DE4040121A1 - Umschaltventil mit elektro-pneumatischer ansteuerung fuer pulsatoren - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Umschaltventil mit elektro-pneu­ matischer Ansteuerung für Gleich- und Wechseltaktpulsatoren zur Verwendung in Melkanlagen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Mit zunehmender Automatisierung der Melkanlagen gewinnen elektrisch gesteuerte Pulsatoren an Bedeutung. Die Varia­ tionsbreite in der elektronischen Ansteuerung ist größer als bei pneumatisch gesteuerten Pulsatoren, und die Bau­ elemente werden durch verbesserte Technologien billiger. Da die Meß- und Steuervorgänge (Milchflußkontrolle, auto­ matisches Abschalten des Melkvorganges, Milchmengenmessung, Datenerfassung, Fütterung usw.) fast ausschließlich elek­ tronisch gesteuert werden, ist die für den Elektropulsator benötigte Energie am Melkplatz vorhanden und erfordert kei­ nen zusätzlichen Installationsaufwand. Ursprünglich wurden durch Elektromagneten angetriebene Kolben- oder Flachschie­ ber zur direkten Umsteuerung des Mediums eingesetzt.

Das auf die großflächigen Schieber wirkende Vakuum erhöht die Reibungskräfte, und es mußten starke Magneten für die Betätigung der Schieber eingesetzt werden.

Die Folge ist hoher Energieverbrauch.

Auch in der Ruhestellung verbraucht der Elektromagnet Ener­ gie, was bei pneumatischer Steuerung nicht der Fall ist. Deshalb wurde eine Kombination von pneumatischer und elek­ trischer Ventilbetätigung gefunden.

Beispielsweise beschreibt die DE-OS 22 45 069 ein Elek­ tromagnetventil, das aus einem kleinen Magneten mit Eisen­ kern und einer am Stößelende befestigenden Ventilplatte besteht, die die Zuführung und Absaugung von Steuerluft über eine zur Arbeitskammer führende Bypaßleitung bewirkt. Die Steuerung der für den Melkvorgang benötigten Luft bzw. des Vakuums erfolgt durch eine Membrane mit an ihr befe­ stigtem Stößel und Ventilplatte. Hierfür sind eine Vielzahl von Gehäuseteilen erforderlich. Damit liegt der Fertigungsaufwand hoch.

Einen ähnlichen Aufbau und die gleichen Nachteile besitzt der SU-Urheberschein 2 42 577.

Konstruktiv etwas besser gelöst wurde die Aufgabe durch die DE-OS 31 08 976. Hier wird durch einen kleinen Magneten ein Hilfsschieber betätigt, welcher Steuerluft der Arbeits­ kammer zuführt. Die Steuerung der Arbeitsluft erfolgt durch eine Membrane mit dem an ihr befestigten Tellerventil.

Auch hier sind noch zuviel Bauteile erforderlich. Es wird angestrebt, möglichst wenig Bauteile einzusetzen und diese im Spritz- und Stanzverfahren ohne zusätzliche Bearbeitung herzustellen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Bauaufwand zu sen­ ken und die Funktionssicherheit durch eine Reduzierung der bewegten Teile zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe besteht darin, ein pneumatisches Um­ schaltventil mittels Elektromagneten und Schieberventil oder Kolbenventil anzusteuern und die pneumatischen Impul­ se zur unmittelbaren Ventilbetätigung zu nutzen.

Erfindungsgemäß wird die technische Aufgabe dadurch gelöst, daß das Gehäuse des Umschaltventils aus zwei mit Kanälen und Kammern versehenen Hälften besteht, zwischen denen eine durchgehende, gleichzeitig als Dichtung dienende Schaltmem­ brane eingespannt ist. Oberhalb der Schaltmembrane befin­ den sich zwei Arbeitskammern, die über jeweils einen Kanal und den Steuerschieber wechselweise mit atmosphärischem Luftdruck bzw. Vakuum verbunden sind.

Die untere Gehäusehälfte weist einen Stutzen für die Vakuum­ leitung und eine den Ventilsitz umgebende Ringkammer auf, die über eine Bohrung mit dem Steuerschieber in Verbindung steht. Weiterhin besitzt die untere Gehäusehälfte eine Ver­ bindungsbohrung mit Anschluß an die Melkbecher und zwei Ventilsitzen, die beide von der darüberliegenden Membrane wechselweise in Abhängigkeit der Druckverhältnisse geschlos­ sen oder geöffnet werden. Der zweite Ventilsitz ist ständig von Luftatmosphärischen Druckes umgeben.

Die Wirkungsweise des Pulsators ist folgende: Der Elektromagnet wird elektronisch angesteuert. Dabei kann das Verhältnis Saugphase/Druckphase 1 : 1 oder auch un­ terschiedlich sein. Dementsprechend bewegt der Magnet den Schieber in die eine oder andere Endlage, wobei das Vakuum einmal in der einen und dann wieder in der anderen Arbeits­ kammer anliegt. Entgegengesetzt wechselt der Druck in der anderen Arbeitskammer. Liegt beispielsweise in der linken Arbeitskammer Vakuum an, dann hebt die von den Melkbechern kommende Luft die linke Membrane, die Luft wird aus den Melkbechern abgesaugt, und der Luftdruck in der rechten Ar­ beitskammer hält aufgrund der Druckdifferenz die rechte Membrane geschlossen. Bei Umsteuerung des Elektromagneten erfolgt eine Umsteuerung der Druckverhältnisse in den Ar­ beitskammern. Folglich steuert auch die Membrane die Strö­ mung um. Wenn vorher Luft aus den Melkbechern abgesaugt wurde, wird nach der Umschaltung wieder Luft zugeführt.

Der Vorteil besteht gegenüber Ventilsteuerung darin, daß der gesamte Aufbau billiger wird. Die Ventilsitze ver­ schleißen nicht. Das Gehäuse des Umschaltventils besteht nur aus zwei Teilen, die einfach herzustellen sind. Die Membrane übernimmt die Dichtungsfunktion und die Schalt­ vorgänge. Diese kann in einem Arbeitsgang gestanzt werden. Wartung und Pflege erfordern nur geringen Aufwand. Die War­ tung betrifft fast ausschließlich die Sauberhaltung oder Erneuerung des Luftfilters.

Dieses Prinzip ist sowohl als Gleichtakt- als auch als Wechselpulsator anwendbar. Bei Wechseltakt werden zwei Schalteinrichtungen als Einheit an die gemeinsame Vakuumzu­ führung angeschlossen. Taktzahl und Phasenverschiebung las­ sen sich elektronisch auf bekannte Weise regulieren.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 den Schnitt durch einen elektrisch gesteuerten Gleichtaktpulsator,

Fig. 2 den gleichen Aufbau nach erfolgter Umschaltung der Ventile,

Fig. 3 die Ansteuerung durch einen Zylinderschieber­ pulsator mit elektrisch gesteuertem Antrieb und

Fig. 4 den Schnitt durch einen Gleichtaktpulsator mit verändertem Aufbau des Gehäuseunterteils.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht der Pulsator aus dem Gehäuseoberteil 1, dem Gehäuseunterteil 2, der Membrane 3, dem Doppel-Hubmagneten 4, dem Gestänge 5 und dem Schie­ ber 6. Auf die für die Ansteuerung des Doppel-Hubmagneten 4 erforderlichen Schalteinrichtungen und Verbindungsleitungen kann in der Darlegung verzichtet werden, da sie zum bekann­ ten Stand der Technik gehören.

Das Gehäuseoberteil 1 besitzt drei Bohrungen. Die mittle­ re Bohrung 7 ist stets mit dem konstanten Vakuum verbun­ den, das am Nippel 10 anliegt. Die Bohrungen 8 und 9 wechseln ihre Funktion. Je nach Schieberstellung führen diese der Arbeitskammer 11 bzw. 12 Luft zu oder führen diese ab.

In Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Luft aus der Arbeits­ kammer 11 über die Bohrung 8, den Steuerschieber 6 und Bohrung 78 die über den durch den Ansatz 15 gebildeten Ringraum 13 und den Nippel 10 mit der Vakuumleitung in Verbindung stehen, abgesaugt wird, während die Arbeitskam­ mer 12 und der unter der Membrane 3 liegende durch den Ansatz 16 gebildete Ringraum 14 dem atmosphärischen Druck ausgesetzt sind und durch die Flächendifferenz die Membra­ ne 3 auf den Sitz 16a gedrückt und der Luftzutritt in den Kanal 17 abgesperrt ist. Über den Stutzen 18 ist der Ka­ nal 17 mit dem Melkzeug verbunden.

Während dem Melken schaltet der Doppel-Hubmagnet 4 mit dem Steuerschieber oder an dessen Stelle ein Zylinderschieber­ pulsator mit Elektroantrieb fünfzig bis sechzig Mal pro Minute um, so daß nach erfolgter Umschaltung (Fig. 2) die Membrane 3 infolge Druckerhöhung in der Arbeitskammer 11 auf dem Sitz 15a aufliegt, während diese durch Evakuierung der Arbeitskammer 12 durch den im Ringraum 14 herrschenden höheren Druck abgehoben wird. Folglich kann die im Ring­ raum 14 anstehende Luft atmosphärischen Druckes über den Sitz 16a in den Kanal 17 überströmen und füllt die Melk­ becherzwischenräume. Wird der Doppel-Hubmagnet 4 mit un­ terschiedlichen Zeiten angesteuert, kann eine Veränderung der Dauer von Saugphase und Ruhephase vorgenommen werden. Man spricht von einer Phasenverschiebung.

