DE102018111675A1

DE102018111675A1 - Messanordnung für optische Messungen an Milch während eines Melkvorgangs

Info

Publication number: DE102018111675A1
Application number: DE102018111675.6A
Authority: DE
Inventors: Olaf Suhr; Adib Matty
Original assignee: GEA Farm Technologies GmbH
Current assignee: GEA Farm Technologies GmbH
Priority date: 2018-05-15
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2019-11-21
Also published as: US11346828B2; US20210239671A1; WO2019219497A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung für optische Messungen an Milch während eines Melkvorgangs, aufweisend eine optische Messvorrichtung (30) zur Messung von optischen Eigenschaften von Milch in einem Messbereich (25), in dem sich zumindest ein Teil der der Messanordnung zugeführten Milch sammelt. Die Messanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass in der Messanordnung ein Hauptkanal (10) und ein Messkanal (20) ausgebildet sind, die im Bereich eines gemeinsamen Einlasses (11) und eines gemeinsamen Auslasses (14) miteinander hydraulisch verbunden sind, wobei in dem Messkanal (20) eine geringere Strömungsgeschwindigkeit herrscht als in dem Hauptkanal (10) und wobei der Messbereich (25) in dem Messkanal (20) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung für optische Messungen an Milch während eines Melkvorgangs, aufweisend eine optische Messvorrichtung zur Messung von optischen Eigenschaften der Milch in einem Messbereich, in dem sich zumindest ein Teil der der Messanordnung zugeführten Milch sammelt.
Optische Messungen, insbesondere Transmissions- und/oder Reflexionsmessungen im sichtbaren (VIS-visible) bis hin zum nahen Infrarotspektralbereich (NIR-near infrared) stellen eine schnelle und von daher in-situ während eines Melkvorgangs durchführbare Messmethode dar, um die Zusammensetzung von Milch zu ermitteln. Dabei kann beispielsweise ein Gehalt an Fett, Eiweiß, Lactose und/oder Harnstoff zur Futterkontrolle bestimmt werden. Auch die Farbe der Milch kann bestimmt werden, wodurch z.B. auf einen Blutanteil in der Milch und damit auf ggf. vorliegende Erkrankungen geschlossen werden kann. Zudem kann ein SCC-Wert (somatic cell count) zumindest näherungsweise bestimmt werden, der auf Entzündungen im Bereich des Euters und der Zitzen eines milchgebenden Tiers anhand der gemolkenen Milch hinweisen kann. Eine Erkennung derartiger Entzündungen, z.B. Mastitis, ist bei milchgebenden Tieren wichtig, um die Tiere einerseits möglichst schnell behandeln zu können und andererseits Milch mit einem hohen Gehalt an Keimen von der weiteren Verwertung auszuschließen.
Eine inline-Messzelle für optische Messungen, die im Durchfluss einer Milchleitung eingesetzt werden kann, ist aus der Druckschrift WO 03 / 040 704 A1 bekannt. Bei dieser Messzelle weitet sich ein durch die Messzelle geführter Kanal im mittleren Bereich der Messzelle trogförmig nach unten auf. Etwa im mittleren Bereich der trogförmigen Aufweitung ist ein Messfenster für die optische Messung angeordnet. Die nach unten weisende trogförmige Erweiterung ist dabei nicht notwendiger Weise über die gesamte Querschnittsbreite der Leitung ausgebildet, sondern bevorzugt schmaler, um eine Messung im Durchlicht zu ermöglichen.
Die Druckschrift US 2010/0273273 A1 beschreibt einen ähnlichen Aufbau, wobei zusätzlich im unteren Bereich der trogförmigen Aufweitung eine Ablauföffnung angeordnet ist, um diesen Messbereich entleeren und auch Spülen zu können.
In beiden Fällen kann jedoch das Einströmen der Milch in die Messzelle zu stark verrauschten Messungen und/oder Messungen mit deutlich variierenden Messwerten führen. Dieses ist insbesondere beim Einströmen von stark schäumender Milch zu beobachten.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der optische Messungen während des Melkvorgangs mit möglichst geringer Variation der Messwerte und geringem Rauschanteil durchgeführt werden können.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Messanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Eine erfindungsgemäße Messanordnung der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass ein Hauptkanal und ein Messkanal ausgebildet sind, die im Bereich eines gemeinsamen Einlasses und eines gemeinsamen Auslasses miteinander hydraulisch verbunden sind, wobei in dem Messkanal eine geringere Strömungsgeschwindigkeit herrscht als in dem Hauptkanal und wobei der Messbereich in dem Messkanal ausgebildet ist.
