DE865386C

DE865386C - Verfahren und Einrichtung zur Regelung des Rahmfettgehaltes bei der stetigen Separierung von Milch und Rahm

Info

Publication number: DE865386C
Application number: DEA13613A
Authority: DE
Original assignee: Separator AB
Current assignee: Alfa Laval Holdings Amsterdam AB
Priority date: 1950-12-29
Filing date: 1951-07-03
Publication date: 1953-02-02
Also published as: US2837271A; DK85112C; GB695506A; FR63013E

Description

Gegenstand des Patents 832 505 ist ein Verfahren zur Regelung des Rahmfettgehaltes bei der stetigen Separierung von Milch und Rahm. Dies Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die spezifischen elektrischen Widerstände der gleichzeitig aus dem Separator herauskommenden Magermilch und des Rahms bestimmt und die erhaltenen Widerstandswerte verglichen werden, wobei dieser Vergleich ein Maß des Rahmfettgehaltes ist, und daß die Rahmkonzentrierungskraft des Separators in Abhängigkeit von dem erhaltenen Vergleichswert geregelt wird.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine besonders geeignete Ausführungsform dieses Verfahrens und eine Anordnung zur Ausführung desselben.

Es hat sich bei Untersuchungen, auf denen die vorliegende Erfindung beruht, herausgestellt, daß bei der Separierung von Milch von ein und derselben Kuh das Verhältnis zwischen den spezifischen elektrischen Widerständen der Magermilch und des Rahms konstant ist, unabhängig davon, von welcher Kuh die Milch stammt, vorausgesetzt, daß der Rahm in den verschiedenen Fällen denselben Fettgehalt besitzt und daß die Magermilch praktisch frei von Fett ist, beispielsweise einen Fettgehalt von maximal 0,06 bis 0,1 % hat, was bei der üblichen Zentrifugalseparierung von Vollmilch in Molkereien der Fall ist. Das fragliche Verhältnis entspricht einem empirisch gefundenen Wert für jeden Fettgehaltgrad im Rahm.

Die erwähnten; Untersuchungen ergaben, daß sich der spezifische elektrische Widerstand der Milch (des Rahms) gemäß einer Kurve bei veränderlichem Fettgehalt ändert. Bei Milch von einer anderen Kuh oder von derselben Kuh, die jedoch zu einer anderen Zeit untersucht wurde, kann diese Kurve einen etwas verschiedenen Verlauf haben. Diese Kurven sind jedoch wechselseitig gleichförmig, derart, daß das Verhältnis zwischen den spezifischen elektrischen Widerständen für beispielsweise Rahm von 85 % Konzentration und für Magermilch für die verschiedenen Kurven das gleiche ist. Für die praktische Anwendung der Erfindung ist der Fettgehalt der Magermilch, der für gewöhnlich etwa 0,1 % beträgt, ohne Bedeutung, da der *5 Fettgehalt des Rahms mehrere Zehner von 1 °/₀ und bei der Herstellung von Butter mehr als 80 % beträgt. Gemäß der Erfindung erfolgt die Regelung des Fettgehaltes des aus dem Separator austretenden Rahms derart, daß das Verhältnis zwischen den spezifischen elektrischen Widerständen des aus dem Separator praktisch gleichzeitig austretenden Rahms und der Magermilch bestimmt wird und daß die Rahmkonzentrierungskraft des Separators entsprechend dem erzielten Verhältnis geregelt wird, bis das Verhältnis einem gewünschten empirisch gefundenen Wert entspricht. Das bestimmte Verhältnis kann natürlich mathematisch aus gemessenen Werten errechnet werden, jedoch kann zur Bestimmung des fraglichen Verhältnisses gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise eine Wheatstonesche Brücke verwendet werden, in welcher zwei Widerstandselemente im gleichen Verhältnis wie das Verhältnis zwischen den spezifischen elektrischen Widerständen von Magermilch und Rahm mit dem gewünschten Fettgehalt bemessen sind. Hierdurch erübrigen sich besondere mathematische Rechnungen, und die Rahmkonzentrierungskraft des Separators kann unmittelbar entsprechend der Anzeige des Anzeigeinstruments der Brücke, beispielsweise eines Galvanometers, eingestellt werden, bis diese Anzeige gleich dem Wert Null ist.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der Anwendung einer derartigen Wheatstoneschen Brücke kann die Bestimmung dadurch vorgenommen werden, daß beide Widerstandselemente ständig eingeschaltet sind und daß als zwei weitere Wider standselemen te in die Brücke zwei gleichkalibrierte Meßzellen eingeschaltet werden, durch deren" eine die Magermilch fließt, während durch die andere der Rahm hindurchgeht, wobei die Rahmkonzentrierungskraft des Separators gemäß der Anzeige des Anzeigeinstruments geregelt wird. Wenn die Anzeige gleich Null ist, so entspricht der Fettgehalt des aus dem Separator austretenden Rahms dem gewünschten Wert. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß der Fettgehalt des Rahms ständig überwacht werden kann, ohne daß eine Umschaltung der Widerstände der Brücke erforderlich ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Verwendung der gleichen Wheatstoneschen Brücke kann die Bestimmung dadurch vorgenommen werden, daß in die Brücke ständig einerseits ein unveränderliches Widerstandselement, andererseits ein regelbares Widerstandselement eingeschaltet ist und daß ferner gleich-' ^zeitig das dem spezifischen elektrischen Widerstand der Magermilch proportionale der vorerwähnten Widerstandselemente und eine von der Magermilch durch- €5 flossene Meßzelle in die Brücke eingeschaltet werden, worauf dann dasregelbareWiderstandselement verstellt wird, bis die Anzeige des Anzeigeinstruments gleich Null ist. Darauf werden das genannte proportionale Widerstandselement und die Meßzelle sofort von der Brücke abgeschaltet und statt dessen dasjenige der erwähnten Widerstandselemente, welches dem spezifischen elektrischen Widerstand von Rahm mit dem gewünschten Fettgehalt proportional ist, und eine Meßzelle, durch welche der Rahm hindurchgeht und welche gleich der Meßzelle für die Magermilch kalibriert ist, eingeschaltet, worauf die Rahmkonzentrierungskraft des Separators entsprechend der Anzeige des Anzeigeinstruments geregelt wird.

