DE3837598C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Flüssigkeitsproben aus einer Durchflußleitung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zu seiner Durchführung.

Ein Verfahren der einleitend gekennzeichneten Gattung ist aus der DE-PS 12 24 522 bekannt. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß die in ein Probeentnahmegefäß zu überführende Milch aus der Durchflußleitung in an sich bekannter Weise in vom Staudruck abhängiger Menge unter Gleichhaltung der statischen Druckverhältnisse an der Entnahmestelle und in dem Probeentnahmegefäß fortlaufend an verschiedenen Stellen des Durchflußquerschnittes entnommen und vor der Unterteilung in Probemenge und Restmenge durchmischt wird. In der Beschreibungseinleitung, Spalte 5, Zeilen 5 bis 7, wird hierzu erläuternd ausgeführt, daß unter Gleichhaltung der statischen Druckverhältnisse eine ständige Gleichhaltung des statischen Druckes an der Entnahmestelle und in dem Probeentnahmegefäß gemeint ist. Nach einer vorteilhaften verfahrenstechnischen Ausgestaltung soll die Milchentnahme unmittelbar vor dem Luftabscheider erfolgen, und es soll während der Zuführung von Milch zum Probeentnahmegefäß in diesem Gefäß der gleiche Druck wie im Luftabscheider aufrechterhalten werden. Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Vorrichtung vorgesehen, die eine den statischen Druck an der Entnahmestelle und in dem Probeentnahmegefäß ausgleichende Einrichtung aufweist. Als gegenständliche Lösung wird hierzu vorgeschlagen, eine Druckausgleichsleitung zwischen dem Probeentnahmegefäß und einem unmittelbar hinter der Entnahmestelle der Durchflußleitung angeordneten Luftabscheider vorzusehen.

Wie man leicht zeigen kann, ist das im Kennzeichen des Hauptanspruchs des bekannten Verfahrens vorstehend angegebene Merkmal notwendige Voraussetzung dafür, daß die Probenmilch exakt in vom Staudruck abhängiger Menge aus der Durchflußleitung abgezweigt werden kann. Insofern erfordert jegliche Probenahme, die es sich zum Ziel gesetzt hat, einen Volumenstrom in strenger Abhängigkeit vom Staudruck der in der Durchflußleitung vorliegenden Strömung abzuzweigen, die Einhaltung der vorgenannten Druckbedingung.

Das bekannte Verfahren und die Vorrichtung zu seiner Durchführung bieten jedoch als konkrete Lösung für die naheliegende, erforderliche Gleichhaltung der in Frage kommenden Drücke an, einen Druckausgleich zwischen dem Probeentnahmegefäß und dem Luftabscheider vorzusehen. Nachfolgend wird theoretisch noch dargelegt, daß eine Ausgleichung des statischen Druckes zwischen den in Frage kommenden Stellen des Probeentnahmesystems auf dem Umweg über den Luftabscheider in einer stationären Phase der Überführung des zu prüfenden Milchvolumens zwar ein dem jeweils überführten Gesamtvolumen repräsentatives Volumen ergibt, nicht jedoch im instationären Anlauf- und Auslaufzustand der Überführung. Insbesondere der instationäre Auslaufzustand beeinflußt die Zusammensetzung des abgezweigten Volumens entscheidend, da am Ende der Überführung in der Regel aufgerahmte, das heißt sehr fettreiche Milch überführt wird. Bekanntlich neigt Milch in Abhängigkeit von der Standzeit zur Aufrahmung, wobei die Milch im obersten Bereich einen Fettgehalt aufweist, der bis zum vierfachen des Durchschnittsfettgehaltes der Milch im vorliegenden Anlieferungsbehältnis betragen kann.

Da die Endphase der Milchüberführung jedoch mit Lufteinsaugen am Behälterboden und mit anhaltendem Luftschnorcheln verbunden ist, so daß sich der Annahmeschlauch und die sich daran anschließende Durchflußleitung von ihrem Eintritt bis zum Luftabscheider entleert, stellt diese Phase einen instationären Auslaufzustand für die Milchströmung in der Durchflußleitung und insbesondere an der Probeentnahmestelle dar. Mit beginnendem Lufteinsaugen breitet sich der Atmosphärendruck von der Eintrittsstelle in den Schlauch fortschreitend bis zur Probeentnahmestelle und danach weiter bis in den Luftabscheider hinein aus. Diesem gravierenden Druckanstieg muß ein unverzögerter Druckanstieg im Probeentnahmegefäß folgen, da sonst der relativ niedrige Staudruck von dem etwa eine Größenordnung größeren statischen Druck an der Entnahmestelle überlagert wird. Falls ein Druckausgleich zwischen der Entnahmestelle und dem Probeentnahmegefäß nicht oder nur unzureichend erfolgt, wie dies beim bekannten Verfahren und der Vorrichtung zu seiner Durchführung der Fall ist, gelangt in der Endphase der Überführung überproportional viel Milch in das Probeentnahmegefäß, die zudem noch einen Fettgehalt aufweist, der den mittleren Fettgehalt um ein mehrfaches übersteigt.

Anhand der Darstellung gemäß Fig. 7, die eine Vorrichtung zur Durchführung des bekannten Verfahrens zeigt, sollen die strö­ mungsmechanischen Zusammenhänge aufgezeigt und die Gründe dar­ gelegt werden, warum in dieser oder einer anderen in gleicher Weise arbeitenden Vorrichtung nach dem Stand der Technik eine repräsentative Milchprobenahme unter Einbeziehung der insta­ tionären An- und Auslaufzustände der Überführung des zu prüfenden Milchvolumens nur unzureichend gegeben ist.