Es wird so eine Aufteilung des Milchstroms in einen Haupt- und einen Messstrom erzielt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Messstroms so reduziert werden kann, dass eine Messung möglichst frei von Störungen und insbesondere ohne turbulente Strömung und mit möglichst wenig Luftblasen durchgeführt werden kann. Durch die geringe Strömungsgeschwindigkeit wird eine laminare Strömung erzielt und Luftblasen können aufsteigen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Messanordnung ist der Messkanal unterhalb des Hauptkanals angeordnet und zweigt in einem Einlassbereich im Bereich des Einlasses von dem Hauptkanal ab. Bereits durch die Anordnung des Messkanals unterhalb des Hauptkanals wird größtenteils schaumfreie Milch in den Messkanal geleitet. Bevorzugt ist im Einlassbereich ein Sieb zwischen dem Hauptkanal und dem Messkanal angeordnet, um Verunreinigungen, wie z.B. Strohreste, von dem Messbereich fern zu halten.
Während der Hauptkanal zwischen dem Einlass und dem Auslass einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist, ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Messanordnung der Messkanal zwischen dem Einlass und dem Auslass mit einem sich aufweitenden Querschnitt versehen. In diesem sich aufweitenden Querschnitt kann sich im unteren Bereich Milch mit einem geringen Schaumanteil für die Messung ansammeln, wohingegen durch aufsteigende Luftblasen gebildeter Schaum sich im oberen Teil des Querschnitts ansammeln kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Messanordnung mündet der Messkanal an seinem dem Einlassbereich gegenüberliegenden Ende mit mindestens einem Ablauf in den Hauptkanal. Während oder nach einer Messung sorgt ein Ablaufen der Milch durch den mindestens einen Ablauf dafür, dass im Messbereich jederzeit Milch einer Zusammensetzung analysierbar ist, die im Wesentlichen der aktuell in den Einlass einfließenden gemolkenen Milch entspricht.
Bevorzugt sind mindestens zwei Abläufe übereinander angeordnet, ein unterer Ablauf für eine flüssige Milchphase und ein oberer für Milchschaum. Der untere Ablauf weist bevorzugt einen kleinen Querschnitt (verglichen mit dem Hauptkanal) auf, so dass sich eine nur geringe Bewegungsgeschwindigkeit im Messkanal und insbesondere im Messbereich einstellt. Die Messung kann so mit geringem Schaumanteil und geringen Milchbewegungen und damit geringen Turbulenzen durchgeführt werden, was sich vorteilhaft in einer rauschfreien und reproduzierbaren Messung widerspiegelt. Der Milchschaum kann dabei ohne Störung der Messung durch den oberen Ablauf aus dem Messkanal wieder in den Hauptkanal geführt werden.
Neben dem unteren Ablauf kann ein weiterer unterer Ablauf vorhanden sein, der über eine Ventilanordnung verschließbar ist. Der dauerhaft geöffnete Ablauf ermöglicht einen permanenten geringen Milchfluss, um während der Messung eine nur geringe Bewegung der Milch im Messkanal und im Messbereich zu erreichen. Die über die Ventilanordnung steuerbare Öffnung des weiteren unteren Ablaufs ermöglicht eine beschleunigte Entleerung des Messkanals und verhindert durch einen möglichen größeren Öffnungsquerschnitt ein Verstopfen des Ablaufs.
In einer alternativen Messanordnung ist ein einziger Ablauf an dem Messkanal vorhanden, der über eine Ventilanordnung verschließbar ist. Der einzige Ablauf kann dabei einen vergleichbaren Querschnitt wie der Hauptkanal aufweisen. Bei dieser Ausgestaltung wird eine Messung nicht an einem kontinuierlichen Milchstrom vorgenommen, sondern an einem Milchanteil, der für eine bestimmte Zeit vollständig in seiner Flussbewegung gestoppt wird. Zu Beginn eines Messzyklus wird dazu die Ventilanordnung zunächst geöffnet, so dass aktuell gemolkene Milch auch durch den Messkanal fließt. Danach wird die Ventilanordnung geschlossen, so dass sich die Milch im Messkanal und damit im Messbereich staut. Es wird eine gewisse Wartezeit eingehalten, innerhalb derer die Milch im Messbereich zur Ruhe kommt und innerhalb derer Luftblasen aufsteigen. Nach dieser Wartezeit wird die optische Messung durchgeführt, woraufhin die Ventilanordnung nach Beendigung der Messung geöffnet wird, um den Messkanal wiederum zu entleeren und erneut mit aktuell gemolkener Milch füllen zu können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Messanordnung ist die optische Messvorrichtung im Bereich mindestens eines Lichteinkoppelfensters und mindestens eines Lichtauskoppelfensters an dem Messkanal angeordnet. Die beiden Fenster dienen der Einstrahlung von Licht in den Messbereich bzw. der Auskopplung von transmittiertem und/oder reflektiertem Licht zur Messung und Auswertung. Anstelle von separaten Ein- bzw. Auskoppelfenstern kann auch eine allseitig transparente Messküvette eingesetzt werden.
Es kann eine Messung in einer Transmissionsgeometrie vorgenommen werden, wenn Licht auf einer Seite der Messvorrichtung eingestrahlt und auf einer gegenüberliegenden Seite ausgekoppelt wird. Bei Messung in einer Reflexionsgeometrie erfolgen Einstrahlung und Auskopplung von einer Seite.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Messanordnung ist im Messkanal mindestens ein Sensor angeordnet. Der Sensor kann z.B. ein Temperatursensor sein, um eine Temperatur der Milch während der optischen Messung zu erfassen. Die gemessenen optischen Eigenschaften der Milch können eine Temperaturabhängigkeit aufweisen, die durch die gemessene Temperatur bei der Auswertung berücksichtigt werden kann. Weiter kann beispielsweise ein Leitfähigkeits- oder Impedanzsensor, beispielsweise in Form von Elektroden, vorgesehen sein. Anhand von Messung der Leitfähigkeit oder Impedanz können unterstützend zu den optischen Messungen Aussagen über Eigenschaften der gemessenen Milch getroffen werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mithilfe von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messanordnung in einer isometrischen Gesamtansicht;
2, 3 jeweils eine schematische Schnittdarstellung der Messanordnung des ersten Ausführungsbeispiels;
4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Messanordnung in einer isometrischen Gesamtansicht;
5, 6 jeweils eine schematische Schnittdarstellung der Messanordnung des zweiten Ausführungsbeispiels;
7 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Messanordnung in einer schematischen Schnittdarstellung;
8 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Messanordnung in einer isometrischen Gesamtansicht; und
9 eine schematische Schnittdarstellung der Messanordnung des vierten Ausführungsbeispiels.

1 zeigt in einer isometrischen Schrägansicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messanordnung zur Durchführung von optischen Messungen während eines Melkvorgangs.
Die Messanordnung ist als einteilige Messzelle ausgebildet, die in eine Milchleitung eingesetzt werden kann.
Es ist ein Hauptkanal 10 ausgebildet, der einen Einlass 11 zur Verbindung mit der Milchleitung aufweist und durch den gemolkene Milch in die Messanordnung eintritt.
Der Hauptkanal 10 kann in zwei Abschnitte unterteilt werden, einen ersten Abschnitt 12, der in einer Einbauorientierung im Wesentlichen horizontal oder leicht geneigt verläuft, und einen zweiten Abschnitt 13, der geneigt nach unten führt. Am Ende des zweiten Abschnitts 13 ist ein Auslass 14 angeordnet, aus dem die in den Einlass 11 eingeströmte Milch wieder austritt. Die Messanordnung kann somit in eine Milchleitung eingesetzt sein. Aufgrund der kompakten Ausbildung der Messanordnung ist es leicht möglich, die Messanordnung in einer mit einem Melkbecher verbundenen Milchleitung anzuordnen, so dass eine viertel-individuelle Messung ermöglicht wird. Der (hier runde) Querschnitt des Hauptkanals 10 ist im Wesentlich über dessen Länge gleichbleibend.
Neben dem Hauptkanal 10 weist die Messanordnung einen Messkanal 20 auf, der nach dem Einlass 11 des Hauptkanals 10 mit diesem verbunden ist, um einen Teil der in den Einlass 11 einströmenden Milch aufzunehmen und weiterzuleiten. Der Messkanal 20 ist zudem im Bereich des zweiten Abschnitts 13 mit dem Hauptkanal 10 verbunden, um durch den Messkanal 20 geflossene Milch wieder dem Hauptkanal 10 und damit dem Auslass 14 zuzuführen. Details der Anbindung des Messkanals 20 an den Hauptkanal 10 werden im Zusammenhang mit 2 weiter unten nähert erläutert.
Am Messkanal 20 ist benachbart zum Übergangsbereich zum zweiten Abschnitt 13 des Hauptkanals 10 eine optische Messvorrichtung 30 außen an einem Gehäuse des Messkanals 20 angebracht. Die Messvorrichtung 30 umfasst eine Lichteinkopplung 31, mit deren Hilfe Licht durch ein nicht hier sichtbares Fenster in das Innere des Messkanals 20 eingestrahlt werden kann. Dort reflektiertes bzw. gestreutes Licht tritt durch ein hier ebenfalls nicht sichtbares weiteres Fenster aus dem Gehäuse des Messkanals 20 aus und wird von einer Lichtauskopplung 32 aufgenommen und in einen Lichtleiter 33 eingekoppelt.
Der Lichtleiter 33 führt zu einem hier nicht dargestellten Spektrometer, mit dem Eigenschaften des ausgekoppelten Lichts, insbesondere seine Intensität bei einer oder mehreren bestimmten und insbesondere bei einer Mehrzahl von über einem Bereich variierenden Frequenzen ermittelt wird. Derartige Spektrometer für Wellenlängen, die im sichtbaren Frequenzbereich (VIS), im infraroten Frequenzbereich (IR oder NIR) oder im ultravioletten Frequenzbereich (UV) liegen können, sind grundsätzlich bekannt und werden an dieser Stelle nicht detaillierter beschrieben. Die innerhalb der Lichteinkopplung 31 verwendete Lichtquelle ist an den zu messenden Wellenlängenbereich angepasst und kann z.B. eine Glühlampe oder eine Leuchtdiode als Lichtquelle umfassen.
Im dargestellten Beispiel erfolgt die optische Messung in einer Reflexionsgeometrie, das bedeutet, dass Lichteinkopplung 31 und Lichtauskopplung 32 auf derselben Seite des Messkanals 20 positioniert sind. Es wird angemerkt, dass das in 1 gezeigte Messprinzip grundsätzlich auch in einer Transmissionsgeometrie eingesetzt werden kann, bei der die Lichteinkopplung 31 und die Lichtauskopplung 32 auf gegenüberliegenden Seiten des Messkanals 20 positioniert sind. Ggf. ist die Geometrie des Messkanals 20 im Bereich der Messung dahingehend anzupassen, dass die zu durchquerende Wegstrecke für das Licht in der Milch so kurz gehalten wird, dass auch in Transmission eine ausreichende Lichtintensität zu beobachten ist. Grundsätzlich bestehen jedoch keine Einschränkungen, die dargestellte Messvorrichtung auch in einer Transmissionsgeometrie zu verwenden. Ein Ausführungsbeispiel für eine Messung in Transmissionsgeometrie ist in den 4-6 gezeigt. Details des Aufbaus der Messvorrichtung 30 für die hier dargestellten Reflexionsmessungen sind weiter unten im Zusammenhang mit der 3 beschrieben.
In 2 ist ein senkrechter Schnitt durch die in 1 gezeigte Messanordnung wiedergegeben. Die 2 zeigt insbesondere die Geometrie des Messkanals 20, sowie die Verbindungsbereiche zwischen dem Hauptkanal 10 und dem Messkanal 20.
Wie bereits in Zusammenhang mit 1 erwähnt, zweigt der Messkanal 20 in einem Bereich hinter dem Einlass 11 vom Hauptkanal 10 in einem Einlassbereich 21 nach unten ab. In diesen Einlassbereich 21 kann ein Sieb eingesetzt sein, um das Eindringen von gröberen Partikeln, beispielsweise Strohresten, die sich noch an der Zitze oder am Melkbecher befanden, zu verhindern. Das Sieb verringert zudem die Durchflussmenge, die vom Hauptkanal 10 in den Messkanal 20 eintritt. Anstelle eines Siebes können auch eine oder mehrere entsprechend kleine Öffnungen zwischen dem Hauptkanal 10 und dem Messkanal 20 vorgesehen sein, die zu den gleichen Effekten führen.
Auch der Messkanal 20 lässt sich grob in zwei Abschnitte aufteilen, einen ersten Abschnitt 22, der vom Einlassbereich 21 geneigt nach unten verläuft und einen zweiten Abschnitt 23, der im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist. Im Laufe des Messkanals 20 weitet sich dessen Querschnitt kontinuierlich auf. Entsprechend nimmt eine Flussgeschwindigkeit kontinuierlich ab. An der Seite des zweiten, geneigneten Abschnitts 13 des Hauptkanals 10 erstreckt sich der Messkanal 20 in seiner Höhe annähernd über die gesamte Länge des zweiten Abschnitts 13. Hydraulisch ist der Messkanal 20 an dieser Seite nur an zwei definierten Stellen mit dem Hauptkanal 10 verbunden, nämlich einem unteren Ablauf 24a und einem oberen Ablauf 24b. Diese Abläufe 24a, b sind in Form von kleinen Bohrungen oder Kanälen ausgebildet.
Im Betrieb der Messanordnung strömt Milch in den Einlass 11 ein. Im Melkprozess wird die Milch bedingt durch das üblicherweise eingesetzte Pulsationsmelkverfahren und das dabei an den Milchleitungen und damit auch an der gezeigten Messanordnung anliegende Vakuum pulsierend mit hoher Geschwindigkeit durch die Milchleitung und damit auch den Einlass 11 bewegt. Durch die hohe Geschwindigkeit und den kleinen Querschnitt zum Messkanal 20 im Einlassbereich 21 verbleibt der größte Teil der Milch im Hauptkanal 10 und ein kleinerer Teil gelangt in den Messkanal 20.