Bei höherer Milchleistung sind Wechseltaktpulsatoren vor­ teilhafter, weil sich der Milchfluß teilt, damit die Milch­ leitung nicht stoßweise belastet wird und sich die Unter­ druckverhältnisse verbessern.

Wird ein Wechseltaktpulsator gewünscht, der im Fertigungs­ aufwand natürlich höher liegt, so brauchen nur zwei dieser beschriebenen Gleichtaktpulsatoren einschließlich elektro­ pneumatischer Vorsteuerung vereinigt werden, wobei der elek­ trische Taktgeber, die Vakuumzuleitung 10 und die Bohrung für atmosphärischen Druck für beide Pulsatoren dienen.

Fig. 3 zeigt im wesentlichen den gleichen Aufbau. Lediglich die elektropneumatische Ansteuerung wurde verän­ dert. Anstelle des Flachschiebers 6 tritt im Kolbenschie­ ber 106, der aus den Kolben 106a und 106b und der von diesen eingeschlossenen Kammer 106c besteht. Der Doppel- Hubmagnet wurde durch zwei getrennte Hubmagneten 104a und 104b ersetzt. An der Funktion gegenüber der Fig. 1 und 2 ändert sich nichts.

Bei der Fig. 4 wurde der Kanal 17 durch die Ringräu­ me 117a und 117b ersetzt, die durch den Kanal 117c ver­ bunden sind. Der Ringraum 117a wird durch den Ansatz 116 und der Ringraum 117b durch den Ansatz 115 gebildet. Bei­ de Ringräume stehen ständig über den Stutzen 118 mit den Melkzeugen und im Wechsel über den Ventilsitz 115a mit dem Stutzen 110 und damit mit der Vakuumleitung in Verbindung.

Funktionell sind beide Varianten als gleichwertig anzuse­ hen. Auch hier könnte die elektropneumatische Vorsteuerung entsprechend der Fig. 3 ausgeführt werden.

Aufstellung der im Ausführungsbeispiel verwendeten Bezugszeichen und -zahlen

  1 Gehäuseoberteil
  2 Gehäuseunterteil
  3 Membrane
  4 Doppel-Hubmagnet
  5 Gestänge
  6 Schieber
  7 Absaugbohrung
  8 Bohrung
  9 Bohrung
 10 Nippel/Vakuumzuleitung
 11 Arbeitskammer
 12 Arbeitskammer
 13 Ringraum
 14 Ringraum
 15 Ansatz
 15a Sitz
 16 Ansatz
 16a Sitz
 17 Kanal
 18 Stutzen
104a Hubmagnet
104b Hubmagnet
106 Kolbenschieber
106a Kolben
106b Kolben
106c Kammer
117a Ringraum
117b Ringraum
117c Kanal
118 Stutzen

Claims (5)

1. Umschaltventil mit elektropneumatischer Ansteuerung für Gleich- und Wechseltaktpulsatoren, insbesondere zur Ver­ wendung in Melkanlagen, bei welchem die Steuerluft in die über der Arbeitsmembrane liegende Arbeitskammer geleitet und abgesaugt wird und wo die Arbeitsmembrane entspre­ chend des bestehenden Druckverhältnisses durchgebogen wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Arbeitsmembran (3) gleichzeitig als Abschlußorgan der unter der Membran (3) angeordneten Ventilsitze (15a; 16a) dient, daß einer der beiden Ventilsitze (15a) ständig vom Vakuum und der an­ dere Ventilsitz (16a) ständig von Luft atmosphärischen Druckes umgeben ist, und daß beide Ventilsitze (15a; 16a) durch einen Kanal (17) verbunden sind, dessen Ausgang (18) zum Melkzeug führt, und daß das Vorsteuerorgan so ausgebildet ist, daß wechselweise eine der Arbeitskam­ mern (11; 12) mit der Vakuumleitung (10) und die andere mit der Atmosphäre verbunden sind.

2. Umschaltventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein durch einen Doppel-Hubmagneten (4) oder zwei einfache entgegengesetzt wirkende Hubmagneten (104a; 104b) betätigter Schieber (6) der wechselweisen Umsteuerung der Druckverhältnisse in den Arbeitskammern (11, 12) dient.

3. Umschaltventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein elektrisch betriebener Gleichtaktpulsator mit Kol­ benschieber (116a, 116b; 116c) der Vorsteuerung dient (Fig. 3).

4. Umschaltventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß durch Parallelschaltung zweier Ventileinheiten mit ge­ meinsamem Gehäuse, Vakuumzuführung, Luftzuführung, Mem­ brane und elektrischer Ansteuerung ein Wechseltaktpulsa­ tor gebildet wird.

5. Umschaltventil nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeich­ net dadurch, daß im Gehäuseunterteil (102) die Ringräu­ me (117a; 117b) durch die Bohrung (117c) untereinander und ständig mit den Melkbechern (128) und im Wechsel auch mit der Vakuumleitung (110) verbunden sind (Fig. 4).