EP0925499A1 - Verfahren zur optimierung der annahmeleistung einer messanlage für milch und messanlage zum durchführen des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur optimierung der annahmeleistung einer messanlage für milch und messanlage zum durchführen des verfahrens

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EP0925499A1
EP0925499A1 EP97943840A EP97943840A EP0925499A1 EP 0925499 A1 EP0925499 A1 EP 0925499A1 EP 97943840 A EP97943840 A EP 97943840A EP 97943840 A EP97943840 A EP 97943840A EP 0925499 A1 EP0925499 A1 EP 0925499A1
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EP
European Patent Office
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milk
acceptance
air
measuring
flow
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP97943840A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Georg DÜCKINGHAUS
Alfons BRÜGGEMANN
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Schwarte-Werk GmbH
Original Assignee
Schwarte-Werk GmbH
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Filing date
Publication date
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Application filed by Schwarte-Werk GmbH filed Critical Schwarte-Werk GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02—Analysing fluids
    • G01N29/024—Analysing fluids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
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    • G01N29/032—Analysing fluids by measuring attenuation of acoustic waves
    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/024—Mixtures
    • G01N2291/02433—Gases in liquids, e.g. bubbles, foams
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    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/102—Number of transducers one emitter, one receiver

Definitions

  • the invention relates to a method for optimizing the acceptance performance of a measuring system for milk, in particular for a milk collection vehicle, according to the preamble of claim 1 and a measuring system for carrying out the method according to claim 7 or 8.
  • a measuring system for milk in particular for a milk collection truck, is based on the task of accepting milk quantities from delivery containers of the suppliers and transferring them to a collection container.
  • the volume of the transferred milk must be determined based on its volume and clearly differentiated from that of the previous and subsequent suppliers.
  • the liquid volume flow that enters the measuring system and that can be admixed with the gaseous constituents, in particular air must be completely degassed or vented.
  • the separated air results almost exclusively from the air that reaches the measuring system when the milk is taken in, especially the milk at the beginning of the milk transfer and when snorkeling off at the end of the milk transfer, and only to an extremely small extent from air, which are small and very small air bubbles is deposited in the milk of the delivery container. Desorption of milk dissolved in air is not sought; however, it cannot be prevented under certain procedural conditions (vacuum operation).
  • Known measuring systems are equipped with a control system, the task of which is to start the air separator container as far as possible from a calibrated liquid level in the air separator container as a result of the transfer and delimitation of the milk quantity from the previous supplier, the milk transfer from the subsequent supplier to be filled so that sufficient air separation from milk is achieved, and then When the milk is taken over, the liquid level is calibrated exactly to the switch-off level, which was the starting point for this milk takeover.
  • control system should also be able to handle special cases or improper handling of the system. This includes, for example, arbitrary air snorkeling during the milk transfer, intentional or unintentional temporary closing of the acceptance line on the suction nozzle and suction from several containers of a supplier with breaks of different lengths when changing from one container to another.
  • the measuring system should be easily adaptable to different suction conditions (suction height and / or hose length) in terms of open-loop and closed-loop control and in any case quickly find a stable operating point without instabilities.
  • the measuring systems that have become known so far, which are designed either as so-called pump or vacuum systems, operate over the period of milk intake with an essentially constant acceptance rate, which is determined by the design of the pump or vacuum system.
  • acceptance power is to be understood as the bubble-free milk volume ⁇ V transferred over a period of time ⁇ t, and accordingly the bubble-free volume flow Q (for example in dm 3 / h or l / h).
  • the acceptance performance has increased to 30,000 l / h in recent years, in some cases even more, whereby the so-called air separator container of the measuring system is a component that limits its maximum acceptance performance.
  • Air separator container set natural limits. This also limits the increase in acceptance performance by enlarging the air separator container, if you do not want to run the risk that the measurement result with regard to the volume transferred during milk acceptance will be falsified by entraining air bubbles in and through the volume counter.
  • Known measuring systems limit the acceptance performance to a maximum value, with which even difficult suction conditions (air suction when milk production is interrupted) can be mastered. With this permissible acceptance performance, the measuring system and especially the air separator tank are under-challenged with favorable or normal suction conditions, so that there is an unused power reserve under these suction conditions.
  • the milk measuring system can be operated with a higher throughput without this higher output milk has a higher proportion of air pockets than in conventional systems, or that it has a lower proportion of air pockets with the same throughput.