Bei den beiden letzten der oben beschriebenen Ausführungsformen ist es erforderlich, beide Meßzellen völlig gleich zu kalibrieren, so daß sie die gleiche elektrische Widerstandskonstante (Zellenkonstante) haben. Bei der letzten Ausführungsform kann das Erfordernis der Kalibrierung der Meßzellen gegeneinander jedoch vermieden werden, indem die gleiche Zelle sowohl als Meßzelle für die Magermilch als auch für den Rahm benutzt wird. Im letzteren Fall ist es jedoch erforderlich, die Zelle gründlich mit Magermilch bzw. Rahm zu spülen, bevor die Ablesung des Anzeigeinstruments erfolgt.

Praktisch kann man zwischen den verschiedenen Ausführungsformen gemäß der Erfindung entsprechend den Erfordernissen der jeweiligen Verhältnisse wählen.

Wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Stromquelle für die Wheatstonesche Brücke eine Gleichstromquelle ist, treten in den Meßzellen Elektrolyseerscheinungen auf, welche die Messung beeinträchtigen. Gemäß der Erfindung wird dies vorteilhaft dadurch vermieden, daß statt dessen eine Wechselstromquelle verwendet wird.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Einrichtung zur Ausführung des Regelverfahrens. Diese Einrichtung ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Wheatstoneschen Brücke besteht, in welcher zwei Widerstandselemente entsprechend dem Verhältnis zwischen den spezifischen elektrischen Widerständen von Magermilch und Rahm mit dem gewünschten Fettgehalt bemessen sind. Weitere Kennzeichen und Einzelheiten der Einrichtung sind aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich, in denen mehrere Ausführungsformen der den Gegenstand der Erfindung bildenden Einrichtung dargestellt sind; es zeigt

Fig. ι eine empirisch gefundene Kennlinie, welche den spezifischen elektrischen Widerstand von Milch und Rahm in Abhängigkeit von seinem Fettgehalt darstellt,

Fig. 2 ein Prinzipschema einer Ausführungsform der Einrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 3 ein Prinzipschema einer anderen Ausführungsfoma. der gleichen Einrichtung,

Fig. 4 die gleiche Einrichtung wie in Fig. 2, jedoch mit Speisung durch Wechselstrom, und

Fig. 5 die gleiche Anordnung wie in Fig. 3, jedoch ebenfalls mit Speisung durch Wechselstrom und mit

einer Umschaltvorrichtung in den Magermilch- und Rahmleitungen, so daß nur eine Meßzelle verwendet werden kann.