Bei der Probeentnahmevorrichtung gemäß Fig. 10, die in der DE-PS 12 24 522 ausführlich beschrieben ist, weise die Durchfluß­ leitung 4 mit ihrem Querschnitt A zwischen den Stellen I und II einen Druckverlust auf, der durch den Druckverlustbeiwert ζ_L gegeben sei. Der Austrittsquerschnitt A_D an der Stelle II weise einen Druckverlustbeiwert ζ_D, die Zulaufleitung 5 zum Proben­ entnahmegefäß 3 weise einen Druckverlustbeiwert ζ_Pr auf. Die Höhenlage der Stellen I, II und III sei durch die Koordinate z gekennzeichnet. An der Stelle I liege die Geschwindigkeit c_I, an der Stelle II die Geschwindigkeit c_D und an der Stelle III die Geschwindigkeit c_Pr vor. Im Luftabscheider 2 rotiere die Flüssigkeit infolge des tangentialen Eintritts der Durchflußlei­ tung 4, so daß der Eintrittsquerschnitt A_D mehr oder weniger von Flüssigkeit überdeckt sei. Zur Überwindung der vor dem Austritts­ querschnitt A_D befindlichen Flüssigkeitsschicht des Rotationsparaboloiden entstehe ein Druckverlust den die Strömung in der Durchflußleitung 4 aufzubringen hat. Es hat sich herausgestellt, daß ein gerade vom Rotationsparaboloiden überdeckter Austrittsquerschnitt der Schaumbildung an dieser Stelle vorbeugt bzw. entgegenwirkt. Es sei die stationäre Überführungsphase der Milch vom ersten Behälter 1 in den Luftabscheider 2 angenommen, wobei fortlaufend aus der Durchflußleitung 4 in vom Staudruck der dort vorliegenden Strömung abhängiger Menge ein Volumenstrom über die Zulaufleitung 5 zum Probenentnahmegefäß 3 entnommen werde.

Die Bernoullische Gleichung für stationäre Strömung zwischen den Stellen I und II einerseits und II und III andererseits liefert mit den vorgenannten Größen und mit der vorgenannten Druckbedin­ gung (Druckausgleichsleitung 6 gemäß DE-PS 12 24 522 erzwingt Druckgleichheit der statischen Drücke p_stat zwischen den Stellen II und III) die für das vorliegende Problem allgemein gültige Beziehung zwischen C_pr und C_I:

Hierin bedeuten ρ die Dichte der Milch und g die Erdbeschleuni­ gung. Proportionalität zwischen c_pr und c_I ist nur gegeben, wenn der zweite und der dritte Term der Gleichung (1) null werden. In diesem Falle ist es dann bei stationärer Überführung gleichgül­ tig, wie weit die Entnahmestelle I von der Austrittsstelle II im Luftabscheider 2 entfernt ist. Der zweite Term kann durch gleiche geodätische Höhen zwischen I und III zu null gemacht werden.

Der Druckverlust Δp_p zur Überwindung des Rotationsparaboloiden ist in erster Näherung unabhängig von der Strömung in der Durchflußleitung 4 und nur abhängig von der Intensität der Rotation im Luftabscheider. So kann Δp_p kurzzeitig erhalten bleiben, obwohl die Geschwindigkeit c_I beispielsweise stark abnimmt (z.B. Verschluß oder Drosselung der Durchflußleitung). Es handelt sich demnach um einen durchsatzunabhängigen Druckverlust, der infolge seiner Rückwirkung auf die Entnahmestelle I und wegen des Druckausgleichs zwischen Stelle II und III zu einem entsprechend erhöhten Probestrom in der Zulaufleitung 5 führt, obgleich die Geschwindigkeit c_I und damit der Volumenstrom in der Durchflußleitung 4 abgenommen haben.

Der letztgenannte Einfluß wird jedoch in seiner Wirkung auf die Teilstromentnahme, wie Messungen gezeigt haben, um ein mehrfaches vom Einfluß des Druckanstieges an der Entnahmestelle I beim Leersaugen des Schlauches und der Durchflußleitung 4 übertroffen. Dies gilt in besonderem Maße für Annahmesysteme, wie sie in der PS 12 24 522 beschrieben sind, bei denen die Entnahmestelle I in der Saugleitung einer Pumpe oder in der Durchflußleitung zu einem Luftabscheider, an dessen Kopfraum eine Unterdruckquelle angeschlossen ist, angeordnet ist. Mit fortschreitender Entlee­ rung der Durchflußleitung gelangt der Atmosphärendruck an der Grenzfläche zwischen Luft und Flüssigkeit bis zur Entnahmestelle I. Im noch flüssigkeitsbeaufschlagten Restteil der Durchflußlei­ tung nimmt zwar der Druck vom Atmosphärendruck gemäß dem Druckgradienten infolge Druckverlust ab, ohne daß ein Durchgriff des Atmosphärendruckes bzw. des sich ändernden Druckverlaufes durch den "Flüssigkeitspfropfen" hindurch in den Luftabscheider, und damit ein Anheben des dort herrschenden Druckes auf das angehobene Druckniveau in der Durchflußleitung 4 möglich ist. Daher kann der kontinuierlich bis zum Atmosphärendruck ansteigende statische Druck an der Entnahmestelle I auch nicht über die bekannte Druckausgleichsleitung 6 dem Kopfraum des Probenentnahmegefäßes 3 übermittelt werden. Den Auswirkungen der vorgenannten Phase des Druckanstieges an der Entnahmestelle I, die so lange währt wie die Schlauchentleerung bis zu dieser Stelle dauert, und die zu einer erheblichen Verfälschung der Probenmenge führt, kann daher durch das bekannte Verfahren und die vorgeschlagene Druckausgleichsleitung zwischen Probeentnahmegefäß 3 und Luftabscheider 2 nicht wirksam begegnet werden.

