Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung von Kapselfehlem in einem Filter der tabakverarbeitenden Industrie.

Filter der tabakverarbeitenden Industrie können als Filterstrang, geschnittene Filterstäbe oder als mit einer Zigarette verbundenes Filterstück vorliegen. Aus geschmacklichen Gründen werden in den Filter Kapseln mit Aromastoffen eingearbeitet, die direkt vor dem Rauchen der Zigarette in dem Filter zerdrückt werden und so ihre Aromastoffe in dem Filter freisetzen. Ein weit verbreiteter Aromastoff ist beispielsweise Menthol. Der Vorteil bei der Verwendung eines solchen Filters mit einer oder mehreren eingearbeiteten Kapseln besteht darin, dass die Aromastoffe sich bereits in dem Filter befinden und nicht zusammen mit dem Tabak verbrannt werden, sondern unverbrannt dem Tabakrauch zugesetzt werden. Die Bildung von gesundheitsschädlichen Substanzen durch die Verbrennung der Aromastoffe kann so vermieden werden. Ebenso kann eine Veränderung des Aromas durch das Verbrennen mit dem Tabak ausgeschlossen werden.

Verschiedene Parameter der Kapseln können mit geeigneten Sensorsystemen bei der Herstellung und/oder bei der Prüfung des fertigen Produkts gemessen und in ihrer Qualität überwacht werden. Die hierbei interessierenden Parameter für die Kapseln sind beispielsweise ihre Position und ihr Abstand in dem Filter sowie ihr Zustand, also ob die Kapseln intakt oder beschädigt sind.

Aus EP 2 249 670 sind verschiedene Sensorsysteme zur Inspektion von Kapseln bekannt geworden, die den Zustand und das Vorhandensein der Kapsel im Filterstrang erfassen können. Aus EP 2 207 027 ist ein Verfahren zur Messung von Masse oder Dichte und/oder zur Messung der Feuchte bei einer Vielzahl von portionierten Einheiten in einem nichtmetallischen Trägermaterial bekannt geworden. Ein Mikrowellenmessgerät bestehend aus mindestens einem Mikrowellenresonator zur Erzeugung mindestens einer Resonanzmode misst in einem örtlich begrenzten Messbereich. Das Mikrowellenmessgerät misst mindestens eine Kenngröße der Resonanzmode jeweils, wenn nur das Trägermaterial ohne portionierte Einheit sich in dem Messbereich befindet und wenn die portionierte Einheit sich mindestens teilweise in dem Messbereich befindet. Eine Auswerteeinheit subtrahiert die für das Trägermaterial gemessene Größe von den Messwerten für die portionierte Einheit und bestimmt aus mindestens einer Differenz über ein Kennfeld einen Wert für die Feuchte und/oder für die Masse oder Dichte der portionierten Einheit.

In der Praxis zeigen intakte Kapseln im Dichtesignal des Filters ausgeprägte lokale Maxima. Ist die Kapsel zerbrochen, verteilt sich der flüssige Aromastoff zunächst in dem Filter und verdunstet anschließend. An der Position der Kapsel bleibt deren zerbrochene Kapselhülse zurück. Je nach Größe und Beschaffenheit der Kapsel und ihrer Hülle, sowie abhängig von dem Grad ihrer Zerstörung, führt die zurückgebliebene Kapselhülse zu einem oder mehreren Dichtesignalen. Über die Amplitude des Dichtesignals ist es zuverlässig möglich, fehlerhafte Kapseln in dem Filter zu erkennen. Der Filter kann so bei einer fehlerhaften Kapsel aus der Produktion aussortiert werden. Nicht möglich ist es jedoch, zuverlässig zu unterscheiden, ob eine Kapsel fehlt oder ob die Kapsel bereits zerstört ist. Es können also nicht die Kapselfehler für eine fehlende und eine zerstörte Kapsel zuverlässig voneinander unterschieden werden. Es besteht daher das technische Bedürfnis zusätzliche Informationen über die Kapsel und Kapselfehler im Filter zuverlässig bei geringem Aufwand zu gewinnen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit zu stellen, die zuverlässig eine genaue Auswertung der Messsignale zu einem Kapselfehler für einen Filter der tabakverarbeitenden Industrie gestatten.

Erfmdungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen aus Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden die Gegenstände der Unteransprüche.

Das erfmdungsgemäße Verfahren zur Erkennung von Kapselfehlern in einem Filterstrang der tabakverarbeitenden Industrie verwendet ein Mikrowellenmessgerät, das die Dichte und/oder Feuchte eines Filters entlang seiner Längsrichtung misst.

In einem ersten Verfahrensschritt wird in einem bestimmten Bereich der Messprofile der Maximalwert der gemessenen Werte mit einem Schwellwert verglichen. Die gemessenen Werte sind hierbei indikativ für die Dichte und/oder Feuchte, was bedeutet, dass aus diesen direkt oder unter Zuhilfenahme weiterer Größen die Werte für Dichte und/oder Feuchte bestimmt werden können. Bei Unterschreiten des Schwellwerts wird ein Kapselfehler in dem Filter erkannt. Für eine genaue Analyse des Kapselfehlers wird ein Schwankungsmaß für die Dichte und/oder Feuchte in einem Bereich vor und/oder hinter einer Messstelle erfasst. Als Messstellen werden hierbei Bereiche um die Soll-Positionen der Kapseln genommen. In einem zweiten Vergleichsschritt wird der für den Bereich ermittelte Wert für das Schwankungsmaß mit einem Kapselschwellwert für die gemessenen Werte verglichen. Bei einem Überschreiten des Kapselschwellwerts wird eine gebrochene Kapsel erkannt. Bei Gleichheit oder Unterschreiten des Kapselschwellwerts wird eine fehlende Kapsel im Filter erkannt. Jeweils wird der Wert für das Schwankungsmaß mit dem Kapselschwellwert verglichen. Die Auswahl der Messstellen ist gerade für die Erkennung einer fehlenden Kapsel besonders relevant. Nur wenn eine Kapsel da sein sollte, kann eine fehlende Kapsel als Fehler erkannt werden. Als Messstellen werden daher Soll-Positionen oder erwartete Positionen gewählt.

Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, dass eine zerbrochene Kapsel Schwankungen in den Messsignalen erhöht und daher zu einem größeren Wert im Schwankungsmaß führt, als der reine Filter, dem die Kapsel fehlt und der ohne Reste der zerbrochenen Kapsel und/oder des ausgelaufenen Aromastoffs eine gleichmäßige Dichte und damit ein geringes Schwankungsmaß der Messsignale zeigt. Indem der zweite Vergleich nicht auf die Messsignale für Dichte und/oder Feuchte selbst abstellt, sondern auf deren Schwankungsmaß im Bereich des Kapselfehlers, werden mit geringem technischem Aufwand zuverlässig Informationen zu dem Zustand der Kapsel gewonnen.

In einer bevorzugten Weiterbildung werden für die gemessenen Werte in einem um die Messstelle liegenden Anpassungsbereich eine Ausgleichsgerade bestimmt und das Schwankungsmaß relativ zu der Ausgleichsgerade bestimmt. Der Anpassungsbereich kann beispielsweise einen vorbestimmten Abstand vor und hinter der Messstelle besitzen. Bevorzugt wird die Ausgleichsgerade durch lineare Regression der Messwerte in dem Anpassungsbereich gebildet. Die Verwendung einer Ausgleichsgeraden beruht auf der Einsicht, dass Feuchte- und Dichteschwankungen, die nicht durch die Kapsel oder deren Inhalt verursacht sind, sich örtlich langsamer ändern und daher durch eine lineare Regression gut abgebildet werden können.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist das Mikrowellenmessgerät als ein Mikrowellenresonator ausgebildet, der mindestens eine Veränderung der Resonanzbreite und/oder eine Verschiebung der Resonanzfrequenz misst. Durch den Filter mit oder ohne eingebrachte Kapsel ändern sich die dielektrischen Eigenschaften in dem Mikrowellenresonator. Dies führt zu einer Verbreiterung der Resonanzkurve und zu einer Verschiebung deren Resonanzfrequenz. Bei der Auswertung der Messsignale des Mikrowellenmessgeräts kann eine Veränderung der Breite der Resonanzkurve und eine Verschiebung der Resonanzfrequenz als ein Feuchte- und ein Dichtewert ausgewertet werden. Bei der Auswertung der Signale wird die Veränderung der Resonanzkurve in der Regel gegenüber dem leeren Resonator erfasst. Es ist auch möglich, ein geeignetes Mikrowellenmessgerät mit zwei oder mehr Resonanzmoden zu betreiben und die Veränderung der Signale zwischen den unterschiedlichen Resonanzmoden auszuwerten. Allgemein genügt es für das erfindungsgemäße Verfahren, Werte für Dichtesignale und/oder Feuchtesignale zu messen und ihre Variationen nach dem Schwankungsmaß in einem räumlichen Bereich zu bestimmen.

In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Wert für das Schwankungsmaß für einen vorbestimmten Streckenabschnitt entlang der Längsrichtung des Filters bestimmt. Die Streckenabschnitte dieser Weiterbildung müssen mit den erwarteten Soll-Positionen für die Kapseln abgestimmt sein. Der vorbestimmte Streckenabschnitt kann beispielsweise vor und/oder hinter der Sollposition der Kapsel liegen, für die die gemessenen Maxima für Dichte und/oder Feuchte unterhalb des Schwellwerts liegen. Auch kann der vorbestimmte Streckenabschnitt beispielsweise mit dem Anpassungsbereich für die Ausgleichgerade zusammenfallen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens sind die Positionen, in denen die Kapseln entlang der Längsrichtung erwartet werden, vorbestimmt. Dies kann sich beispielsweise aus dem Herstellungsprozess des Kapselfilterstrangs selbst ergeben, beispielsweise indem beginnend mit einer Startposition in vorbestimmten Abständen Kapseln in den Filter einbracht werden. Die vorbestimmte Position kann b ei spiels weise auch mithilfe eines vorgegebenen Abstandes zwischen den Kapseln bestimmt werden, indem beispielsweise mit Überschreiten eines Schwellwerts das Vorhandensein einer Kapsel gemessen und von dort aus über gegebene Abstandswerte die erwarteten Positionen für weitere Kapseln bestimmt werden. Bei der Herstellung des Kapselfilterstrangs in der Produktionsmaschine ist es wichtig, dass die Positionen der Kapseln im endlosen Kapselfilterstrang relativ zum Messer, das den Strang in einzelne Filterstäbe teilt, korrekt ist.

In einer zweckmäßigen Weiterführung des Verfahrens kann der Wert für das Schwankungsmaß jeweils in einem Bereich vor und/oder hinter der erwarteten Kapsel -Position bestimmt werden. Bei diesem Ansatz werden die Werte für das Schwankungsmaß fortlaufend berechnet, unabhängig davon, ob die gemessenen Werte für Dichte und/oder Feuchte den Schwellwert unterschritten haben oder nicht. Die Auswertung der Standardabweichung erfolgt, dann bei Unterschreiten des Schwellwerts auch für einen zurückliegenden Streckenabschnitt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung, handelt es sich bei dem Filter um einen in seiner Längsrichtung transportierten Filterstab. Der Filterstab wird aus Filtertow hergestellt und vor seinem Schneiden in einem Stück transportiert. Die Prüfung des Filterstabes kann am endlosen Strang erfolgen, oder/und nach dem Schneiden des Filterstrangs in einzelne Filterstäbe. Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber nicht nur bei der Herstellung eingesetzt werden, sondern auch zur Prüfung von fertig hergestellten Zigaretten eingesetzt werden. Hierbei ist der zu vermessene Filter das in seiner Längsrichtung transportierte Filterstück der Zigarette.

Die Vermessung und Überprüfung des fertigen Filterstücks an einer Zigarette erfolgt bevorzugt in einer Teststation, kann aber grundsätzlich auch im Rahmen des Herstellungsprozesses für die Zigarette erfolgen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren haben Versuche ergeben, dass das Material der Kapsel und des Filters ebenso wie der Feuchtegehalt des Filters keinen nennenswerten Einfluss auf den Kapselschwellwert besitzen, so dass auch unabhängig von diesen der Kapselschwellwert bestimmt werden kann und bei einer Änderung des Kapselmaterials oder des Filters nicht angepasst werden muss.

Bevorzugt wird der Wert für das Schwankungsmaß als Standardabweichung bestimmt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen aus Anspruch 13 gelöst. Die Vorrichtung dient zur Messung von Kapselfehlern in einem Filter der tabakverarbeitenden Industrie. Die Vorrichtung weist eine Mikrowellenmesseinrichtung und eine Steuerung auf, wobei die Steuerung auch Teil der Mikrowellenmesseinrichtung sein kann. Die Mikrowellenmesseinrichtung misst Werte, die indikativ für die Dichte und/oder die Feuchte in dem Filter sind, wobei die Steuerung dazu ausgebildet ist, die gemessenen Werte mit einem Schwellwert zu vergleichen und bei Unterschreiten des Schwellwerts einen Kapselfehler zu erkennen. Wie bereits bei dem erfmdungsgemäßen Verfahren ist die Steuerung ferner dazu ausgebildet, über einen Vergleich des Werts für das Schwankungsmaß mit einem Kapselschwellwert, eine zerstörte Kapsel von einer fehlenden Kapsel zuverlässig zu unterscheiden. Bevorzugt ist die Vorrichtung ein Teil einer Filterstab-Teststation. Ebenfalls kann die Vorrichtung Teil einer Vorrichtung zur Herstellung von Filtern sein, beispielsweise einer Filterstabmaschine oder einer Maschine, die verschiedene Filterstücke zu Kombinationsfiltern zusammensetzt (Filterstab-Combiner). Die Vorrichtung kann außerdem Teil einer Vorrichtung zur Herstellung von Zigaretten sein, beispielsweise einer Zigarettenmaschine. Bevorzugt ist die Steuerung dazu ausgebildet als Wert für das Schwankungsmaß eine Standardabweichung zu bestimmen.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachstehenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Dichtesignal über der Position in einem Filterstrang für eine intakte und eine zerbrochene Kapsel,