Zur näheren Erläuterung der Fig. ι sei bemerkt, daß, wenn der elektrische Widerstand zwischen zwei in Rahm, Vollmilch oder Magermilch eintauchenden Elektroden gemessen wird, der Widerstand am größten ist bei Rahm, niedriger bei Vollmilch und am geringsten bei Magermilch. Dies kann dadurch erklärt werden, daß praktisch nur das Milchserum elektrisch leitend ist, nicht jedoch die Fetteilchen. Das Vorhandensein eines großen Anteils von Fetteilchen, beispielsweise im Rahm, verdrängt ein entsprechendes Volumen von Milchserum, und hierdurch wird der Anteil der elektrisch leitenden Flüssigkeit vermindert. Folglich ist der elektrische Widerstand zwischen den Elektroden um so größer, je fetter die Milch oder der Rahm ist.

Es wurden zunächst Untersuchungen angestellt, um den spezifischen elektrischen Widerstand von Rahm und Milch mit verschiedenem Fettgehalt zu bestimmen. Da auch die Temperatur den spezifischen Widerstand beeinflußt, muß sie bei der Messung verschiedener Proben konstant gehalten werden. Fig. ι zeigt die bei einer Temperatur von 55 ° C erhaltene Kennlinie. Eine entsprechende, etwas tiefer liegende Kurve wird für eine höhere Temperatur erhalten und umgekehrt. In ähnlicher Weise wird eine tiefer liegende Kurve erhalten, wenn das Serum beispielsweise einen höheren Salzgehalt hat.

In den meisten Ländern ist vorgeschrieben, daß Butter einen Wassergehalt von maximal 16% hat, und es ist für den Hersteller wirtschaftlich vorteilhaft, sich so dicht wie möglich an diesen Höchstwert zu . halten. Bei der Herstellung von Butter durch Konzentrierung von Rahm in Zentrifugalseparatoren, z. B. in zwei oder mehr Stufen, auf denselben Fettgehalt wie den in der Butter gewünschten Gehalt und durch Phasenumkehr des konzentrierten Rahms in Butter durch Bearbeiten und Kühlen wird der Rahm regelmäßig so weit konzentriert, daß 15,8% Serum im Rahm verbleibt.

Aus den obenerwähnten Versuchen hat sich ergeben, daß das Verhältnis zwischen dem spezifischen elektrisehen Widerstand von Rahm mit beispielsweise einem Serumgehalt von 15,8% und dem spezifischen elektrischen Widerstand von Magermilch konstant ist, wenn die Temperatur in den Rahm- oder Magermilchauslässen der letzten Separierungsstufe (derjenigen des Konzentrators) gleich ist. Geringe Änderungen der normalen ordnungsmäßigen Entrahmung haben praktisch auf diesen empirisch gefundenen Wert keinen Einfluß.

Obwohl man, wie oben erwähnt wurde, mit gewöhnliehen Einrichtungen das Verhältnis zwischen den spezifischen elektrischen Widerständen von Magermilch und Rahm bestimmen und nach Vergleich des erzielten Verhältnisses mit einem empirisch gefundenen Wert die Rahmkonzentrierungskraft des Separators in geeigneter Richtung regeln kann, hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, gemäß der Erfindung zur Bestimmung des genannten Verhältnisses eine Wheatstonesche Brücke zu verwenden, in welche Wenn

zwei derart dimensionierte Widerstände eingeschaltet sind, daß ihr Verhältnis zueinander dem obenerwähnten Verhältnis gleich ist. Einer dieser Widerstände kann regelbar ausgebildet sein, so daß das Widerstandsverhältnis entsprechend dem empirisch gefundenen Verhältnis einstellbar ist, welch letzteres seinerseits dem Rahmfettgehalt entspricht, der in dem jeweiligen Fall einzustellen ist.

In Fig. 2 ist eine Einrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, die auf der Wheatstoneschen Brücke basiert und bei welcher die Widerstände R₁ und R₂ in dem vorgenannten Verhältnis bemessen sind. Die beiden anderen Widerstandselemente der Brücke bestehen aus zwei auf den gleichen Wert geeichten Meßzellen R₃ und i?₄, durch welche die Magermilch und der Rahm hindurchgeführt werden. Wenn die Magermilch durch die Zelle R₃ hindurchgeht, so ist der Widerstand dieser Zelle gleich dem spezifischen Widerstand der Magermilch dividiert durch die Widerstandskonstante der Zelle, und in entsprechender Weise ist der Widerstand der Rahmzelle i?₄ gleich dem spezifischen Widerstand des Rahms dividiert durch dieselbe Zellen- oder Widerstandskonstante. R₃ und i?₄ zeigen hier außer den eigentlichen Zellen auch ihren Widerstand an.

spezifischer elektrischer Widerstand

R₁ _ von Magermilch

R₂ spezifischer elektrischer Widerstand von Rahm mit dem gewünschten Fettgehalt,

R T?