Ein einströmender Milchstrom 50 teilt sich also, wie in der 2 anhand der Strömungspfeile symbolisiert ist, in einen Hauptmilchstrom 51 und einen Messmilchstrom 52 auf. Die über den Messmilchstrom 52 in den Messkanal 20 einströmende Milch sammelt sich im aufgeweiteten Messkanal 20 an. Dabei setzt sich Milch 53 mit einem geringen Schaumanteil im unteren Bereich des Messkanals 20 in einer im Wesentlichen flüssigen Phase ab. Eventuell noch in der Milch 53 enthaltene oder beim Einlaufen in den Messkanal 20 gebildete Luftblasen steigen auf und bilden Milchschaum 54, der aufschwimmt und sich im oberen Bereich des Messkanals 20 ansammelt.
Die Milch 53 mit dem geringen Schaumanteil fließt durch den unteren Ablauf 24a ab. Ein sich ergebender abfließender Milchstrom 55 ist in der 2 eingezeichnet. Anhand der Querschnitte im Einlassbereich 21 und des unteren Ablaufes 24a stellt sich ein bestimmter Pegelstand im Messkanal 20 für die Milch 53 mit geringem Schaumanteil ein.
Der gebildete Milchschaum 54 kann den Messkanal 20 durch den oberen Ablauf 24b als abfließender Milchschaum 56 verlassen und wird so wieder dem Hauptkanal 10 zugeführt. Der aus dem Messkanal 20 aus dem unteren Ablauf 24a abfließende Milchstrom 55 mischt sich ebenfalls zu der Milch im Hauptkanal 10, die dann als ausströmender Milchstrom 57 die Messanordnung durch den Auslass 14 verlässt.
Bedingt durch die verglichen mit dem Hauptkanal 10 kleineren Querschnitte des Einlassbereichs 21 und des unteren Ablaufes 24a ist die Durchflussrate der Milch 53 im Messkanal 20 gering. In Verbindung mit dem großen Querschnitt, den der Messkanal 20 aufweist, wird so eine recht geringe Bewegung der Milch 53 im Messkanal 20 und insbesondere in einem Messbereich 25 (durch einen gestrichelten Kreis in der 2 symbolisiert) erreicht.
In diesem Messbereich 25 wird die optische Messung vorgenommen. Die Messung kann so mit geringem Schaumanteil und geringen Milchbewegungen und damit geringen Turbulenzen durchgeführt werden, was sich vorteilhaft in einer rauschfreien und reproduzierbaren Messung widerspiegelt.
3 zeigt einen horizontalen Querschnitt durch die in den 1 und 2 dargestellte Messanordnung im Bereich des Messbereichs 25. Die 3 zeigt, dass der Messkanal 20 im Messbereich zur Seite hin verbreitet ist, um genügend Raum für die Reflexionsmessung zu bieten. Es sind am Messkanal 20 ein Lichteinkoppelfenster 26 und ein Lichtauskoppelfenster 27 angeordnet, die im Wesentlichen rechtwinkelig zueinander positioniert sind.
Vor dem Lichteinkoppelfenster 26 ist die Lichteinkopplung 31 der Messvorrichtung 30 positioniert und beispielsweise mit Hilfe eines anschraubbaren Flansches gehalten. Die Lichteinkopplung 31 umfasst eine Lichtquelle 311, beispielsweise eine Leuchtdiode. Von dieser ausgestrahltes Licht wird mit Hilfe eines Kollimators 312 gebündelt und tritt durch das Lichteinkoppelfenster 26 in den Messkanal 20 ein. Die Lichteinkopplung 31 ist mit Kühlrippen 313 ausgestattet, um die beim Betrieb der Lichtquelle 311 entstehende Wärme abführen zu können.
Von der Milch 53 im Messbereich 25 gestreutes Licht tritt zum Teil durch das Lichtauskoppelfenster 27 aus und gelangt in den Lichtleiter 33 der Lichtauskopplung 32 zur weiteren Auswertung in dem genannten Spektrometer.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zusätzlich Sensoren 60 in dem Messkanal 20 angeordnet. Unter den Sensoren 60 kann z.B. ein Temperatursensor sein, um eine Temperatur der Milch während der optischen Messung zu erfassen. Die gemessenen optischen Eigenschaften der Milch können eine Temperaturabhängigkeit aufweisen, die durch die gemessene Temperatur bei der Auswertung berücksichtigt werden kann. Weiter kann beispielsweise ein Leitfähigkeits- oder Impedanzsensor, beispielsweise in Form von Elektroden, vorgesehen sein. Anhand von Messung der Leitfähigkeit oder Impedanz können unterstützend zu den optischen Messungen Aussagen über Eigenschaften der gemessenen Milch getroffen werden.
Bei dem in den 1-3 dargestelltem Ausführungsbeispiel entleert sich der Messkanal 20 nach Beendigung eines Melkvorgangs dadurch, dass die Milch 53 aus dem Messkanal 20 durch den unteren Ablauf 24a abläuft. Während der Messung sorgt der ständige Ablauf durch den unteren Ablauf 24a dafür, dass im Messbereich 25 jederzeit Milch einer Zusammensetzung analysierbar ist, die im Wesentlichen der aktuell in den Einlass 11 einfließenden gemolkenen Milch entspricht.
In den 4-6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Messanordnung dargestellt. 4 zeigt die Messanordnung in einer isometrischen Zeichnung. 5 gibt die Messanordnung in vergleichbarer Weise wie 2 in einem vertikalen Schnitt wieder. 6 schließlich zeigt die Messanordnung in einem Schnitt quer zur Milchflussrichtung. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen in diesen wie in allen weiteren Figuren gleiche oder gleich wirkende Elemente wie bei den zuvor beschriebenen Figuren.
Im Grundaufbau entspricht die Messanordnung der 4-6 der des ersten Ausführungsbeispiels. Auf die Beschreibung zu den 1-3 wird hiermit ausdrücklich verwiesen. Insbesondere erfolgt auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine Auftrennung des Milchwegs nach dem Einlass 11 in einen Hauptkanal 10 und einen Messkanal 20, in dem sich der Messbereich 25 befindet. Im Folgenden werden maßgeblich die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen angesprochen.
Die Messanordnung des zweiten Ausführungsbeispiels ist im Unterscheid zu der des ersten Ausführungsbeispiels für eine Messung in Transmissionsgeometrie ausgelegt. Zu diesem Zweck verjüngt sich der Messkanal 20 im Messbereich 25 auf eine Dicke von wenigen Millimetern. Sich im Messbereich 25 befindende Milch kann in dieser Schichtdicke durchleuchtet werden.
Gut ist die Verjüngung des Messkanals 20 in der Schnittdarstellung der 6 zu erkennen. Die Verjüngung ist dabei auf einen unteren Teil des Querschnitts beschränkt, der eine Schlüssellochform aufweist, damit sich im oberen, weiteren Teil des Querschnitts aufsteigende Luftblasen als Milchschaum sammeln können und der untere Teil des Querschnitts möglichst frei von Luftblasen ist. In dieser Figur sind von der Messanordnung eine Lichteinkopplung 31 und eine Lichtauskopplung 32 schematisch eingezeichnet. Das zur Messung verwendete Licht durchstrahlt die Milch im Messbereich 25.
7 zeigt in vergleichbarer Darstellung wie in 2 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Messanordnung.
Bezüglich des Grundaufbaus entspricht die Messanordnung der 7 auch hier der des ersten Ausführungsbeispiels. Im Folgenden werden wiederum maßgeblich die Unterschiede angesprochen.
Beim Ausführungsbeispiel der 7 sind im unteren Bereich des Messkanals 20 übereinander zwei untere Abläufe 24a, 24c vorgesehen, neben dem unteren Ablauf 24a ein weiterer unterer Ablauf 24c. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist der Ablauf 24a permanent geöffnet und ermöglicht einen permanenten geringen Milchfluss, um zum einen während der Messung eine nur geringe Bewegung der Milch 53 im Messkanal 20 im Messbereich 25 zu erreichen und zum anderen eine Entleerung des Messkanals nach Beendigung der Messung in jedem Fall zu gewährleisten.
Der weitere untere Ablauf 24c ist als ein ansteuerbar verschließbarer Ablauf ausgebildet. Zu diesem Zweck ist eine Ventilanordnung 40 vorgesehen, bei der ein Aktuator 41, beispielsweise ein Pneumatikzylinder, ein Verschlusselement 42 am Ende einer Kolbenstange aufweist. Das Verschlusselement 42 kann über den Aktuator 31 auf den weiteren unteren Ablauf 24c gedrückt werden, um diesen zu verschließen.
Die Ventilanordnung 40 kann eingesetzt werden, um den Messkanal 20 nach Beendigung einer Messung beschleunigt zu entleeren. Da diese Möglichkeit gegeben ist, kann entsprechend der permanent geöffnete untere Ablauf 24a in seinem Durchmesser so klein gewählt werden, dass eine besonders geringe Bewegung der Milch 53 während des Messvorgangs vorliegt. Der größere weitere untere Ablauf 24c beugt zudem Verstopfungen der Messanordnung durch Schmutzpartikel vor.
Ein weiterer Unterschied beim Ausführungsbeispiel der 7 liegt in dem Aufbau des Gehäuses der Messanordnung. Beim ersten Ausführungsbeispiel der 1-3 ist das Gehäuse, das den Hauptkanal 10 und den Messkanal 20 bildet, zweiteilig aufgebaut, wobei das Gehäuse einen oberen Gehäuseteil und einen unteren Gehäuseteil aufweist.
Beim Ausführungsbeispiel der 7 ist das Gehäuse ebenfalls zweiteilig aufgebaut, wobei Gehäusehälften hierbei jedoch in einer vertikalen Ebene getrennt sind und nicht einer horizontalen.
Die 8 und 9 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messanordnung, mit der optische Messungen inline während des Melkprozesses vorgenommen werden können. Die 8 zeigt die Messanordnung in einer isometrischen Gesamtansicht. Die 9 gibt einen Schnitt durch einen Messbereich 25 wieder.
Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ein Hauptkanal 10 ausgebildet mit einem Einlass 11 und einem ersten horizontalen Abschnitt 12 und einem schräg verlaufenden zweiten Abschnitt 13, der in einen Auslass 14 mündet.
Hinter dem Einlass 11 zweigt vom Hauptkanal 10 ein Messkanal 20 nach unten ab, wiederum in einem in den Figuren nicht sichtbaren Einlassbereich. Der Messkanal 20 mündet in eine Messküvette 28, innerhalb der der Messbereich 25 liegt. Ein Ablauf 24 der Messküvette 28 ist über eine Ventilanordnung 40 mit dem zweiten Abschnitt 13 des Hauptkanals 10 verbunden. Die Ventilanordnung 40 kann beispielsweise ein pneumatisch betätigtes Durchgangsventil mit einer Unterdruckdose als Aktuator aufweisen.
Die Messanordnungen der ersten drei gezeigten Ausführungsbeispiele ermöglichen Messungen an einem Teil der Milch im Messkanal, die kontinuierlich, aber mit geringer Flussgeschwindigkeit im Messbereich 25 fließt. Durch die geringe und nicht turbulente Strömung wird ein Schaumanteil zuverlässig abgetrennt und Luftblasen können vor der Messung aufsteigen.
Beim Ausführungsbeispiel der 8 und 9 wird eine Messung dagegen nicht an einem kontinuierlichen Milchstrom vorgenommen, sondern an einem Milchanteil, der für eine bestimmte Zeit vollständig in seiner Flussbewegung gestoppt wird. Zu Beginn eines Messzyklus wird dazu die Ventilanordnung 40 zunächst geöffnet, so dass ein Teil der aktuell gemolkenen Milch auch durch den Messkanal 20 fließt. Danach wird die Ventilanordnung 40 geschlossen, so dass sich Milch im Messkanal 20 und damit der Messküvette 28 staut. Es wird eine gewisse Wartezeit eingehalten, um der Milch in der Messküvette 28 Zeit zu geben, zur Ruhe zu kommen. In dieser Wartezeit können auch Luftblasen aufsteigen. Nach der Wartezeit wird die optische Messung durchgeführt, woraufhin die Ventilanordnung 40 nach Beendigung der Messung geöffnet wird, um die Messküvette 28 und den Messkanal 20 wiederum zu entleeren und mit aktuell gemolkener Milch zu füllen.
9 zeigt einen Schnitt durch die Messküvette 28 mit der in diesem Bereich angeordneten Messvorrichtung 30 des in 8 gezeigten Ausführungsbeispiels.
Die Messküvette 28, beispielsweise eine Glasküvette, ist dabei in einer Messkammer 29 angeordnet, an der die Messvorrichtung befestigt ist. Die zu messende Milch fließt in die Messküvette 28 ein und steht während der Messung in der Messküvette 28. Die Messküvette 28 ist durchsichtig, sodass keine separaten Lichteinkoppelfenster bzw. Lichtauskoppelfenster notwendig sind.
Die Lichteinkopplung 31 weist wiederum eine Lichtquelle 311 und einen Kollimator 312 auf, um Licht gebündelt in die Messküvette 28 einzustrahlen. An der Lichteinkopplung 31 sind Kühlrippen 313 ausgebildet, die einer Kühlung der Lichtquelle 311 dienen. Zu den Lichtquellen und den verwendeten Wellenlängenbereichen wird auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen.
Senkrecht zu der Richtung, in die das Licht eingestrahlt wird, ist die Lichtauskopplung 32 mit ihrem Lichtleiter 33 angeordnet. Die Messung erfolgt somit in Reflexionsgeometrie.
Wie die 8 zeigt, wird die Messküvette 28 auch von dem eingestrahlten Licht durchstrahlt. Es wäre also möglich, alternativ oder zusätzlich auf der der Lichteinkopplung 31 gegenüber liegenden Seite der Messkammer 29 eine weitere Lichtauskopplung für eine Messung in Transmissionsgeometrie anzuordnen.
Bezugszeichenliste

10: Hauptkanal
11: Einlass
12: erster Abschnitt
13: zweiter Abschnitt
14: Auslass
20: Messkanal
21: Einlassbereich
22: erster Abschnitt
23: zweiter Abschnitt
24: Ablauf
24a, c: unterer Ablauf
24b: oberer Ablauf
25: Messbereich
26: Lichteinkoppelfenster
27: Lichtauskoppelfenster
28: Messküvette
29: Messkammer
30: Messvorrichtung
31: Lichteinkopplung
32: Lichtauskopplung
33: Lichtleiter
40: Ventilanordnung
41: Aktuator
42: Verschlusselement
50: einströmende Milch
51: Hauptmilchstrom
52: Messmilchstrom
53: Milch mit geringem Schaumanteil
54: Schaum
55: ablaufende Milch mit geringem Schaumanteil
56: ablaufender Schaum
57: ausströmende Milch
60: Sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 03040704 A1 [0003]
US 2010/0273273 A1 [0004]

Claims

Messanordnung für optische Messungen an Milch während eines Melkvorgangs, aufweisend eine optische Messvorrichtung (30) zur Messung von optischen Eigenschaften von Milch in einem Messbereich (25), in dem sich zumindest ein Teil der der Messanordnung zugeführten Milch sammelt, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messanordnung ein Hauptkanal (10) und ein Messkanal (20) ausgebildet sind, die im Bereich eines gemeinsamen Einlasses (11) und eines gemeinsamen Auslasses (14) miteinander hydraulisch verbunden sind, wobei in dem Messkanal (20) eine geringere Strömungsgeschwindigkeit herrscht als in dem Hauptkanal (10) und wobei der Messbereich (25) in dem Messkanal (20) ausgebildet ist.
Messanordnung nach Anspruch 1, bei der der Messkanal (20) unterhalb des Hauptkanals (10) angeordnet ist, und mit einem Einlassbereich (21) im Bereich des Einlasses (11) von dem Hauptkanal (10) abzweigt.
Messanordnung nach Anspruch 2, bei der im Einlassbereich (21) ein Sieb zwischen dem Hauptkanal (10) und dem Messkanal (20) angeordnet ist.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Hauptkanal (10) zwischen dem Einlass (11) und dem Auslass (14) einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Messkanal (20) zwischen dem Einlass (11) und dem Auslass (14) einen sich aufweitenden Querschnitt aufweist.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Messkanal (20) an seinem dem Einlassbereich (21) gegenüberliegenden Ende mit mindestens einem Ablauf (24, 24a, 24b, 24c) in den Hauptkanal (10) mündet.
Messanordnung nach Anspruch 6, bei der mindestens zwei der Abläufe (24, 24a, 24b, 24c) übereinander angeordnet sind, ein unterer Ablauf (24a) für eine flüssige Milchphase und ein oberer Ablauf (24b) für Milchschaum.
Messanordnung nach Anspruch 7, bei der neben dem unteren Ablauf (24a) ein weiterer unterer Ablauf (24c) vorhanden ist, der über eine Ventilanordnung (40) verschließbar ist.
Messanordnung nach Anspruch 7 oder 8, bei der der untere Ablauf (24a) und ggf. der weitere untere Ablauf (24c) einen deutlich geringeren Querschnitt als der Hauptkanal (10) aufweisen.
Messanordnung nach Anspruch 6, bei der ein einziger Ablauf (24) an dem Messkanal (20) vorhanden ist, der über eine Ventilanordnung (40) verschließbar ist.
Messanordnung nach Anspruch 10, bei der der einzige Ablauf (24) einen vergleichbaren Querschnitt wie der Hauptkanal (10) aufweist.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der die optische Messvorrichtung (30) im Bereich mindestens eines Lichteinkoppelfensters (26) und eines Lichtauskoppelfensters (27) an dem Messkanal (20) angeordnet ist.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der eine Messkammer (28) mit einer transparenten Messküvette (28) einen Abschnitt des Messkanals (20) bildet, wobei die optische Messvorrichtung (30) an der Messkammer (28) angeordnet ist.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die optische Messvorrichtung (30) eine Lichteinkopplung (31) und eine Lichtauskopplung (32) aufweist.
Messanordnung nach Anspruch 14, bei der die Lichteinkopplung (31) und die Lichtauskopplung (32) auf derselben Seite des Messkanals (20) angeordnet sind, um die optische Messung in einer Reflexionsgeometrie durchzuführen.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der im Messkanal (20) mindestens ein Sensor (60), insbesondere ein Temperatursensor und/oder ein Leitfähigkeits- oder Impedanzsensor angeordnet ist.