel (4) angeordnet ist und die Detektoren (3^f) zur Messung der vom Meßgut nicht absorbierten Strahlung innerhalb eines von der Strahlungsquelle (2) und dem Rand der • einen Druck auf das Meßgut ausübenden Fläche der Meßeinrichtung definierten Kegelmantels liegen,,

   •6ο Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hadel (4) von einem gegen leichten Federdruck zurückschiebbaren Schutzrohr (5) umgeben ist_o

   7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch in den Bereich unterhalb der Druckfläche ragende Geräte zur Messung von Feuchtigkeit und/oder Temperature

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