so ist —■ auch gleich ~-, wenn die Rahmzelle von Rahm

mit dem gewünschten Fettgehalt durchflossen wird. In diesem Fall ist der Ausschlag des Galvanometers G gleich Null. Andernfalls kann man auf Grund des Ausschlags des Galvanometers in der einen oder anderen Richtung entscheiden, in welcher Weise die Rahmkonzentrierungskraft zu ändern ist. Bei dieser Ausführungsform ist zweckmäßig einer der Widerstände R₁ und R₂ regelbar, so daß die Brücke durch Änderung des gegenseitigen Verhältnisses zwischen .R₁ und R₂ je nach Wunsch für verschiedene Rahmfettgehalte eingestellt werden kann. An Stelle des Galvanometers G können vorteilhafterweise andere Anzeigeinstrumente verwendet werden, beispielsweise Lampen.

In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform der Einrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, bei welcher die Widerstände Ra s und Ra e, die abwechselnd eingeschaltet werden können, so bemessen sind, daß sie dem Verhältnis zwischen den spezifischen elektrischen Widerständen von Magermilch und von Rahm mit dem gewünschten Fettgehalt entsprechen. Aus den obenerwähnten Gründen kann ferner auch hier einer der Widerstände regelbar sein. Der Widerstand R₃ $ ist so angeordnet, d aß er gleichzeitig ro it einer Meßzellei?₄s, durch welche die Magermilch hindurchgeht, eingeschaltet ist, und der Widerstand Ra <? ist in ähnlicher Weise so angeordnet, daß er gleichzeitig mit einer vom Rahm durchflossenen Meßzelle R4 e eingeschaltet wird. Die Zelle'n R± s und A_1G sind auf den gleichen Wert geeicht. Die Brücke enthält ferner einen festen Widerstand R₁ und einen veränderlichen Widerstand R₂.

Bei Verwendung dieser Ausführungsform wird so

vorgegangen, daß zunächst die Magermilchzelle R4, und der Widerstand R₃ s eingeschaltet und der Widerstand R₂ eingeregelt wird, bis der Ausschlag des Galvanometers gleich Null ist. Dann werden die Zelle R₄, und der Widerstand R₃s abgeschaltet, und an ihrer Stelle werden die Rahmzelle R₄, g und der Widerstand R_3Cf eingeschaltet. Wenn der Ausschlag des Galvanometers dann gleich Null ist, ist der Fettgehalt des Rahms richtig. Im anderen Fall ist der Ausschlag des Galvanometers in der einen oder anderen Richtung Hinweis dafür, wie die Rahmkonzentrierungskraft des Separators zu ändern ist, um Rahm mit dem gewünschten Fettgehalt zu erzielen.
Im folgenden zeigen R₄, s und R₁ α auch den Widerstand der entsprechenden Zellen an.

Durch den ersten Bestimmungsvorgang wird der Widerstand R₂ bezüglich der Leitfähigkeit der tatsächlich aus dem Separator austretenden Magermilch eingestellt.

Es ergibt sich dann

^SS

R₂ Rig

Beim zweiten Bestimmungsvorgang ergibt sich, wenn R₂ auf dem bei der ersten Bestimmung ermittelten Wert gehalten wird,

R3CI

^₂

wenn der Fettgehalt des Rahms dem gewünschten Wert entspricht.
Hieraus folgt

R,

*3S

■4 S

R,

*3g 4 0

oder

"■3.5 ^3 ff

R,

■iS

In Fig. 4 ist die Ausführung nach Fig. 2 dargestellt, jedoch mit Brückenspeisung durch Wechselstrom, da die andernfalls auftretenden Elektrolyseerscheinungen zu Fehlern in den Meßergebnissen Anlaß geben.

In Fig. 5 ist die Anordnung nach Fig. 3 gezeigt, j edoch mit Speisung durch Wechselstrom für die Brücke aus dem vorerwähnten Grund.

Bei der letztgenannten Ausführungsform soll der Fehler vermieden werden, der durch Abweichung in der Eichung zwischen den beiden Meßzellen hervorgerufen werden kann; zu diesem Zweck kann eine einzige stets eingeschaltete Meßzelle R verwendet werden, durch welche bei beiden Messungen Magermilch oder Rahm abwechselnd hindurchgeführt wird. In diesem Fall muß die Meßzelle gründlich mit Magermilch bzw. Rahm durchgespült werden, bevor das Galvanometer abgelesen wird, wenn die Messung genau sein soll.