Es muß abschließend festgestellt werden, daß das bekannte Verfahren die für eine repräsentative Probeentnahme notwendige Bedingung hinsichtlich Druckgleichheit zwischen Entnahmestelle und Probenentnahmegefäß zwar fordert, sie aber in instationären Phasen der Milchüberführung mit den angegebenen Mitteln nicht zu lösen vermag.

Ausgehend vom aufgezeigten Stand der Technik und seinen Nach­ teilen, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Milchproben zu schaffen, bei dem an beliebiger Stelle aus einer Durchflußleitung in allen Phasen der Überführung des zu prüfenden Milchvolumens ein dem jeweils überführten Gesamtvolumen repräsentatives Volumen in vom Staudruck abhängiger Menge fortlaufend aus der Durchflußleitung abgezweigt wird.

Die Aufgabe wird durch Anwendung der Kennzeichenmerkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 beschrieben, während vorteilhafte Ausführungsformen der Vor­ richtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens Gegenstand der Unteransprüche 9 bis 16 sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt die Teilstromentnahme in strenger Abhängigkeit vom Staudruck der in der Durchflußleitung vorliegenden Strömung dadurch her, daß der Druckausgleich zwischen dem statischen Druck im abgezweigten Volumen und dem statischen Druck an der Entnahmestelle über die Flüssigkeit in der Nähe der Entnahmestelle erfolgt. Ausgehend von der für das vorliegende Problem allgemein gültigen Beziehung (Gleichung 1), ist selbstverständlich gewährleistet, daß der geodätische Höhenunterschied zwischen der Entnahmestelle I und der Stelle III im Kopfraum des Probenvorlaufgefäßes einen gegenüber dem Staudruck vernachlässigbaren kleinen Wert annimmt. Der dritte Term der Gleichung 1 spielt bei der erfindungsgemäß vorge­ schlagenen Lösung keine Rolle, da die Druckausgleichsstelle stets vor und niemals hinter dem Rotationsparaboloiden des Luftabschei­ ders 3 angeordnet ist.

Die Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens liegen jedoch in der Hauptsache in der Realisierung der staudruckabhängigen Teilstrom­ entnahme auch während des instationären Auslaufzustandes der Überführung. Dies gelingt dadurch, daß die Differenz der stati­ schen Drücke an der Entnahmestelle und im abgezweigten Volumen in eine zur Druckangleichung nutzbare Stellgröße abgebildet wird. Sofern diese Stellgröße die Änderung der Spiegeldifferenz einer Flüssigkeitsoberfläche ist, kann diese Flüssigkeitsoberfläche ein erfindungsgemäß vorgesehenes Gasvolumen derart komprimieren oder dekomprimieren, daß die angestrebte Druckangleichung zwischen dem statischen Druck an der Entnahmestelle und dem statischen Druck im abgezweigten Volumen dadurch hergestellt wird.

Gemäß einer vorteilhaften Vorrichtung zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, die Änderung der Spiegel­ differenz der Flüssigkeitsoberfläche über einen Schwimmer abzu­ bilden, wobei dieser eine auf das abgezweigte Volumen wirkende Druckquelle steuert. Eine andere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, eine auf das abgezweigte Volumen wirkende Druckquelle über die Auslenkung einer Membrane zu steuern, welche einerseits vom statischen Druck der Flüssig­ keit an der Entnahmestelle und andererseits vom statischen Druck im abgezweigten Volumen beaufschlagt ist.

Es erweist sich im Zusammenhang mit der Entleerung des Proben­ vorlaufgefäßes als vorteilhaft, wenn der statische Druck an der Entnahmestelle durch einen wertmäßig gleichen statischen Druck an einer geodätisch tieferliegenden Stelle stromabwärts substituiert wird. Über diese tieferliegende Stelle läßt sich dann das Restvolumen, welches nach Abzweigung eines Teilvolumens als Probe von dem abgezweigten Volumen verbleibt, problemlos in die Durchflußleitung abführen. Als Bemessungskriterium für den geodätischen Höhenunterschied muß gelten, daß bei Nenndurchflußleistung der Druckverlust in der Durchflußleitung zwischen der Entnahmestelle und der tieferliegenden Stelle durch den Druckgewinn infolge des geodätischen Höhenunterschiedes gerade kompensiert wird.

Die Druckangleichung über ein zwischen der Flüssigkeitsoberfläche und dem abgezweigten Volumen angeordnetes Gasvolumen kann noch in besonders wirksamer Weise dadurch unterstützt werden, daß der der Flüssigkeit beim Einströmen in das Gasvolumen innewohnende Strömungsimpuls ausgenutzt wird, um kurzzeitig einen Druckausgleich zwischen dem Druck im Gasvolumen und der Atmosphäre herzustellen. Unter bestimmten Bedingungen kann es auch von Vorteil sein, wenn die das Gasvolumen verdrängende Flüssigkeit durch Auftriebswirkung an einem in ihm eintauchenden Körper einen Druckausgleich zwischen dem Druck im Gasvolumen und der Atmosphäre herstellt. In diesem Falle wird der bis zum Atmosphärendruck ansteigende statische Druck an der Entnahmestelle nahezu unverzüglich kompensiert.

Zur Durchführung des neuen Verfahrens geht die Erfindung von einer Vorrichtung aus, bei der ein Probenvorlaufgefäß, das über eine Zulaufleitung, die mit einer als Pitotrohr ausgebildeten Eintrittsöffnung versehen ist, mit der Durchflußleitung in Verbindung steht, und das eine im Kopfraum des Probenvorlaufgefäßes ausmündende Druckausgleichsleitung aufweist. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, die Druckausgleichsleitung andererseits in der Nähe der Entnahmestelle an die Durchflußleitung anzuschließen. Durch diese Maßnahme ist die Bedingung für eine streng mengenproportionale und damit repräsentative Teilstromentnahme mit größtmöglicher Genauigkeit gegeben. Die vorgenannte Gleichung 1 reduziert sich auf den ersten rechtsseitigen Term, da zum einen die Bedingung gleicher geodätischer Höhe für die Stellen I und III einfacher als bei Vorrichtungen nach dem Stand der Technik zu erfüllen ist und zum anderen eine durch den Rotationsparaboloiden bedingte Druckdifferenz entfällt. Da der Druckausgleich durch die Flüssigkeit in der Nähe der Entnahmestelle erfolgt, kann man von Gleichheit der in Frage kommenden Durchtrittsquerschnitte ausgehen, so daß der Druckverlustbeiwert infolge Querschnittsveränderung und jener infolge Leitungsverlust entfällt. Gleichung 1 reduziert sich somit auf die folgende Proportionalitätsbeziehung zwischen dem Hauptstrom in der Durchflußleitung und dem Teilstrom zum Probenvorlaufgefäß:

Um die sich im instationären Auslaufzustand der Überführung einstellende Differenz der statischen Drücke an der Entnahmestelle und im abgezweigten Volumen in eine nutzbare Stellgröße abbilden zu können, sieht eine Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung vor, daß die Druckausgleichsleitung in den Kopfraum eines Behälters ausmündet, der in einer Verbindung auf annähernd gleicher Höhe mit dem Probenvorlaufgefäß angeordnet ist, und daß ein Tauchrohr vorgesehen ist, das in der Nähe der Entnahmestelle an die Durchflußleitung angeschlossen ist und in den unteren Bereich des Behälters hinabreicht. Über das vorgeschlagene Tauchrohr führt jede Druckdifferenz zu einem Flüssigkeitsstransport in oder aus dem Behälter, wodurch das Gasvolumen, welches oberhalb der Flüssigkeitsober­ fläche angeordnet ist, komprimiert oder dekomprimiert wird. Dadurch ist eine unverzügliche Druckangleichung zwischen dem statischen Druck an der Entnahmestelle und jenem im abgezweigten Volumen gegeben. Die Änderung der Spiegeldifferenz im vorgenann­ ten Behälter läßt sich, wie dies eine andere Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung vorsieht, über einen Schwimmer erfassen, der eine auf das abgezweigte Volumen wirkende Druck­ quelle steuert. Bei einer anderen Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung bewirkt die Druckdifferenz eine Auslenkung einer Membrane, die dann in gleicher Weise eine auf das abge­ zweigte Volumen wirkende Druckquelle steuert.

Die Druckangleichung zwischen dem statischen Druck an der Entnahmestelle und dem statischen Druck im Kopfraum des Proben­ vorlaufgefäßes wird unverzüglich vollzogen, wenn, wie dies eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung vorsieht, der Behälter einerseits über die Druckausgleichsleitung mit dem Probenvorlaufgefäß und andererseits an seiner Unterseite mit einem Anschluß an die, in Strömungsrichtung gesehen, hinter der Entnahmestelle liegende Durchflußleitung angeschlossen ist, wobei der Durchtrittsquerschnitt des Anschlusses jenem der Durchflußleitung entspricht. Dabei kann es nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung von Vorteil sein, wenn die Durchflußleitung hinter der Entnahmestelle einen abwärtsgerichteten Leitungsteil aufweist. Der apparative Aufwand wird in diesem Zusammenhang dadurch reduziert, daß das Probenvorlauf­ gefäß und der Behälter in einem gemeinsamen Behältermantel angeordnet sind und ihre gegenseitige Trennung lediglich über einen Trennboden erfolgt.

Um negativen Auswirkungen auf die mengenproportionale Teilstromentnahme durch sehr starken Anstieg des statischen Druckes an der Entnahmestelle im instationären Auslaufzustand der Überführung besonders schnell und nachhaltig entgegenzuwirken, wird der Kopfraum des Behälters über ein Ventil mit der Atmosphäre verbunden. Dieses Ventil kann entweder von der mit der Entnahmestelle kommunizierenden Flüssigkeit schwimmergesteuert oder durch den dieser im Ausgleichsfalle innewohnenden Strömungsimpuls gesteuert sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zu seiner Durchführung werden anhand von Ausführungsbeispielen in den nachfolgend erläuterten Figuren der Zeichnung im einzelnen näher beschrieben.

Neben Fig. 7, die eine bekannte Vorrichtung zeigt, und die lediglich zur Darstellung des Standes der Technik und seiner Nachteile in der Beschreibungseinleitung herangezogen wurde, zeigt

Fig. 1a bis 1c in schematischer Darstellung prinzipielle Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Vorrichtung gemäß Fig. 1b, wobei die Druckangleichung über ein Gasvolumen erfolgt;

Fig. 3 eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Fig. 2, wobei die Druckangleichung über ein schwimmergesteuertes Belüftungsventil erfolgt;

Fig. 4 und 4a in schematischer Darstellung eine Vorrichtung gemäß Fig. 1b bzw. 1c mit einer membrangesteuerten Einrichtung zum Druckausgleich;

Fig. 5a bis 5d schematische Darstellungen durch weitere Ausgestal­ tungen der Vorrichtung gemäß Fig. 1c, mit einem Behälter zur Intensivierung des Druckausgleichs und

Fig. 6 bis 6b schematische Darstellungen der möglichen Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an beliebiger Stelle innerhalb eines Milchannahmesystems.

Die Fig. 1a bis 1b zeigen Grundsatzlösungen der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung. Eine Durchflußleitung 4 (Fig. 1a) wird von einer Milchströmung mit der Geschwindigkeit c_I durchströmt. An einer Entnahmestelle I befindet sich die Eintrittsöffnung einer Zulaufleitung 5, die in den Kopfraum eines Probenvorlaufgefäßes 3 führt. Sie ist an der Entnahmestelle I als Pitotrohr ausgebildet. Eine Druckausgleichsleitung 6 ist einerseits in der Nähe der Entnahmestelle I an die Durchflußleitung 4 und andererseits an den Kopfraum des Probenvorlaufgefäßes 3 angeschlossen. Sie mündet senkrecht zur Strömungsrichtung in der Durchflußleitung in diese ein, so daß an der Anschlußstelle II der statische Druck an der Entnahmestelle I wirkt. Durch die Druckausgleichslei­ tung 6 wird der statische Druck im Probenvorlaufgefäß 3 dem statischen Druck an der Entnahmestelle I angeglichen. Da an der Entnahmestelle I der Gesamtdruck der Strömung, der sich aus dem statischen Druck und dem Staudruck zusammensetzt, herrscht, unterliegt die Zulaufleitung 5 insgesamt einer Druckdifferenz, die dem Staudruck der Strömung in der Durchflußleitung 4 ent­ spricht. Der Staudruck ist somit die treibende Druckdifferenz für das über die Zulaufleitung 5 in das Probenvorlaufgefäß mit der Geschwindigkeit c_Pr abgezweigte Milchvolumen 3a. Die dargestellte Anordnung ergibt eine Teilstromentnahme in das Probenvorlaufgefäß 3, die streng proportional zum Volumenstrom in der Durchflußlei­ tung 4 ist.

Fig. 1b zeigt eine Anordnung, bei der sich die Anschlußstelle II der Druckausgleichsleitung 6 an die Durchflußleitung 4 in einem Abstand stromabwärts von der Entnahmestelle I befindet. Der Fehler, den diese Anordnung hinsichtlich des Druckausgleichs zwischen der Entnahmestelle I und dem Kopfraum des Probenvorlauf­ gefäßes 3 mit sich bringt, besteht im geringfügigen Druckverlust zwischen den Stellen I und II. Andererseits hat diese Anordnung den Vorteil, daß sich die Strömungsvorgänge und die Strömungs­ felder an den Stellen I und II nicht gegenseitig beeinflussen, und daß sich aus dieser Grundsatzlösung Ausgestaltungen ableiten lassen, die die gestellte Aufgabe in hervorragender Weise lösen.

In Fig. 1c ist eine weitere Anordnung der Vorrichtung darge­ stellt, bei der die Druckausgleichsleitung 6 an einen abwärts gerichteten Leitungsteil 4* der Durchflußleitung 4 angeschlossen ist. Dabei wird der geodätische Höhenunterschied so gewählt, daß er bei Nennförderleistung dem Druckverlust ζ_I-II der Durchfluß­ leitung 4 zwischen der Entnahmestelle I und der Anschlußstelle II entspricht. Die Druckausgleichsleitung 6 verläuft von der Anschlußstelle II aufsteigend bis in einen Dom 3b oberhalb des Kopfraumes des Probenvorlaufgefäßes 3. Durch die letztgenannte Anordnung besitzt die Druckausgleichsleitung 6 auch die Funktion einer Füllstandsbegrenzung für das Probenvor­ laufgefäß 3.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 stellt eine Weiterentwicklung der Vorrichtung gemäß Fig. 1b dar. Im Unterschied zur letztgenannten Vorrichtung ist zusätzlich ein Behälter 17 vorgesehen, in dessen Kopfraum die Druckausgleichsleitung 6 ausmündet. Ein Tauchrohr 17b ist in der Nähe der Entnahmestelle 1 an die Durchflußleitung 4 angeschlossen und reicht in den unteren Bereich des Behälters 17 hinab. Ein Teil des Kopfraumes des Probenvorlaufgefäßes 3 reicht in die Durchflußleitung 4 hinein und ist somit Teil des Probenehmers mit der Zulaufleitung 5. Eine Druckdifferenz zwischen der Entnahmestelle I und dem abgezweigten Volumen 3a bewirkt einen Zustrom oder eine Abführung von Flüssigkeit in den bzw. aus dem Behälter 17. Die sich dadurch ergebende Änderung der Spiegeldifferenz Δz führt zu einer Kompression bzw. Dekom­ pression des Gasvolumens, welches sich oberhalb der Flüssigkeit im Probenvorlaufgefäß 3 und im Behälter 17 befindet. Der abge­ zweigte Volumenstrom muß über die Zulaufleitung 5 gegen einen statischen Druck austreten, der durch die Höhe H der Flüssigkeit im Tauchrohr 17b bestimmt wird. Der aus der Höhe H resultierende Druck verfälscht geringfügig die staudruckabhängige Probenahme. Die Höhe H kann jedoch so klein bemessen werden, daß sie im Verhältnis zur Straudruckhöhe vernachlässigt werden kann. In der Phase der stationären Milchüberführung in der Durchflußleitung 4 befindet sich der Flüssigkeitsspiegel im Behälter 17 an der Unterkante des Tauchrohres 17b.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 entspricht in wesentlichen Teilen jener gemäß Fig. 2. Auch bei dieser Vorrichtung wird die Ände­ rung der Spiegeldifferenz in dem Behälter 17 genutzt, um die geforderte Druckangleichung zu erreichen. Allerdings erfolgt die Druckangleichung nicht mehr über das vorgenannte Gasvolumen, sondern über ein schwimmergesteuertes Belüftungsventil 27, welches eine auf das abgezweigte Volumen wirksame Druckquelle steuert. Der Behälter 17 kann wesentlich kleiner sein als der Behälter 17 bei der Vorrichtung gemäß Fig. 2, da er lediglich soviel Flüssigkeitsvorlage 17c aufweisen muß, daß ein Schwimmer 26, der das Belüftungsventil 27, bestehend aus einem Schließ­ glied 27a, einem Ventilsitz 27b und einem an einer Ventilstange angeordneten Anschlag 27c, in allen Betriebsfällen ausreichend Auftrieb erfährt. Das Schließglied 27a und der Ventilsitz 27b sind so ausgebildet, daß sie unter dem Schwimmerhub als Regelventil mit einer gewünschten Regelcharakteristik arbeiten. Damit geringfügige Druckschwankungen sich nicht unmittelbar in einem Eingriff des Belüftungsventils niederschlagen, besitzt der Schwimmer 26 in seiner normalen Betriebslage ein gewisses Spiel gegenüber der Stange des Belüftungsventils 27, das durch den Anschlag 27c bestimmt wird.

In Fig. 4 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung gezeigt, die eine fortentwickelte Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Fig. 1b darstellt. Im Bereich der Entnahmestelle I ist ein Druckmeßgerät 12 mit einer Membrane 12a und einer deren Auslenkung erfassenden Vorkehrung 12b angeordnet, das eine an den Kopfraum des Proben­ vorlaufgefäßes 3 angeschlossene Druckquelle 14 steuert. Die Membrane 12a ist einerseits vom statischen Druck der Flüssigkeit an der Entnahmestelle I und andererseits vom statischen Druck über dem abgezweigten Volumen im Probenvorlaufgefäß 3 mittels einer zweiten Druckausgleichsleitung 24 beaufschlagt. Somit kann in Abhängigkeit von der sich zwischen der Entnahmestelle I und dem Probenvorlaufgefäß 3 im instationären Auslaufzustand der Überführung unter Umständen einstellenden statischen Druckdiffe­ renz die Druckangleichung über die Druckquelle 14 forciert werden. Die Auslenkung der Membrane 12a wird über eine Signal­ leitung 15a einem Steuergerät 13 übermittelt, welches über eine zweite Signalleitung 15b die Druckquelle 14 ansteuert.

Linksseitig von der Entnahmestelle I ist in Fig. 4 ein Druck­ verlauf p(l) dargestellt, wie er sich beispielsweise bei einer Schlauchentleerung bzw. Entleerung der Durchflußleitung vom Eintritt in den Schlauch bzw. die Durchflußleitung in Richtung der Entnahmestelle I mit der Geschwindigkeit c_I ausbreitet. Links von der Flüssigkeitsgrenzfläche befindet sich der Atmosphären­ druck p₀, während sich rechts davon ein Druckgradient dp/dl einstellt, wie er aus dem Druckverlust des in der Durch­ flußleitung 4 strömenden Volumenstromes resultiert. Man erkennt, daß der Druck an der Entnahmestelle I von einem relativ niedrigen Druck im stationären Zustand der Überführung bis zum Atmosphären­ druck p₀ anwächst. Für den Fall, daß die Schlauchentleerung zu einem Zeitpunkt eintritt, an dem sich im Probenvorlaufgefäß 3 oberhalb des abgezweigten Volumens ein Luftvolumen befindet, würde die Druckerhöhung an der Entnahmestelle I einen druckaus­ gleichsbedingten Flüssigkeitstransport aus der Durchflußleitung 4 und über die Zulaufleitung 5 in das Probenvorlaufgefäß 3 bewirken. Die bis zu diesem Zeitpunkt staudruckabhängige Teilstromentnahme würde von einem infolge der statischen Druckdifferenz zusätzlichen Ausgleichsstrom überlagert, so daß eine Mengenproportionalität zwischen dem Teilstrom und dem Volumenstrom in der Durchflußleitung 4 nicht mehr gegeben ist. Die gezeigte Vorrichtung steuert dem vorgenannten Effekt nun dadurch entgegen, daß die Auslenkung der Membrane 12a benutzt wird, um, wie dies die Vorrichtung gemäß Fig. 4 zeigt, eine Druckquelle 14 derart zu steuern, daß unverzüglich mit dem Eintritt des Ereignisses Druckmittel über die Belüftungsleitung 16 dem Probenvorlaufgefäßes 3 zugeführt wird. Die Funktion des Behälters 17 und seines an die Durchflußleitung 4 angeschlossenen Tauchrohres 17b wurde bereits bei den Vorrichtungen gemäß Fig. 2 und 3 erläutert.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 4a entspricht in ihren wesentlichen Teilen jener gemäß Fig. 4, wobei das Probenvorlaufgefäß 3 nach der Grundsatzlösung gemäß Fig. 1c ausgebildet und angeordnet ist. An Stelle des Tauchrohres 17b der Vorrichtung gemäß Fig. 4 tritt bei der Vorrichtung gemäß Fig. 4a die Druckausgleichs­ leitung 6, die an den abwärts gerichteten Leitungsteil 4* ange­ schlossen ist, einen aufsteigenden Verlauf aufweist und bis in den Kopfraum des Probenvorlaufgefäßes 3 hineinreicht.

Fig. 5a zeigt eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Fig. 1c. Die Druckausgleichsleitung 6 ist nicht, wie bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1c, über die Anschlußstelle II an die Durchflußleitung 4 ^* unmittelbar angeschlossen, sondern es ist ein Behälter 17 zwischengeschaltet, in dessen Kopfraum die Druckausgleichsleitung 6 einmündet und der an seiner Unterseite mit einem Anschluß 17a mit der Durchflußleitung 4 ^* in Verbindung steht. Falls nun der vorstehend geschilderte Fall eines Druckanstiegs an der Entnahmestelle I eintritt, teilt sich dieser Druckanstieg mit einer geringen zeitlichen Verzögerung der mit der Entnahmestelle I kommunizierenden Flüssigkeit an der Stelle II mit, wodurch diese teilweise über den Anschluß 17a in den Behälter 17 einströmt und dort einen Anstieg des Flüssigkeitsspiegels um die Höhendifferenz Δz bewirkt. Durch diesen Anstieg wird Luftvolumen über die Druckausgleichsleitung 6 in den Kopfraum des Probenvorlaufgefäßes 3 verdrängt, so daß eine Angleichung des statischen Druckes an den statischen Druck im Bereich der Entnahmestelle I erfolgt.

In Fig. 5b ist eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 5a gezeigt, bei der das Probenvorlaufgefäß 3 und der Behälter 17 in einem gemeinsamen Behältermantel 3d angeordnet sind und ihre gegenseitige Trennung über einen Trennboden 3c erfolgt.

Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 5c weist der Behälter 17 zusätzlich ein schwimmergesteuertes Ventil 18 auf, dessen Schwimmer 18a bei Anstieg der in den Behälter 17 einströmenden Flüssigkeit angehoben wird, so daß er über eine Stange 18b ein Schließglied 18c von seiner Sitzfläche anhebt, wodurch ein Durchgriff des Atmosphärendruckes p₀ in den Behälter 17 und somit über die Druckausgleichsleitung 6 in den Kopfraum des Probenvorlaufgefäßes 3 gegeben ist. Solange die Flüssigkeit im Behälter 17 das gezeigte Niveau beibehält, bleibt das schwimmergesteuerte Ventil 18 geöffnet.

Im Gegensatz zur Vorrichtung gemäß Fig. 5c weist die Vorrichtung gemäß Fig. 5d ein vom Strömungsimpuls der in den Behälter 17 eintretenden Flüssigkeit gesteuertes Ventil 19 auf, welches aus einem Stauteller 19a, einer Stange 19b und einem Schließ­ glied 19c besteht, und das nach Abklingen des Strömungsimpulses selbsttätig in seine Schließlage zurücksinkt. Solange das Ventil 19 in seiner Öffnungsstellung verharrt, ist der Kopfraum des Behälters 17 und damit auch der Kopfraum des Probenvorlauf­ gefäßes 3 mit der Atmosphäre verbunden. Es ist nun in diesem Zustand durchaus denkbar, daß der statische Druck an der Entnahmestelle I geringer ist als der statische Druck im Probenvorlaufgefäß 3, da hier durch die Belüftungsmaßnahme kurz­ zeitig Atmosphärendruck p₀ herrscht. Da aber die Stellen I und II miteinander kommunizieren, und die statische Druckdifferenz zwischen ihnen relativ gering ist, wird eine Abströmung von Flüssigkeit aus dem Behälter 17 über die Anschlußstelle II in die Durchflußleitung 4* einsetzen, so daß bei geschlossenem Ventil 19 eine Druckabsenkung und ein Gleichgewicht der Drücke zwischen der Entnahmestelle I und dem Kopfraum des Probenvorlauf­ gefäßes 3 herbeigeführt wird.

Die Fig. 6, 6a und 6b zeigen die Möglichkeiten hinsichtlich der prinzipiellen Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an beliebiger Stelle in der Durchflußleitung 4 eines Milchannahme- und Meßsystems. Da die Teilstromentnahme aus der Durchflußlei­ tung 4 allein in Abhängigkeit von dem dort herrschenden Staudruck erfolgt, ist die Teilstromentnahme in jedem Falle unabhängig von dem jeweils vorliegenden statischen Druckniveau. In Fig. 6 befindet sich die Vorrichtung zwischen einer ersten Pumpe 8 und einem Luftabscheider 2. Die Pumpe 8 fördert die Milch aus einem ersten Behälter 1 über einen Schlauch 4a in den Luftabscheider 2.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 6a befindet sich die erfindungs­ gemäße Vorrichtung auf der Saugseite der ersten Pumpe 8.

In Fig. 6b ist eine weitere Anordnung gezeigt, bei der die Durchflußleitung 4 an einen Luftabscheider 2 angeschlossen ist, dessen Kopfraum mit einer Unterdruckquelle 10 in Verbindung steht. Die Abförderung der Milch aus dem Luftabscheider 2 erfolgt über eine in der nachgeordneten Durchflußleitung 4b angeordnete zweite Pumpe 9. Insbesondere bei Anordnungen gemäß den Fig. 6a und 6b zeigen sich die Vorteile des neuen Verfahrens und der Vorrichtung zu seiner Durchführung. Bei diesen Anordnungen kann nämlich der statische Druck an der Entnahmestelle beim Leersaugen des Schlauches 4a von einem relativ niedrigen Druck während der stationären Überführungsphase bis auf Atmosphärendruck in der instationären Auslaufphase ansteigen. Die bei Vorrichtungen nach dem Stand der Technik durch diese Druckänderung gegebene Verfälschung der Teilstromentnahme ist, wie vorstehend erläutert, beträchtlich.

Claims (16)

1. Verfahren zur Gewinnung von Milchproben aus einer Durchflußleitung, bei dem jeweils während der Überführung eines zu prüfenden Milchvolumens mit dem überführten Gesamtvolumen repräsentatives Volumen in vom Staudruck abhängiger Menge fortlaufend aus der Durchflußleitung abgezweigt und gemessen wird, wobei der statische Druck im abgezweigten Volumen dem statischen Druck an der und über die Flüssigkeit in der Nähe einer Entnahmestelle unverzüglich angeglichen wird, und die Differenz der statischen Drücke in eine zur Durckangleichung nutzbare Stellgröße abgebildet wird, ohne druckausgleichsbedingten Flüssigkeitstransport in das oder aus dem abgezweigten Volumen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung der Spiegeldifferenz einer Flüssigkeitsoberfläche, die mit der Flüssigkeit in der Nähe der Eintnahmestelle kommuniziert und an der die Differenz der statischen Drücke an der Entnahmestelle und im abgezweigten Volumen angreift, als Stellgröße vorgesehen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kompression oder Dekompression eines zwischen der Flüssigkeitsoberfläche und dem abgezweigten Volumen angeordneten Gasvolumen vorgesehen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Flüssigkeit in der Nähe der Entnahmestelle kommunizierende und von der Flüssigkeitsoberfläche einerseits berandete Flüssigkeitsbereich durch Übertragung eines ihm innewohnenden Strömungsimpulses, der aus der zeitlichen Veränderung der Lage der Flüssigkeitsoberfläche resultiert, auf ein über den Strömungsimpuls steuerbares Ventil eine auf das abgezweigte Volumen wirkende Druckquelle steuert.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Flüssigkeit in der Nähe der Entnahmestelle kommunizierende und von der Flüssigkeitsoberfläche einerseits berandete Flüssigkeitsbereich durch Auftriebswirkung an einem in ihm eintauchenden Körper eine auf das abgezweigte Volumen wirkende Druckquelle steuert.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der statische Druck an der Entnahmestelle durch einen bei einer Nenndurchflußleistung wertmäßig gleichen statischen Druck an einer geodätisch tieferliegenden Stelle stromabwärts substituiert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das in vom Staubdruck abhängiger Menge fortlaufend aus der Durchflußleitung abgezweigte Volumen aus einem Volumenstrom resultiert, der bemessen wird durch Aufteilung eines an der Entnahmestelle in der Durchflußleitung abgezweigten Teilstromes, der entweder gleichberechtigt oder ungleichberechtigt durchströmte Teilquerschnitte eines Gesamtquerschnittes eines Verbindungsweges zwischen der Entnahmestelle und dem abgezweigten Volumen durchsetzt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das in vom Staudruck abhängiger Menge fortlaufend aus der Durchflußleitung abgezweigte Volumen aus einem Volumenstrom resultiert, der bemessen wird durch Neigung eines vom erzeugten Volumenstrom an der Entnahmestelle durchsetzten Gesamtquerschnittes des Verbindungsweges zwischen der Entnahmestelle und dem abgezweigten Volumen zur Strömungsrichtung in der Durchflußleitung.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtquerschnitt zusätzlich quer zur Strömung in der Durchflußleitung verschoben wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Probenvorlaufgefäß, das über eine Zulaufleitung, die mit einer als Pitotrohr ausgebildeten Eintrittsöffnung versehen ist, mit der Entnahmestelle in der Durchflußleitung in Verbindung steht, und das eine im Kopfraum des Probenvorlaufgefäßes ausmündende Druckausgleichsleitung aufweist, die andererseits eine Verbindung zum näheren Bereich der Entnahmestelle in der Durchflußleitung herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckausgleichsleitung (6) das Probenvorlaufgefäß (3) und einen Behälter (17) miteinander verbindet, der in enger Verbindung auf annähernd gleicher Höhe mit dem Probenvorlaufgefäß (3) angeordnet ist, und daß ein Tauchrohr (17b) vorgesehen ist, das in der Nähe der Entnahmestelle (I) an die Durchflußleitung (4) angeschlossen ist und in den unteren Bereich des Behälters (17) hinabreicht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Behälter (17) ein über einen in diesem angeordneten Schwimmer (26) gesteuertes Belüftungsventil (27) vorgesehen ist, welches die Verbindung zu einer auf das abgezweigte Volumen wirkenden Druckquelle (14) steuert.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckmeßgerät (12) im Bereich der Entnahmestelle (I) vorgesehen ist, das über die Auslenkung einer Membrane (12a), die einerseits vom statischen Druck der Flüssigkeit an der Entnahmestelle (I) und andererseits vom statischen Druck über dem bzw. im abgezweigten Volumen im Probenvorlaufgefäß (3) mittels einer zweiten Druckausgleichsleitung (24) beaufschlagt ist, eine an den Kopfraum des Probenvorlaufgefäßes (3) angeschlossene Druckquelle (14) steuert.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Probenvorlaufgefäß, das über eine Zulaufleitung, die mit einer als Pitotrohr ausgebildeten Eintrittsöffnung versehen ist, mit der Entnahmestelle in der Durchflußleitung in Verbindung steht, und das eine im Kopfraum des Probenvorlaufgefäßes ausmündende Druckausgleichsleitung aufweist, die andererseits eine Verbindung zum näheren Bereich der Entnahmestelle in der Durchflußleitung herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckausgleichsleitung (6) das Probenvorlaufgerät (3) und den Behälter (17) miteinander verbindet, wobei letzterer an seiner Unterseite mit einem Anschluß (17a) an die in Strömungsrichtung gesehen hinter der Entnahmestelle (I) liegende Durchflußleitung (4) angeschlossen ist, wobei sein Durchtrittsquerschnitt jenem der Durchflußleitung (4) entspricht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußleitung (4) hinter der Entnahmestelle (I) einen abwärts gerichteten Leitungsteil (4*) aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Probenvorlaufgefäß (3) und der Behälter (17) in einem gemeinsamen Behältermantel (3d) angeordnet sind, und ihre gegenseitige Trennung über einen Trennboden (3c) erfolgt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfraum des Behälters (17) über ein schwimmergesteuertes Ventil (18) mit der Atmosphäre verbunden wird.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfraum des Behälters (17) über ein durch den Strömungsimpuls der Flüssigkeit im Behälter (17) gesteuertes Ventil (19) mit der Atmosphäre verbunden wird.