Fig. 2 zusätzlich das Dichtesignal für eine fehlende Kapsel,

Fig. 3 das Dichtesignal in einem Filterstab mit vier Kapseln,

Fig. 4 die Werte für die Standardabweichung bei zerbrochenen Kapseln und bei fehlenden Kapseln und

Fig. 5 gemessene Dichtewerte für intakte und zerbrochene Kapseln sowie eine Ausgleichgerade bei einer fehlenden Kapsel.

Fig. 1 zeigt in einem Diagramm den gemessenen Dichtewert (dimensionslos aufgetragen) in Abhängigkeit von einer Position in Millimeter für einen Filterstab. Es sind zwei Messkurven eingezeichnet, wobei die durchgehende Messkurve 10 die gemessenen Dichtewerte für einen Filterstrang mit einer intakten Kapsel zeigt und die Messkurve 12 die Messwerte für die Dichte bei einer gebrochenen Kapsel. Deutlich zu erkennen ist, dass im Bereich von 56 mm bis ungefähr 61-62 mm und ab 76 mm die beiden Messkurven gleiche Dichtewerte zeigen. In dem dazwischenliegenden Bereich führt die intakte Kapsel zu deutlich größeren Messwerten, die bis 170 steigen. Die Messwerte der gebrochenen Kapsel steigen auf Werte leicht über 140 an.

Durch einen oberen Schwellwert 14, der einen Wert von ungefähr 158 besitzt, können in dem Filterstrang die intakten Kapseln zuverlässig erkannt werden. Die Messwerte der Kurve 10 übersteigen deutlich den oberen Schwellwert 14, so dass zuverlässig eine intakte Kapsel erkannt wird. Fig. 1 zeigt zudem einen unteren Schwellwert 16, der einen Wert von knapp unter 140 besitzt. In dem dargestellten Beispiel kann mit dem unteren Schwellwert 16 das Signal für die gebrochene Kapsel diskriminiert werden.

Das in Fig. 1 dargestellte Verfahren wäre grundsätzlich auch geeignet, die Situation mit einer fehlenden Kapsel zu erkennen. Fig. 2 zeigt den Verlauf 18 bei einer fehlenden Kapsel im Filterstrang. Die in Fig. 1 dargestellten Schwellwerte 14 und 16 wären auch in der Lage, zwischen einer gebrochenen Kapsel und einer fehlenden Kapsel zu unterscheiden.

Das vorstehend skizzierte Verfahren besitzt jedoch für die Praxis eine Reihe von gravierenden Nachteilen. Insbesondere bei der Verwendung von kleinen Kapseln ist der Unterschied der Signale zwischen fehlender Kapsel und zerbrochener Kapsel nicht sehr groß. Es ist also keine zuverlässige Unterscheidung zwischen diesen Kapselfehlern möglich. Weiterhin treten bei praktischer Verwendung auch Fälle auf, in denen die Kapsel in verschiedene Stücke zerbricht, so dass statt eines Maximums verschiedene, schwach ausgeprägte, lokale Maxima in den Signalen auftreten. Hier ist es nicht möglich, zwischen fehlender und zerbrochener Kapsel zu unterscheiden. Der messtechnisch besonders stark ins Gewicht fallende Nachteil liegt darin, dass bei beiden Schwellwertvergleichen auf die Absolutwerte der gemessenen Signale abgestellt wird. Diese Absolutwerte variieren sehr stark mit den Umgebungsbedingungen, insbesondere den Feuchtewerten. Ändert sich der Feuchtegehalt im Filtertow, so ändern sich die Absolutwerte stark, und es kann nicht mit denselben Schwellwerten wie bei einem trockenen Filtertow gearbeitet werden. Dies verhindert den praktischen Einsatz des Messverfahrens mit zwei Schwellwerten und erlaubt keine zuverlässige Unterscheidung der Kapselfehler für fehlende und zerbrochene Kapseln.