Schließlich sei bemerkt, daß der regelbare Widerstand, der in Fig. 2 und 4 in Reihe zu dem Widerstand R₂ und in Fig. 3 und 5 in Reihe zu dem Widerstand R₃ _e geschaltet ist, auch dazu dienen soll, Abweichungen der Eichung der Meßzellen R₃ und R₄. bzw. Ris und R₄, _β auszugleichen. Es ist auf diese Weise nicht unbedingt erforderlich, daß die bei den Meßvorgängen verwendeten beiden Meßzellen die gleiche Zellenkonstante aufweisen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Regelung des Rahmfettgehaltes bei der stetigen Separierung von Milch oder Rahm nach Patent 832 505, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen den spezifischen elektrischen Widerständen des praktisch gleichzeitig aus dem Separator austretenden Rahms und der Magermilch bestimmt und die Rahmkonzentrierungskraft des Separators entsprechend dem festgestellten Verhältnis geregelt wird, bis dies mit einem gewünschten empirisch gefundenen Verhältnis übereinstimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung mittels einer Wheatstoneschen Brücke erfolgt, bei welcher zwei Widerstandselemente (R₁ und R₂, Fig. 2 und 4, R₅ s und 2?3 β, Fig. 3 und 5) in gleichem Verhältnis bemessen sind wie das Verhältnis zwischen den spezifischen elektrischen Widerständen von Magermilch und von Rahm mit dem gewünschten Fettgehalt, wobei die Rahmkonzentrierungskraft des Separators entsprechend dem Anschlag des Anzeigeinstruments der Brücke geregelt wird, bis dieser Anschlag gleich Null wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung derart durchgeführt wird, daß die beiden Widerstandselemente (R₁ und R₂, Fig. 2 und 4) ständig eingeschaltet sind und daß in die Brücke als ihre beiden weiteren Widerstandselemente zwei auf den gleichen Wert ge? eichte Meßzellen (R₃ und R₄) eingeschaltet werden, durch eine von diesen die Magermilch hindurchgeht, während durch die andere der Rahm hindurchgeht, wobei die Rahmkonzentrierungskraft des Separators entsprechend dem Ausschlag des Anzeigeinstruments geregelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung derart erfolgt, daß in die Wheatstonesche Brücke ständig ein unveränderliches Widerstandselement (A₁) und ein regelbares Widerstandselement (2?₂) eingeschaltet werden und daß ferner gleichzeitig dasjenige (R₃ s) der in Anspruch 2 erwähnten Widerstandselemente, welches dem spezifischen elektrischen Widerstand der Magermilch proportional ist, sowie eine von der Magermilch durchflossene Meßzelle (Rt s) eingeschaltet werden, worauf das regelbare Widerstandselement verstellt wird, bis der Ausschlag des An-Zeigeinstruments gleich Null wird, und daß sofort danach das genannte proportionale Widerstandselement (R₃ s) und die Meßzelle (R₄, s) abgeschaltet undstatt dessen der zweite Widerstand (R_{3 G}) der beiden in Anspruch 2 genannten Widerstandselemente und eine vom Rahm durchflossene, auf den gleichen Wert wie die Meßzelle für die Magermilch geeichte Meßzelle (Ri g) in die Brücke eingeschaltet werden, worauf die Rahmkonzentrierungskraft des Separators entsprechend dem Ausschlag des Anzeigeinstruments geregelt wird.

5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gleiche Zelle (R, Fig. 5) als Meßzelle sowohl für die Magermilch als auch für den Rahm benutzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Energiequelle Wechselstrom verwendet wird.

7. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Wheatstoneschen Brücke besteht, bei welcher zwei Widerstandselemente im gleichen Verhältnis bemessen sind wie das Verhältnis zwischen den spezifischen elektrischen Widerständen von Magermilch und Rahm mit dem gewünschten Fettgehalt.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wheatstonesche Brücke als weitere Widerstandselemente zwei auf den gleichen Wert geeichte Meßzellen eingeschaltet sind, von denen die eine für den Durchfluß der Magermilch und die andere für den Durchfluß des Rahms bestimmt ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandselemente zur wechselweisen Einschaltung angeordnet sind, daß zwei auf den gleichen Wert geeichte Meßzellen, eine für den Durchfluß von Magermilch und die andere für den Durchfluß von Rahm, zur wechselweisen Einschaltung angeordnet sind und daß in die Wheatstonesche Brücke ferner ständig ein unveränderliches Widerstandselement und ein regelbares Widerstandselement eingeschaltet sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandselemente zur wechselweisen Einschaltung angeordnet sind und daß in die Wheatstonesche Brücke ferner ständig ein unveränderliches Widerstandselement, ein regelbares Widerstandselement und eine Meßzelle eingeschaltet sind, die abwechselnd von Magermilch oder Rahm durchflossen ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden in Anspruch 7 erwähnten Widerstandselemente regelbar ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen