EP0285811B1

EP0285811B1 - Vorrichtung zum Expandieren von zerkleinertem Tabakmaterial

Info

Publication number: EP0285811B1
Application number: EP88103303A
Authority: EP
Inventors: Werner Dipl.-Ing. Hirsch; Erhard Dipl.-Ing. Rittershaus; Arno Dipl.-Ing. Weiss
Original assignee: British American Tobacco Germany GmbH; BAT Cigarettenfabriken GmbH
Current assignee: British American Tobacco Germany GmbH
Priority date: 1987-03-31
Filing date: 1988-03-03
Publication date: 1991-09-04
Anticipated expiration: 2008-03-03
Also published as: DE3710677A1; DK154988A; FI881330A0; FI85939B; EP0285811A1; DK154988D0; FI881330A7; DK171412B1; US4844101A; AU1389488A; DE3864558D1; FI85939C; DE3710677C2; CA1300461C; AU604304B2; MY102670A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Expandieren von zerkleinertem Tabakmaterial der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Dabei umfaßt der Begriff "zerkleinertes Tabakmaterial" insbesondere geschnittenes Rippen- und/oder Blattmaterial sowie rekonstituierten Tabak.
Aus der DE-PS 3 147 846 ist ein Expansionsverfahren bekannt, bei dem Tabakmaterial im feuchten Zustand innerhalb einer extrem kurzen Zeitspanne einer starker Temperaturerhöhung bei Druckreaktion unterworfen wird. Die dabei auftretende, schlagartige Verdampfung der in den Tabakteilchen enthaltenen Flüssigkeit, nämlich Wasser, führt zu einer Füllfähigkeitsverbesserung des Tabakmaterials um 30 bis 100 %, ohne daß sich eine merkliche Zerstörung der Struktur der Tabakzellen ergibt. Die unmittelbar nach der Expansion erreichte Struktur der Tabakteilchen bleibt trotz der starken Expansion und damit Verbesserung der Füllfähigkeit auch bei der weiteren Verarbeitung des Tabakmaterials erhalten.
Aus der GB-OS 2 176 385 ist eine Vorrichtung zum Expandieren von zerkleinertem Tabakmaterial in einer Transportleitung bekannt, der ein Luft/Dampf-Gemisch und mit einem Expansionsmittel behandeltes, zeruft/Dampf-Gemisch und mit einem Expansionsmittel behandeltes, zerkleinertes Tabakmaterial zugeführt werden. Die Kontaktzeit zwischen dem Tabak und dem Dampf/Luft-Gemisch beträgt weniger als 1 s.
In Strömungsrichtung gesehen hinter der Leitung befindet sich ein Separat zur Trennung des Tabakmaterials von dem Dampf/Luft-Gemisch.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Expandieren von zerkleinertem Tabakmaterial geht aus Fig. 5 der DE-PS 3 147 846 hervor und weist eine Zellenradschleuse für die Zuführung des Tabakmaterials zu einer Expansionskammer, eine Düsenöffnung in einer Wand der Expansionskammer für die Einleitung eines Heißgases zur Beschleunigung des Tabakmaterials unter Druckabfall auf mindestens 50 m/s bei einer Verweildauer des Tabakmaterials in der Expansionskammer von weniger als etwa 1/10 s, sowie ein der Expansionskammer nachgeschaltetes Verzögerungsrohr auf.
Dabei trifft das über die Zellradschleuse in das Expansionssystem eintretende Tabakmaterial im wesentlichen senkrecht auf den aus der Düsenöffnung austretenden Freistrahldampf, wird von diesem Freistrahl beschleunigt und gleichzeitig expandiert, sowie im wesentlichen horizontal zu einer Trocknereinrichtung weggeführt. Beim Eintritt des Tabakmaterials in die Expansionskammer kondensiert der Dampf schlagartig auf den Tabakteilchen und bewirkt in Sekundenbruchteilen eine Feuchteerhöhung und Temperaturanhebung bis in die Nähe der Kondensationstemperatur entsprechend dem in der Expansionskammer herrschenden Druck. Anschließend werden die Tabakteilchen in die Unterdruckzone des Freistrahls gesaugt. Der hohe Wärme- und Stoffaustausch sowie der geringe Druck in dem Freistrahl führen zu einer "Flash-Verdampfung" von Anteilen des im Tabak befindlichen Wassers und bewirken dabei die Expansion der Tabakteilchen.
Zur Trocknung wird das entstehende Dampf/Tabakmaterial-Gemisch direkt in einen Luftstrom-Trockner eingeblasen.
In der Praxis haben sich bei einer solchen Expansionsvorrichtung verschiedene Nachteile herausgestellt. Insbesondere läßt sich der Expansionsgrad und damit schließlich die Füllfähigkeit des Tabakmaterials nicht einstellen und damit variieren.
Außerdem kommen bei dem pneumatischen Transport des frei aus der Zellenradschleuse in die Expansionskammer fallenden Tabakmaterials nicht alle Tabakteilchen in intensiven Kontakt mit dem Hießgas, so daß sich eine vergleichsweise inhomogene Expansion, gesehen über das Gesamtvolumen der zu behandelnden Tabakteilchen, ergibt.
Als weiteres können sich Tabakteilchen aufgrund von Feuchtigkeit im Zellenrad und in der Expansionskammer ablagern, was zu einer Verstopfung der Vorrichtung führen kann.
Und schließlich hat die bekannte Expansionsvorrichtung einen hohen Heißgas-, im allgemeinen Wasserdampf-Verbrauch, so daß nach Wegen gesucht wird, die damit verbundenen Kosten zu senken.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Expansionsvorrichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten. Insbesondere soll eine Expansionsvorrichtung vorgeschlagen werden, mit der sich der Expansionsgrad und damit die Füllfähigkeit problemlos in weiten Bereichen, nämlich im Extremfall zwischen den Expansionsgraden 0 und 100% einstellen läßt, und zwar unter gleichzeitiger Verringerung des Verbrauches an Wasserdampf und sehr homogener Expansion für alle Tabakteilchen. Zusätzlich soll eine Verschmutzung der Expansionsvorrichtung vermieden werden.
Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.
Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die Merkmale der Unteransprüche definiert.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf folgender Funktionsweise: Die Expansionskammer ist in die Dosier- und Zuführvorrichtung integriert, dadurch entsteht eine Expansionskammer, der eine genau definierte Tabakmaterial-Menge zugeführt wird.
Die Dosier- und Zuführvorrichtung kann eine Zellenradschleuse, insbesondere eine Durchblaszellenradschleuse, eine Dosierschnecke etc. sein.
Diese Expansionskammer läßt sich sehr gut abdichten, so daß das dieser Expansionskammer zugeführte Gas für die Expansion und den pneumatischen Transport des Tabakmaterials zur Verfügung steht.
In einer Stirnwand der Dosier- und Zuführvorrichtung befindet sich mindestens eine, vorzugsweise drei Düsenöffnungen, die so angeordnet sind, daß die in die Expansionskammer geförderten Tabakteilchen zwangsläufig die Düsenöffnungen passieren müssen. Aus diesen Düsenöffnungen tritt ein einstellbares Wasserdampf-/ Luft-Gemisch etwa im rechten Winkel zur Dosier- und Zuführvorrichtung des Tabakmaterials mit hoher Geschwindigkeit in die Expansionskammer und zerteilt die in die Expansionskammer geführten Tabakhaufen in Einzelfasern, d.h. das Prinzip vergleichbar der pneumatischen Klinge wird angewendet.
Durch das Auflösen der Tabakhaufen (Tabakklumpen) in Einzelfasern erhält jede Einzelfaser einen intensiven Kontakt mit dem Wasserdampf- /Luft-Gemisch. Außerdem können wesentlich engere Strömungsquerschnitte gewählt werden, d.h. bei gleichen Strömungsgeschwindigkeiten ist wesentlich weniger Heißgas erforderlich.
Bei der Anordnung der Düsenöffnungen ist zu beachten, daß der Coanda-Effekt vermieden wird.
Der Freistrahl reinigt vergleichbar einem Dampfstrahlreiniger die passierenden Teile der Dosier- und Zuführvorrichtung. Des weiteren wird über eine Art Wischbewegung des Tabakmaterials über den Boden der Expansionskammer, dieser von Tabakablagerungen freigehalten.
Das Verhältnis Wasserdampf/Luft in diesem Gemisch läßt sich auf konstruktiv einfache Weise, beispielsweise über entsprechende Ventile, einstellen, so daß sich ein gewünschter Expansionsgrad und damit eine gewünschte Füllfähigkeit des Tabakmaterials einstellen läßt.
Da aus statischen Gründen nicht alle Tabakteilchen mit dem aus der Düsenöffnung austretenden Freistrahl in intensiven Kontakt kommen, ist der Expansionskammer ein Beschleunigungsrohr mit konvergierendem Querschnitt nachgeschaltet. Hier unterliegen alle Tabakteilchen einer Beschleunigung mit hohem Wärme- und Stoffaustausch bei gleichzeitiger stetiger Druckabnahme, was wiederum eine Flash-Verdampfung von Anteilen des im Tabak vorhandenen Wassers zur Folge hat.
An das Beschleunigungsrohr schließt sich, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Rohrs mit konstantem Querschnitt, über eine sprunghafte Querschnittserweiterung das Verzögerungsrohr an.
Die sprunghafte Querschnittserweiterung verhindert im Gegensatz zur stetigen Querschnittserweiterung weitgehend eine Druckrückgewinnung (Druckerhöhung) nach dem Beschleunigungsrohr.
Eine Druckerhöhung nach dem Beschleunigungsrohr hätte zur Folge, daß das erzielte Expansionsergebnis teilweise wieder rückgängig gemacht würde.
Wegen der intensiven Durchmischung von Wasserdampf und Tabakteilchen, bzw. der Anwendung des Prinzips der pneumatischen Klinge läßt sich der Wasserdampfverbrauch im Vergleich mit den bekannten Expansionsvorrichtungen wesentlich verringern.
Bei einer solchen Expansionsvorrichtung, die mit einem Wasserdampf/Luft-Gemisch arbeitet, kann der Expansionsgrad von 0 bis zu einem Maximalwert kontinuierlich eingestellt werden. Der Expansionsgrad hängt im wesentlichen davon ab, welches Temperatur-und Energiegefälle zwischen den durch Kondensation angewärmten Tabakteilchen einerseits und der Verdampfungstemperatur entsprechend dem geringen Druck in dem aus der Düsenöffnung austretenden Freistrahl andererseits erreicht wird. Bei Verwendung eines gesättigten Wasserdampf/Luft-Gemisches werden die Tabakteilchen durch Kondensation maximal auf die Taupunkttemperatur des verwendeten Gemisches erwärmt. Diese Taupunkttemperatur, die etwa der Temperatur der Tabakteilchen entspricht, hängt von der Konzentration des Wasserdampf/Luft-Gemisches und dem Druck in der Expansionskammer ab.
Die Expansion durch Flashverdampfung setzt dann ein, wenn die Tabaktemperatur die Verdampfungstemperatur in dem Freistrahl überschreitet und nimmt mit steigender Temperaturdifferenz zu.
Der einfachste Weg zur Herstellung eines Wasserdampf/Luft-Gemisches liegt in der Einmischung von Druckluft in die Hochdruck-Dampfleitung vor der Expansionskammer. Da jedoch die Erzeugung von Druckluft relativ kostenaufwendig ist, dürfte sich diese Lösung nur bei Technikums- bzw. Pilot-Anlagen anbieten.
Eine kostengünstigere Lösung stellt die Verwendung eines Ventilators zur Lufteinmischung dar. Hierfür ist es erforderlich, den Druckverlust bei Eindüsung in die Expansionskammer zu senken. Dies geschieht durch Öffnen zusätzlicher Düsenbohrungen in der Stirnwand der Expansionskammer.
Für die Erzielung der maximalen Expansion, bei der hohe Strahlgeschwindigkeiten und reine Dampfatmosphäre erforderlich sind, werden diese Zusatzdüsen geschlossen.
Eine Lösung ohne zusätzlichen Energiekostenaufwand ergibt sich bei Verwendung einer Dampfstrahlpumpe. Auch hierbei muß jedoch der Druckverlust durch veränderliche Querschnitte bei der Eindüsung in die Expansionskammer gesenkt werden.
Das Verhältnis Wasserdampf/Luft in dem der Expansionskammer zugeführten Heißgas läßt sich im Sekundenbereich variieren, so daß nun eine Regelung des Expansionsgrades und damit der Füllfähigkeit möglich wird, indem man die Füllfähigkeit, beispielsweise hinter dem der Expansionsvorrichtung nachgeschalteten Trockner, mißt und bei Abweichung von einem gegebenen Soll-Wert das Verhältnis Wasserdampf/Luft in dem Heißgas entsprechend einstellt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: den Grundaufbau einer Expansionsvorrichtung mit Durchblaszellenradschleuse und mit nachgeschaltetem Luftstrom-Trockner mit Tangentialabscheider,
Fig. 2: im vergrößertem Maßstab den aus einer Düsenöffnung austretenden Freistrahl
Fig. 3: einen Querschnitt durch eine der Expansionskammer vorgeschaltete Verteilungskammer mit einer Ausführungsform eines Strömungsantriebs,
Fig. 4: einen weiteren Querschnitt durch die Verteilungskammer mit einer anderen Ausführungsform des Strömungsantriebs, und
Fig. 5: in Form eines Blockschaltbildes die Regelung des Expansionsgrades und damit der Füllfähigkeit.

Bei der aus Fig. 1 ersichtlichen, allgemein durch das Bezugszeichen 10 angedeuteten Expansionsvorrichtung fällt das nicht dargestellte, zerkleinerte, insbesondere geschnittene Tabakmaterial, in der Regel geschnittenes Rippen- und/oder Blattmaterial, aber auch rekonstituierter Tabak, von einer Schwingförderrinne 12 über eine Einfüllöffnung 14 nach unten in eine Zellenradschleuse 16, die zwei einander gegenüber liegende, parallele scheibenförmige Stirnwände 16a, 16b aufweist, zwischen denen die drehbare Welle 16d des Zellenrades angeordnet ist. Auf dieser Welle sitzen mehrere Flügel 16c, so daß zwischen zwei benachbarten Flügeln 16c das herabfallende, zerkleinerte Tabakmaterial aufgefangen und bei der Drehung der Flügel um die Achse des Zellenrades mitgenommen wird.
Mit Ausnahme des Bereiches in der Nähe der Einfüllöffnung 14 ist das Zellenrad durch eine nicht näher dargestellte, zylindrische Kammer umgeben, an deren Innenwand die äußeren Enden der Flügel 16c anliegen und dadurch Gasverluste vermeiden.
In diese Zellenradschleuse 16 ist eine "bewegliche" Expansionskammer integriert und wird jeweils durch die beiden untersten Flügel 16c in Verbindung mit dem Teil der Kammerwand gebildet, der sich zwischen diesen beiden Flügeln erstreckt.
In dem Teil der gemäß der Darstellung in Fig. 1 rechten Stirnwand 16a, der dieser Expansionskammer zugeordnet ist, befinden sich bei der dargestellten Ausführungsform drei Düsenöffnungen 18; bei dieser Ausführungsform haben die Düsenöffnungen 18 einen kreisförmigen Querschnitt und können beispielsweise durch zylindrische Bohrungen gebildet werden.
Als Alternative hierzu ist es auch möglich, schlitzförmige Düsenöffnungen vorzusehen. Wesentlich ist nur, daß sich die Düsenöffnungen 18 in der Nähe des Bodens der Expansionskammer unter Vermeidung des Coanda-Effektes befinden.
An die rechte Stirnwand 16a schließt sich eine Verteilungskammer 20 an, die über die Düsenöffnungen 18 in Verbindung mit der Expansionskammer steht. Der Verteilungskammer 20 wird ein Wasserdampf/Luft-Gemisch mit einem Druck von etwa 3 bar zugeführt, wie in Fig. 1 angedeutet ist.
Zur Erzeugung dieses Wasserdampf/Luft-Gemisches werden Druckluft von einer Druckluftquelle 22 und gesättigter Wasserdampft von einer entsprechenden Quelle 24 über Leitungen 23, 25 mit Strömungsmessern 27 und Regulierventilen 26 zugeführt und in der Hochdruckdampfleitung 28 vor der Verteilungskammer 20 gemischt.
An den Auslaß der Expansionskammer, der sich in der linken Stirnwand 16b der Zellenradschleuse 16 befindet, schließt sich ein Beschleunigungsrohr 30 mit in Förderrichtung konvergierendem Querschnitt an, das in ein weiteres Rohr 32 mit konstantem Querschnitt übergeht. Dem Rohr 32 ist eine stufenartige Vergrößerung des kreisförmigen Querschnittes nachgeschaltet, die dann in ein Verzögerungsrohr 34 mit rechteckigem, insbesondere quadratischem Querschnitt übergeht.
An dieses Rohr 34 schließt sich ein gekrümmtes Rohr 36 an, durch welches das Tabakmaterial einem Luftstrom-Trockner 38 zugeführt wird.
Über eine Leitung 40 emfängt der Trockner 38 Luft von einer Quelle 42, die über einen Ventilator 44 beschleunigt und über eine Heizeinrichtung 46 erwärmt wird.
Das den Trockner 38 verlassende Gemisch Tabakmaterial/Luft wird in einem Tangentialabscheider 48 in Tabakmaterial einerseits, das dem entsprechenden Auslaß 50 zugeführt wird, und Luft andererseits aufgeteilt, die auf einer Leitung 54 mittels eines Ventilators 56 dem Auslaß 58 zugeführt wird.
Wenn bei dieser Expansionsvorrichtung 10 das zerkleinerte Tabakmaterial von den Flügeln 16c des Zellenrades nach unten auf den Boden der zylindrischen, das Zellenrad umgebenden Kammer mitgenommen wird, so wird es dort von dem Wasserdampf/ Luft-Gemisch mitgenommen, das mit einem Druck von 3 bar über die Verteilungskammer 20 und die Düsenöffnungen 18 in die Expansionskammer einströmt und das Tabakmaterial unter Druckabfall auf mindestens 50 m/s beschleunigt. In einer Art "Wischeffekt" wird das Tabakmaterial schichtweise über den Boden gestreift und dabei aus der Expansionskammer heraus in das Rohr 30 transportiert.
Zweckmäßigerweise sind die Düsenöffnungen 18 an die Bewegungsrichtung des Zellenrades angepaßt, so daß die ersten, von einem Flügel 16c in die Expansionskammer gebrachten Tabakteilchen sofort durch das Wasserdampf/Luft-Gemisch beaufschlagt werden und damit die Verweildauer des Tabakmaterials in der Expansionskammer weniger als etwas 1/10 s beträgt.
Die Temperatur des Wasserdampf/Luft-Gemisches, dessen Konzentration durch entsprechende Verstellung der Regulierventile 26 variiert werden kann, sollte zwischen 50 und 500° C liegen.
In dem Beschleunigungsrohr 30 wird das in den Freistrahlen teilweise expandierte Tabakmaterial pneumatisch transportiert, dabei ein weiteres Mal expandiert und dem stufenartigen Übergang zwischen dem Rohr 32 und dem Rohr 34 zugeführt. Die Stufe und der anschließende Übergang von dem kreisförmigen Querschnitt auf den quadratischen Querschnitt gewährleistet eine sehr schonende Behandlung der empfindlichen, nun expandierten Tabakteilchen, die auch in dem gekrümmten Rohr 36 schonend geführt und in dem Trockner 38 mittels zugeführter erwärmter Luft getrocknet werden; das so gebildete Tabakmaterial/Luft-Gemisch wird in dem Tangentialabscheider 48 in die beiden Komponenten aufgetrennt, die den jeweiligen Auslässen zugeführt werden, nämlich dem Luftauslaß 58 einerseits und dem Tabakmaterialsauslaß 50 andererseits.
In Fig. 2 ist nochmals im vergrößerten Maßstab der Austritt eines Freistrahls in die Expansionskammer dargestellt.
Die mit hoher Geschwindigkeit erfolgende "Dampfinjektion" in die Kammer führt zu einem extrem hohen Wärme- und Stoffübergang in Verbindung mit einemausgeprägten Transporteffekt in Richtung des Pfeils für die einzelnen Tabakteilchen.
Wie bereits oben angedeutet wurde, ist die Erzeugung von Druckluft relativ kostenaufwendig, so daß sich diese Lösung nun für Technikums- bzw. Pilotanlagen anbietet.
Eine kostengünstigere Lösung ist in Fig. 3 dargestellt, nämlich die Verwendung eines Ventilators für die Lufteinmischung. Bei dieser Ausführungsform wird Luft von einer Quelle 60 über einen Strömungsmesser 62, einen Ventilator 64 und ein Regulierventil 66 auf einer Leitung 68 zugeführt und in der Leitung 70 mit dem Wasserdampf gemischt, der von einer Quelle 72 über einen Strömungsmesser 74, einen Dampftrockner 76 und ein Regulierventil 78 auf einer Leitung 80 zugeführt wird. Die Leitung 70 mit dem Wasserdampf/Luft-Gemisch ist an einen Stutzen 82 der Verteilungskammer 20 angeschlossen. Die gemäß der Darstellung in Fig. 3 linke Stirnwand 16a der Verteilungskammer 20, die der rechten Stirnwand 16a der Zellenradschleuse 16 entspricht, weist zwei Arten von Öffnungen zur Expansionskammer hin auf, und zwar untere Düsenöffnungen 18 mit konstantem Strömungsquerschnitt sowie obere Öffnungen 18a, deren kreisförmiger Strömungsquerschnitt sich zur Expansionskammer hin verkleinert.
Während die Düsenöffnungen 18 immer geöffnet sind, können die Düsenöffnungen 18a bei Bedarf mehr oder weniger verschlossen werden; zu diesem Zweck erstreckt sich in Längsrichtung der Verteilungskammer 20 ein Kolben 84, dessen gemäß der Darstellung in Fig. 3 linke Spitze in die Düsenöffnung 18a ragt und dadurch deren Strömungsquerschnitt mehr oder weniger verschließt.
Der bei der Einbringung des Wasserdampf/Luft-Gemisches aus der Verteilungskammer 20 in die Expansionskammer auftretende Druckverlust kann gesenkt werden, indem die zusätzlichen Düsenöffnungen 18a durch Verschieben des Kolbens 84 nach rechts geöffnet werden. Für die maximale Expansion, bei der hohe Strahlgeschwindigkeiten und eine reine Dampfatmosphäre erforderlich sind, werden die zusätzlichen Düsenöffnungen 18a geschlossen, d.h., der Wasserdampf strömt nun mit extrem hoher Geschwindigkeit über die Düsenöffnungen 18 in die Expansionskammer.
Selbstverständlich können bei Bedarf mehrere Zusatzdüsenöffnungen 18a vorgesehen werden; jeder Düsenöffnung 18a muß dann ein Kolben 84 zugeordnet werden.
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform ohne zusätzliche Energiekosten, bei der als Strömungsantrieb eine Dampfstrahlpumpe 88 verwendet wird. Diese Dampfstrahlpumpe 88 ist einerseits über die Leitung 70 mit dem Anschlußstutzen 82 der Verteilungskammer 20, die den aus Fig. 3 ersichtlichen Aufbau hat, und andererseits über die Leitung 68, das Ventil 66, den Strömungsmesser 62 mit der Luftquelle 60 verbunden. Außerdem ist die Dampfstrahlpumpe 88 an die Leitung 80 mit dem Dampftrockner 76, dem Strömungsmesser 74 und der Dampfquelle 72 angeschlossen. Die beiden Leitungen 68, 80 sind über eine weitere Leitung 90 mit einem Regulierventil 92 verbunden.
Auch bei dieser Ausführungsform für die Erzeugung des Wasserdampf/Luft-Gemisches muß der Druckverlust bei der Eindüsung aus der Verteilungskammer 20 in die Expansionskammer durch den veränderlichen Querschnitt der Düsenöffnung 18a gesenkt werden.
Um die Qualität des Endproduktes "Cigarette" zu verbessern, sollte ein gleichmäßig expandiertes Tabakmaterial angestrebt werden. Durch Beeinflussung der Expansion und Verwendung geeigneter Sensoren für die Füllfähigkeitsmessung, beispielsweise mittels kontinuierlicher Rollen, wie es aus der DE-OS 3 234 258 bekannt ist, kann eine Regelung auf konstante Expansion erzielt werden.
Der Aufbau eines entsprechenden Regelkreises wird durch die sehr hohe Ansprechgeschwindigkeit der Expansionsvorrichtung sinnvoll bzw. möglich. Denn eine eventuelle Änderung der erzielten Expansion erfolgt nahezu verzögerungsfrei; die auftretende Zeitkonstante von wenigen Sekunden beruht nur auf den Transportwegen des Tabakmaterials von der Expansionskammer bis zur Füllfähigkeitsmessung.
Fig. 5 zeigt eine Prinzipdarstellung einer solchen Expansionsregelung, die keinerlei Einfluß auf andere Prozeßparameter hat, beispielsweise die Einstellung des Trockners.
Hierbei wird die Füllfähigkeit des expandierten Schnittabaks mittels eines geeigneten Sensors erfaßt, wie er beispielsweise aus der DE-OS 3 234 258 hervorgeht. Dieser Ist-Wert von dem Sensor 94 wird auf eine Regeleinrichtung 96 gegeben, die außerdem noch Ist-Werte von zwei Durchflußmessern 98, 99 empfängt, nämlich einem Durchflußmesser 98 für die Dampfmenge und einem Durchflußmesser 99 für die Luftmenge.
Aus diesen drei Ist-Werten bildet die Regeleinrichtung, beispielsweise entsprechend einem vorgegebenen Algorithmus, Stellsignale für die beiden Stellglieder, nämlich die beiden Regulierventile 26 für die Luft bzw. den Wasserdampf bei der Ausführungsform nach Fig. 1.
In entsprechender Weise können auch die Regulierventile bei den anderen Ausführungsformen nach den Figuren 3 und 4 angesteuert werden.
Dadurch läßt sich unter Berücksichtigung des Ist-Wertes der Füllfähigkeit die Expansion in der nur schematisch angedeuteten Expansionsvorrichtung, die den aus Fig. 1 ersichtlichen Aufbau hat, einstellen und regeln.
Als Alternative zu den dargestellten Ausführungsformen muß das expandierte Tabakmaterial/Heißgas-Gemisch nicht direkt einem Luftstrom-Trockner zugeführt werden, sondern kann auch in geeigneten Abscheidern voneinander getrennt werden und das expandierte Tabakmaterial einem bspw. Trommel-/Band- oder Fluidbettrockner zugeführt werden.
Abschließend wird noch als Besonderheit gegenüber anderen Expansionsverfahren hervorgehoben, daß unabhängig vom eingestellten Expansionsgrad nur ein sehr geringer Verlust an Tabakinhaltsstoffen festgestellt werden kann. Dies ist auf die niedrigen Tabak-Temperaturen bei der Expansion und die extrem kurze Behandlungszeit zurückzuführen.

Claims

Vorrichtung zum Expandieren von zerkleinertem Tabakmaterial
a) mit einer Dosier- und Zuführ-Vorrichtung für die Zuführung des Tabakmaterials zu einer Expansionskammer,

b) mit einer Düsenöffnung in einer Wand der Expansionskammer für die Einleitung eines aus Luft und Wasserdampf bestehenden Heißgases zur Beschleunigung des Tabakmaterials unter Druckabfall auf mindestens 50 m/s bei einer Verweildauer des Tabakmaterials in der Expansionskammer von weniger als etwa 1/10 s, und

c) mit einem der Expansionskammer nachgeschalteten Verzögerungsrohr mit divergierendem Querschnitt,
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

d) die Expansionskammer ist in die Dosier- und Zuführ-Vorrichtung (16) integriert;

e) das Tabakmaterial wird in annähernd rechtem Winkel zur Düsenöffnung zugeführt;

f) in einer Stirnwand (16a) der Expansionskammer befindet sich mindestens eine Düsenöffnung (18) für die Zuführung eines Wasserdampf/Luft-Gemisches in Bodennähe der Expansionskammer;

g) an die Expansionskammer schließt sich ein Beschleunigungsrohr (30) mit konvergierendem Querschnitt an,

h) dem das Verzögerungsrohr (34) folgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosier- und Zuführvorrichtung eine Zellenradschleuse, insbesondere eine Durchblaszellenradschleuse ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosier- und Zuführvorrichtung eine Dosierschnecke ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Düsenbohrungen (18) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenbohrungen (18) so ausgebildet sind, daß die Stromlinien des Strahls annähernd parallel zueinander und annähernd senkrecht zur Austrittsfläche verlaufen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine schlitzförmige Düsenöffnung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschleunigungsrohr (30) über ein Rohr (32) mit konstantem Querschnitt an das Verzögerungsrohr (34) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rohr (32) und dem Verzögerungsrohr (34) ein stufenartiger Übergang vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungsrohr (34) von kreisförmigen Querschnitt auf quadratischen Querschnitt übergeht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Stirnwand (16a) mit den Düsenöffnungen (18) eine Verteilungskammer (20) anschließt, die über die Düsenöffnungen (18) mit der Expansionskammer verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwand der Verteilungskammer (20) neben Düsenöffnungen (18) mit konstantem Querschnitt Düsenöffnungen (18a) mit sich konisch verringerndem Querschnitt aufweist, die durch einen verschiebbaren Kolben (84) verschließbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Quelle (24) für gesättigten Dampf und eine Quelle (22) für Druckluft, die über Regulierventile (26) mit der Verteilungskammer (20) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Strömungsantrieb für das Wasserdampf/Luft-Gemisch ein Ventilator (64) dient, der über eine Leitung (70) an die Verteilungskammer (20) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Strömungsantrieb für das Wasserdampf/Luft-Gemisch eine Dampfstrahlpumpe (88) dient, die über eine Leitung (70) mit der Verteilungskammer (20) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in den Leitungen für die Zuführung von Wasserdampf und Luft Regulierventile (26, 66, 78, 92) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen Sensor (94) für die Füllfähigkeit, durch Strömungsmesser (98, 99) für Wasserdampf und Luft, und durch eine Regeleinrichtung, die aus den Ausgangssignalen des Sensors (94) und der Strömungsmesser (98, 99) Stellsignale für die Regulierventile (26) bildet.