DE2345235A1 - Selbsttaetig arbeitendes unterdruck-regelventil fuer melkanlagen - Google Patents

Description

Selbsttätig arbeitendes Unterdruck-Regelventil für Melkanlagen

Die Erfindung bezieht sich auf ein selbsttätig arbeitendes Unterdruck-Regelventil für Melkanlagen zum Konstanthalten des für den Betrieb der Anlage erforderlichen und von der Vakuumpumpe erzeugten Unterdruckes.

Wird ein unter Unterdruck zu setzendes und Lufteinlaßöffnungen aufweisendes System an eine Vakuumpumpe angeschlossen, dann stellt sich ein ganz bestimmter Unterdruck ein, bei dem sich die in der Zeiteinheit eintretende Luftmenge und die Luftförderleistung der Pumpe bei diesem Unterdruck das Gleichgewicht halten. Bekanntlich nimmt die Luftförderleistung einer Vakuumpumpe mit zunehmendem Unterdruck ab und kann je nach Bauart der Pumpe bei verschiedenen Unterdrücken sehr unterschiedlich sein.

Die pro Zeiteinheit in ein solches System eintretende Luftmenge ist immer dem Produkt aus Strömungsgeschwindigkeit und Eintrittsquerschnitt proportional. Die Strömungsgeschwindigkeit ist ihrerseits abhängig vom Druckgefälle zwischen der äußeren Atmosphäre und dem im Innern des Systems erzeugten Un t e r dr u ck.

Wird bei einem gegebenen und auf einen bestimmten Unterdruck eingestellten System der Lufteintrittsquerschnitt vergrößert, dann fällt der Unterdruck bis auf den Wert ab, bei dem das Produkt aus der verringerten Strömungsgeschwindigkeit und dem vergrößerten Eintrittsquerschnitt gleich der Luftförderleistung der Pumpe bei dem neuen Unterdruck ist. Umgekehrt stellt sich bei einer Verkleinerung des Lufteintrittsquerschnitts ein höherer Unterdruck ein.

Kommt bei einer Melkanlage zeitlich eine unterschiedliche Anzahl Melkzeuge und Pulsatoren zum Einsatz, dann bedeutet

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das eine wechselnde Veränderung des gesamten Lufteintrittsquerschnitts, abgesehen davon, daß auch die über jedes einzelne Melkzeug in das Leitungssystem gelangende Luftmenge sehr unterschiedlich sein kann. Das hat zur Folge, daß der erzeugte Unterdruck erheblichen Schwankungen unterliegt, der normalerweise etwa 0,5 bar betragen soll. Für den Milchentzug ist die Konsteuithaltung dieses Unterdruckes aber von großer Bedeutung.

Um den Unterdruckschwankungen entgegenzuwirken, werden in Absaug-Melkanlagen Unterdruck-Regelventile eingebaut, die in Abhängigkeit von dem im Leitungssystem herrschenden Unterdruck mehr oder weniger atmosphärische Luft einlassen.

Eine Melkanlage wird unter Berücksichtigung der optimal zum Einsatz kommenden Verbraucher bezüglich der Leistung der Vakuumpumpe so ausgelegt, daß die Summe der Luftmengen, die über die Verbraucher und das auf geringen Luftdurchlaß eingestellte Vakuum-Regelventil in das System gelangt, der Luftförderleistung der Vakuumpumpe bei etwa 0,5 bar entspricht.

Das Regelventil hat die Aufgabe, bei steigendem Unterdruck, d.h. bei geringerem Lufteintritt über die Verbraucher, die eigene Lufteintrittsöffnung zu vergrößern und umgekehrt, so daß die eintretende Gesamtluftmenge und der eingestellte Betriebsunterdruck möglichst konstant bleiben.

Diese Aufgabe wird von den bisher bekannten Unterdruck-Regelventilen nicht in zufriedenstellendem Maße gelöst. Der Grund dafür liegt darin, daß zwischen der Unterdruckabweichung vom Sollwert als Steuergröße und der Änderung der Lufteintrittsöffnung im Regelventil nicht die richtige Relation besteht. Es kann beispielsweise vorkommen, daß bei einer Unterdruck— erhöhung im System die Lufteintrittsöffnung im Regelventil nicht entsprechend vergrößert und der erhöhte Unterdruck nur teilweise kompensiert wird. Umgekehrt kann es auch vorkommen, daß die Lufteintrittsöffnung zu weit geöffnet wird, so daß

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der vorher zu hohe Unterdruck in einen zu niedrigen umschlägt. Da das Regelventil von dem herrschenden Unterdruck gesteuert wird, beginnt der Ventilkörper zu flattern mit der Folge, daß im Leitungssystem zu hoher und zu niedriger Unterdruck periodisch wechseln.

Aus der deutschen Patentschrift Nr. 1 097 7^5 ist eine Vakuum-Reguliereinrichtung bekannt, bei der eine Membran auf der einen Seite vom Druck der Atmosphäre und auf der anderen Seite von dem am Ende der Milchleitung herrschenden Unterdruck beaufschlagt wird. Ein mit der Membran über einen Stößel verbundener Schieber steuert in Abhängigkeit von dem am Ende der Milchleitung herrschenden Unterdruck die Lufteintrittsöffnung am Ende der Unterdruckleitung. Der Stößel steht unter Federspannung, so daß die Bewegung des Schiebers im öffnenden Sinne gegen die Federkraft erfolgt. Mittels einer Rändelmutter kann durch Vorspannung der Schraubenfeder die Auswölbung der Membran und damit die Öffnungsweite der Lufteintrittsöffnung auf einen gewünschten Ausgangswert eingestellt werden. Bei einer Erhöhung des Unterdruckes am Ende der Milchleitung von z.B. 0,5 auf 0,45 bar wölbt sich die Membran weiter nach unten durch. Der mit der Membran verbundene Schieber wird dann ebenfalls nach unten gezogen, wodurch die Lufteintrittsöffnung weiter geöffnet wird. Bei einer Verringerung des Unterdruckes von beispielsweise 0,5 auf 0,55 bar geht die voreingestellte Auswölbung der Membran zurück, und die Lufteintrittsöffnung wird verkleinert.

Die auf die Membran wirkende Kraft ist gleich dem Produkt aus Druckdifferenz und Membranfläche. Ihre Auswölbung in der Mitte ist außerdem abhängig von ihrem Radius und ihrer Elastizität.

Das Zusammendrücken einer Schraubenfeder erfordert pro cm eine ganz bestimmte Kraft, die durch die Federkonstante gegeben ist. Der Federweg im spannenden Sinne ist der Kraft direkt linear proportional.

Umgekehrt nimmt bei einer vorgespannten Feder die im entspannenden Sinne und auf den Ventilschieber im schließenden Sinne

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wirkende Federkraft mit zunehmendem Weg ab.

Wegen der Eigenspannung der Membran ist aber bei einer Verdopplung der Unterdruckerhöhung, z.B. von 0,5 auf 0,4 bar, dieser Weg nicht doppelt so groß. Um eine Verdopplung des Federweges zu erreichen, wäre im öffnenden Sinne eine größere, die Eigenspannung der Membran überwindende Kraft erforderlich. Umgekehrt ist bei einer Verdopplung des Unterdruckabfalls von beispielsweise 0,5 auf 0,6 bar der Federweg mehr als doppelt so groß. Zur Zurücklegung des doppelten Weges wäre im schließenden Sinne eine kleinere Kraft erforderlich.

Andererseits ist die Änderung des Lufteintrittsquerschnitts bei den Bewegungen des Ventilschiebers von der Form der Öffnung abhängig.

Zur Konstanthaltung des Betriebsunterdruckes müssen deshalb die Form der Lufteintrittsöffnung, die Federkonstante, die Feder-Vorspannung und die Größe und Eigenspannung der Membran so aufeinander abgestimmt sein, daß bei einer Abweichung des Unterdruckes vom Sollwert die veränderte, durch das Ventil eintretende Luftmenge diese Abweichung exakt kompensiert. Nach dem jetzigen Stand des Entwurfs für die Normung von Melkanlagen soll die Unterdruckdifferenz bei großem und kleinem Luftdurchsatz durch das Ventil nicht mehr als 0,03 bar betragen, und bei einem Unterdruckabfall im Leitungssystem von 0,04 bar soll das Regelventil geschlossen sein. Diese Forderung kann mit der aus der deutschen Patentschrift Nr. 1 097 7^5 bekannten Vakuum-Reguliereinrichtung nicht erfüllt werden, zumal bei verschiedenen Milchviehrassen mit unterschiedlichem Betriebsunterdruck gearbeitet wird.

Aus der britischen Patentschrift Nr. 1 I05 467 ist ein gewichtsbelastetes Vakuum-Regulierventil für Melkanlagen bekannt. Dabei ist man offensichtlich von der Annahme * ausgegangen, daß die im schließenden Sinne wirkende Kraft infolge der unveränderlichen Gewichtsbelastung unabhängig vom Luftdurchsatz immer gleich sei. Das ist in der Praxis aber nicht der Fall.

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Bei Ventilen dieser Art hebt sich der Ventilkörper mit dem von ihm getragenen Gewicht bei einer bestimmten Druckdifferenz von seinem Sitz ab und läßt durch den entstehenden Spalt atmosphärische Luft in das Leitungssystem einströmen. Dieser von unten in die Aushöhlung des glockenförmig ausgebildeten Belastungsgewichts gerichtete Luftstrom hat eine gewisse anhebende Wirkung zur Folge und übt auch nach Umkehrung seiner Strömungsrichtung infolge seines Austritts nach unten eine rückstoßende Kraft auf das Gewicht aus. Bei diesem bekannten Ventil ist somit die auf den Ventilkörper im schließenden Sinne wirkende Kraft immer kleiner als erforderlich, so daß der Ventilkörper die Lufteinlaßöffnung stets zu weit öffnet. Mit einem schwereren Belastungsgewicht kann dieser Fehler aber nicht ausgeglichen werden, weil der Störeffekt von der eintretenden Luftmenge, d.h. von der Abweichung des Unterdruckes vom Sollwert abhängig ist. Bei größerem Luftdurchsatz durch das Ventil wäre also eine größere zusätzliche im schließenden Sinne wirkende Kraft erforderlich als bei kleinerem Luftdurchsatz.

Durch das zu weite Öffnen der Lufteintrittsöffnung tritt auch das oben schon erwähnte Flattern des Ventilkörpers ein, das nur durch besondere Dämpfungselernente verhindert werden kann. Diese behindern aber ihrerseits den Ventilkörper bei seinen Bewegungen. Mit diesem bekannten Ventil ist die Einhaltung enger Unterdrucktoleranzen ebenfalls nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Unterdruck-Regelventil für Melkanlagen zu schaffen, das eine exaktere Steuerung der eintretenden Luftmenge in Abhängigkeit von der Abweichung des Unterdruckes von seinem Sollwert gestattet, so daß eine bessere Konstanthaltung des Betriebsunterdruckes erreicht wird.

Das Unterdruck-Regelventil gemäß der Erfindung ist gekenn-

Boden des
zeichnet durch eine im/Ventilgehäuses abdichtend eingespannte Membran, deren Unterseite mit dem die Lufteintrittsöffnung

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steuernden Ventilkörper verbunden ist und die im öffnenden Sinne von der Druckdifferenz zwischen der äußeren Atmosphäre und dem Betriebsunterdruck und im schließenden Sinne von einem Belastungsgewicht beaufschlagt wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Mit 1 ist die unter Unterdruck stehende Leitung bezeichnet, deren Teil 2 zur Unterdruckpumpe und deren Teil 3 zu den Verbrauchern führt, die aus den direkt daran angeschlossenen Pulsatoren und den indirekt daran angeschlossenen Melkzeugen bestehen. Die Leitung 1 ist dicht mit dem Boden tades Ventilgehäuses/verbunden, der mit einer vom Ventilkörper 5 gesteuerten Lufteinlaßöffnung 6 versehen ist. Der Ventilkörper 5 ist fest mit der Membran 7 verbunden, dessen Verlängerung 8 auf der Oberseite der Membran das Belastungsgewicht trägt, das mittels Beschwerungsscheiben 10 auf einen bestimmten Wert eingestellt werden kann. Die von den Verbrauchern kommende Unterdruckleitung 3 ist über eine Zweigleitung 11 mit der Kammer 12 oberhalb des Belastungsgewichts 9 verbunden. Der in der Kammer 12 herrschende Unterdruck wirkt über die Bohrungen I3 auch auf die Oberseite der Membran 7· Die Unterseite der Membran 7 steht über den Kanal Ik und das Luftfilter 15 «nit der äußeren Atmosphäre in Verbindung. Dadurch, daß das Belastungsgewicht 9 durch die Membran 7 von der Luftströmung getrennt ist, kann diese Strömung keinen Einfluß mehr auf das Belastungsgewicht ausüben. Da auf eine Schraubenfeder ganz verzichtet wurde, scheiden auch die Federkonstante und die Federvorspannung als Einflußgrößen aus. Im öffnenden Sinne wirkt jeweils die herrschende Druckdifferenz und im schließenden Sinne das konstante Belastungsgewicht.

Das Ventil wirkt in folgender Weise:

Im betriebslosen Zustand der Melkanlage sitzt der Ventilkörper 5 infolge des auf die Membran 7 drückenden Belastungsgewichts 9 auf seinem Sitz auf und hält die Lufteinlaßöffnung verschlossen. Oberhalb und unterhalb der Membran 7 herrscht

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atmosphärischer Druck.

Nach dem Einschalten der Vakuumpumpe ohne Anschluß von Verbrauchern baut sich in den Leitungen 1, 2 und 3 ein Unterdruck auf. Über die Leitung 11 wird Luft aus der Kammer 12 durch das Leitungssystem abgesogen. Es baut sich somit in der Kammer 12 derselbe Unterdruck auf, der sich durch die Bohrungen I3 auf die Oberseite der Membran 7 fortpflanzt. Das Gewicht des Belastungskörpers 9 ist so eingestellt, daß sich der Ventilkörper 5 erst von seinem Sitz abzuheben beginnt, wenn die Druckdifferenz den Wert von 0,46 bar überschreitet. Das bedeutet - wenn der Soll-Unterdruck 0,5 bar beträgt - daß das Ventil bei einem um 0,04 bar zu niedrigen Unterdruck geschlossen ist.

Mit dem sich weiter abhebenden Ventilkörper 5 wird atmosphärische Luft in das Leitungssystem 1, 2 und 3 eingelassen, bis sich die eintretende Luftmenge und die Luftförderleistung der Pumpe bei 0,5 bar das Gleichgewicht halten.

Nach dem Anschluß der Verbraucher übernimmt das Ventil seine steuernde Funktion, indem es bei Erhöhung des Unterdruckes die Öffnung 6 weiter öffnet und umgekehrt.

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Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Selbsttätig arbeitendes Unterdruck-Regelventil für Melkanlagen, gekennzeichnet durch eine im Boden (4a) des Ventilgehäuses (4) abdichtend eingespannte Membran (7)» deren Unterseite mit dem die Lufteintrittsöffnung (6) steuernden Ventilkörper (5) verbunden ist und die im öffnenden Sinne von der Druckdifferenz zwischen der äußeren Atmosphäre und dem Betriebsunterdruck und im schließenden Sinne von einem Belastungsgewicht (9) beaufschlagt wird.

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