Fig. 3 zeigt die gemessenen Dichtesignale für vier in einem Filterstab befindliche Kapseln, jeweils mit intakten Kapseln und mit zerbrochenen Kapseln. Es handelt sich hierbei um einen bereits geschnittenen Filterstab, der vier Einzelfilter aufweist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei Unterschreiten des Schwellwerts für das gemessene Signal ein umliegender Bereich als Bereich mit einem Kapselfehler erkannt. In dem umliegenden Bereich wird die Standardabweichung der gemessenen Signale berechnet, beispielsweise in einem Bereich von +/- 10 mm, bevorzugt +/- 5 mm. Fig. 4 zeigt die gemessenen Standardabweichungen für die gemessenen Signale. Hierbei wird die Standardabweichung für jedes Signal gemessen, unabhängig davon, ob das gemessene Signal den Schwellwert unterschritten hat oder nicht. Aus Fig. 4 zu erkennen ist, dass die bestimmten Standardabweichungen für die Signale mit gebrochener Kapsel deutlich größer sind als die Standardabweichungen der Signale bei fehlender Kapsel. Durch die Verwendung des Kapselschwellwerts 20 für die Standardabweichung, können so die beiden Kapselfehler zuverlässig voneinander unterschieden werden. Der besondere Vorteil hierbei ist auch, dass, wenn sich aufgrund der Umgebungsbedingungen und/oder der Materialzusammensetzung und Beschaffenheit, wie beispielsweise der Feuchte des Filtertows, die Werte für die Standardabweichung nicht ändern. Dies bedeutet, der Kapselschwellwert 20 kann einheitlich bei unterschiedlichsten Anwendungen verwendet werden. Auch kleine Kapseln verhindern nicht eine zuverlässige Unterscheidung der beiden Kapselfehler.

Insgesamt hat die Verwendung der Standardabweichung eine Reihe von Vorteilen: Besonders für kleinere Kapseln ist eine größere relative Differenz zwischen den Signalen von zerbrochenen und fehlenden Kapseln festzustellen. Die Unterscheidung der Schadensbilder kann somit mit höherer Präzision erfolgen. Zudem ist die Unterscheidung zwischen zerbrochener und fehlender Kapsel nicht von den Absolutwerten abhängig und kann so unabhängig von Filtertow-Dichte- und Feuchtegehalt verwendet werden.

Fig. 5 zeigt die gemessene Dichte des Filtertows. Mit den Signalwerten 22 und 28 werden zwei Maxima für die Dichtewerte gezeigt. Die Maxima 22 und 28 weisen auf das Vorliegen von intakten Kapseln hin. Der Signalwert 24 weist mit seinem niedrigeren Wert auf eine zerbrochene Kapsel hin.

Mit der Berechnung der Standardabweichung relativ zu dem Mittelwert der Dichte des Filtertows kann eine fehlende Kapsel gut erkannt werden, insbesondre bei einer homogenen Dichte des Filtertows des Filters. Bei einer inhomogenen Dichte des Filtertows ist die auf den Mittelwert bezogene Standardabweichung jedoch erhöht und nur eingeschränkt zur Detektion fehlender Kapseln geeignet. In einer vorteilhaften Weiterbildung wird mit einer linearen Regression eine Ausgleichgerade für die Meßpunkte im Bereich um die Sollposition bestimmt. Die Ausgleichsgerade 26 zeigt beispielsweise eine Tendenz in der Dichte des Filtertows an. Das Schwankungsmaß der Meßwerte relativ zu der Ausgleichsgeraden ist hierbei ein geeignetes Kriterium zur Unterscheidung von zerbrochenen und fehlenden Kapseln. Fig. 5 zeigt einen Filterstab von 100 mm Länge, der 4 Kapseln enthalten sollte. Zwei der Kapseln in den Positionen 22 und 28 sind intakt, eine Kapsel in Position 24 ist zerbrochen und eine in Position 26 fehlt. Die Dichte des Filtertows im Bereich zwischen ca. 50 mm und 80 mm ist inhomogen und nimmt in diesem Bereich monoton zu. Die Standardabweichung der Dichte bezüglich des Dichtemittelwerts wäre in diesem Bereich erhöht, obwohl keine zerbrochene Kapsel vorliegt. Im Bild ist ebenfalls eine Ausgleichgerade 26 um die Sollkapselposition zu sehen (+/- 5 mm). Das Schwankungsmaß der Meßwerte gegenüber dieser Ausgleichgeraden ist niedrig. Hintergrund hierfür ist, dass bei Vorliegen einer zerbrochenen Kapsel nichtmonotone Signalabweichungen auftreten würden, die das Schwankungsmaß der Meßwerte auch gegenüber der Ausgleichgeraden erhöhen würden.