  • the measures proposed above are problematic, since they also create flow resistances on the one hand and, on the other hand, cleaning problems due to the extremely enlarged surfaces in contact with the liquid.
  • a device for measuring the density of fluids by means of acoustic signals, preferably ultrasonic vibrations, is known, with which the density of a flowing liquid can be determined very precisely and quantitatively.
  • the known device is distinguished from other known devices and methods for measuring the density or concentration of a homogeneous or inhomogeneous fluid with the aid of ultrasonic vibrations in that it is less subject to the disadvantage of susceptibility to interference from bubbles or solid particles in the fluid.
  • the present invention is based on the object of significantly increasing the acceptance performance of a measuring system for milk, in particular for a milk collection vehicle, when using the known air separator systems compared to the acceptance performance currently achievable.
  • a measuring system for carrying out the proposed method is realized by the features of auxiliary claim 7 (pump system) or by that of auxiliary claim 8 (vacuum system).
  • the proposed method takes advantage of the knowledge that significant air pollution of the transferred milk generally occurs at the beginning of the milk transfer and when the delivery container is snorkeled out at the end of the milk transfer.
  • the intermediate transfer cycle is generally largely free of air ingress and, measured in terms of the time for the start and end of milk transfer, it represents the predominant period if the proposed method is used as intended where it can be applied due to the existing conditions. namely for medium and large delivery quantities.
  • the transfer time predominates here compared to the preparation and follow-up times for milk acceptance. Small and very small delivery quantities, where the start and end of milk acceptance immediately follow one another with conventional acceptance services, naturally escape the efforts at hand to increase the acceptance performance.
  • the proposed method results in a reduction of the acceptance power to the value permitted for the measuring system under the given conditions (air loading), and always when an air loading is found in the acceptance line which is in relation to the switched on acceptance performance and the available separation performance of the Air separator container is no longer controllable. If no air load can be determined, the acceptance power is increased by a suitable conveyor in connection with a controllable drive, regardless of the size of the milk separator in this container, which is determined by the size of the air separator container. On the other hand, unscheduled and unpredictable air ingress can be absorbed promptly by reducing the acceptance performance.
  • the proposed change in the acceptance power can also take place on the one hand depending on the measured difference in intensity between the transmitted and the received measurement signal and / or on the difference in the transit times of delayed measurement signals, and on the other hand in such a way that the acceptance performance is either continuous or in stages is changed.
  • the measurement signals are introduced into the latter in the acceptance line essentially transversely to the direction of flow of the milk flow.
  • a number n individual measurements of the transit time T s of the ultrasonic vibrations are carried out in a time interval ⁇ t and if an average value T Sm is formed therefrom from a number m valid individual measurements.
  • the formation of this mean value depends on two criteria, both of which must be met, the mean value T Sm determined then being used in each case to apply a larger acceptance power of two available acceptance powers.
  • the first criterion for forming the mean value T Sm is fulfilled if the transit time T s of the ultrasonic oscillation is within a transit time window limited by an upper and a lower threshold value T Sma ⁇ or T Smi n.
  • the second criterion is met if a proportion k, formed from the number m of valid individual measurements to the number n of the total individual measurements carried out, exceeds a predetermined value (m / n> k).
  • This statistical procedure means that outliers and incorrect measurements largely have no influence on the control intervention in the acceptance performance.
  • the running time window is determined in such a way that running times, which are measured in this, clearly indicate that there is no air load of the mixed flow. Runners above the threshold value T Sm «signal an interruption in milk production. Runners below the threshold T Sm in show in the In general, make a mistake because the sound level in completely air-free milk with a given signal length and a physically given value for the instantaneous speed of sound is clearly limited downwards under these conditions.
  • the proposed method can be used for both pump and vacuum systems.
  • the milk flow is acted upon in the acceptance line with the measurement signals in question, since due to the lowest absolute pressure in the measuring system, air bubbles are preferentially released from the milk.
  • the delivery rate is reduced by accessing the volume flow of the delivery device.
  • the vacuum system on the one hand access to the volume flow of the conveyor device downstream of the air separator container and access to the connecting line between the head space of the air separator and a vacuum source is necessary, in particular to prevent flooding of the air separator container, which would occur if the conveying capacity of the conveyor device were reduced alone can be.
  • measurement signals are provided in the cavitation favoring the milk flow with measurement signals.
  • This can be, for example, a tear-off edge arranged in the flow or a so-called trip wire.
  • the delivery device is designed as an impeller pump such that a relatively high delivery flow is present at a relatively low speed.
  • This is achieved in that two impellers lying side by side on a common shaft are provided in a correspondingly designed housing.
  • the relatively low speed of the impeiler pump has a positive effect on cavitation, milk quality, wear and noise. Since the intended diverting pump operates at low speed in normal acceptance operation, it can be Chen disadvantageous increase in speed can be brought to a conveying capacity, with which the pumping of milk from the collection truck tank is usually carried out in the tank of a trailer. A separate pumping system is therefore no longer necessary.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the measuring system when implementing a pump system
  • FIG. 2 shows the proposed measures in the context of a measuring system which is designed as a vacuum system.
  • An acceptance line 4 (FIG. 1), in which a conveying device 5, driven by a drive motor 8, is arranged, opens into the head region of an air separator container 3. The latter is equipped in a manner known per se with a float-controlled venting device 6.
  • An ultrasound transmitter 9a and, on the opposite side, an ultrasound receiver 9b are arranged in front of the conveyor device 5 on one side of the acceptance line 4. Both are connected to a signal processing device 10, which in turn is connected to a device 8a for regulating the drive motor 8 and thus the volume flow of the conveying device 5.
  • the acceptance line 4 ends in a delivery container 7, from which the milk to be transferred is sucked in. In the case of the acceptance performance in question, the delivery container 7 is preferably yard containers or cooling troughs of larger volume.
  • the milk flow is subjected to ultrasonic vibrations via the ultrasonic transmitter 9a. On the opposite side of the acceptance power 4, these pulses are received with the ultrasound receiver 9b. Out The difference in intensity between the transmitted and the received measurement signal and / or the difference in the signal transit times allow conclusions to be drawn about the air load in the milk flow.
  • the method for optimizing the acceptance performance of a measuring system for milk is particularly simple if the measurement is carried out qualitatively. This is done by working with threshold values for the signal runtimes by working with a so-called runtime window. It is therefore not important in the proposed measuring method to know how high the air load of the milk flow is quantitative, but rather it is only determined whether there is an air load and whether it is below or above a certain limit value. If the limit value is exceeded, an acceptance power for which the measuring system is approved is activated and if the value falls below the limit, an increased acceptance power is activated.
  • the milk intake begins with the suction process, in which the air separator container 3 initially functions as a storage container.
  • the air separator container 3 initially functions as a storage container.
  • a greater air load in the milk is to be expected, which, however, is still relatively easy to control due to the overall operating conditions (reduced starting power of the measuring system, storage in the partially filled air separator container 3).
  • the volume flow becomes Conveying device 5, in stages, preferably from a larger Qi to a smaller acceptance power Q 2 , or also steplessly reduced so far that the air separator container 3 can separate the air it has entered. If the air handling falls below the limit value, the volume flow of the conveying device 5 is increased again continuously or in stages.
  • the acceptance power is controlled in such a way that, on the one hand, the conveyor device 5 arranged there in the transfer line 2, in the same way as is provided for the pump system according to FIG. 1, in terms of control technology in conjunction with the signal processing device 10 is treated. Since a reduction in the volume flow of the conveying device 5 alone is not sufficient to also reduce the milk flow entering the air separator container 3 via the acceptance line 4, the access of a vacuum source, not shown, via a connecting line 6 * to the head space of the air separator container 3 must also be reduced or to completely prevent it for a certain time. This occurs, for example, in that a shut-off device 6a is connected in the connecting line 6 * by the signal processing device 10, parallel to the control intervention on the conveyor device 5.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Annahmeleistung einer Meßanlage für Milch, insbesondere für einen Milchsammelwagen, womit bei Verwendung der bekannten Luftabscheidersysteme die Annahmeleistung gegenüber den derzeit realisierbaren Annahmeleistungen wesentlich erhöht werden kann. Dies wird verfahrenstechnisch dadurch erreicht, daß eine in die Meßanlage über eine Annahmeleitung eintretende Milchströmung derart mit Meßsignalen beaufschlagt wird, daß diese die Milchströmung durchdringen und sich die Intensität und/oder die Laufzeit der Meßsignale dabei in Abhängigkeit von einer Luftbeladung der Milchströmung ändert, daß ein Unterschied der Intensität zwischen dem gesendeten und dem empfangenen Meßsignal und/oder ein Unterschied der Laufzeiten zeitversetzter Meßsignale in an sich bekannter Weise herangezogen werden bzw. wird zur Feststellung einer Luftbeladung der Milchströmung, und daß der allein aus der Luftbeladung resultierende Unterschied der Intensitäten und/oder der Laufzeiten bei Überschreiten eines Grenzwertes der Luftbeladung eine Annahmeleistung aufschaltet, für die die Meßanlage unter diesen Bedingungen zugelassen ist, und bei Unterschreiten des Grenzwertes eine höhere Annahmeleistung aufschaltet. Zum Durchführen des Verfahrens ist vorgesehen, daß vor der Fördereinrichtung (5) (bei Anwendung auf ein Pumpensystem), auf der einen Seite der Annahmeleitung (4), ein Ultraschallsender (9a) und, auf der gegenüberliegenden Seite, ein Ultraschallempfänger (9b) angeordnet sind, und daß eine Signalverarbeitungseinrichtung (10) vorgesehen ist, die mit dem Ultraschallsender (9a) und -empfänger (9b) sowie mit einer Einrichtung (8, 8a) zum Antrieb und zur Regelung des Volumenstromes der Fördereinrichtung (5) verbunden ist.

Description

Verfahren zur Optimierung der Annahmeleistung einer Meßanlage für Milch und Meßanlage zum Durchführen des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Annahmeleistung einer Meßaniage für Milch, insbesondere für einen Milchsammelwagen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Meßanlage zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 7 oder 8.
Einer Meßanlage für Milch, insbesondere für einen Milchsammelwagen, liegt die Aufgabe zugrunde, Milchmengen aus Anlieferungsbehältern der Lieferanten anzunehmen und in einen Sammelbehälter zu überführen. Dabei ist die Menge der überführten Milch über ihr Volumen zu bestimmen und gegenüber jener des vor- hergehenden und des nachfolgenden Lieferanten eindeutig abzugrenzen. Damit aus dem Volumen der überführten Milchmenge deren Masse ermittelt werden kann, ist der Flüssigkeitsvolumenstrom, der in die Meßanlage eintritt und dem gasförmige Bestandteile, insbesondere Luft, beigemischt sein können, vollständig zu entgasen bzw. zu entlüften. Der von Luftbeimengungen befreite Flüssigkeitsvo- lumenstrom verläßt, nachdem er meßtechnisch erfaßt wurde, die Meßanlage und gelangt in einen nachgeordneten Sammeltank. Die abgetrennte Luft resultiert fast ausschließlich aus jener Luft, die bei der Miichannahme, insbesondere der Milch zu Beginn der Milchübernahme und beim Ausschnorcheln zum Ende der Milchübernahme, in die Meßaniage gelangt und nur zu einem außerordentlich geringen Teil aus Luft, die als kleine und kleinste Luftblasen in der Milch des Anlieferungsbehälters deponiert ist. Eine Desorption von in Luft gelöster Milch wird nicht angestrebt; sie läßt sich jedoch unter bestimmten verfahrenstechnischen Bedingungen (Vakuumbetrieb) nicht verhindern.
Bekannte Meßanlagen sind mit einer Steuerung/Regelung ausgestattet, deren Aufgabe darin besteht, ausgehend von einem eichgenauen Flüssigkeitsstand im Luftabscheiderbehälter als Ergebnis der Übernahme und Abgrenzung der Milch- menge des vorhergehenden Lieferanten, die Milchübernahme des nachfolgenden Lieferanten zu starten, den Luftabscheiderbehalter so weit mit Milch anzufüllen, daß eine hinreichende Luftabscheidung aus Milch erreicht wird, und im Anschluß an die Übernahme der Milch das Flüssigkeitsniveau eichgenau auf das Abschaltniveau, welches Ausgangspunkt dieser Milchübernahme war, abzusenken.
Die Steuerung/Regelung soll neben einer 'normalen' Milchübernahme auch Son- derfälle bzw. auch unvorschriftsmäßige Handhabungen des Systems beherrschen. Hierzu gehört beispielsweise willkürliches Luftschnorcheln während der Milchübernahme, beabsichtigtes oder unbeabsichtigtes zeitweises Verschließen der Annahmeleitung am Ansaugstutzen und Ansaugen aus mehreren Behältnissen eines Lieferanten mit unterschiedlich langen Pausen beim Wechsel vom ei- nen zum anderen Behältnis. Darüber hinaus soll die Meßanlage steuerungs- und regelungstechnisch leicht an unterschiedliche Ansaugbedingungen (Ansaughöhe und/oder Schlauchlänge) anpassbar sein und in jedem Falle ohne Instabilitäten zügig einen stabilen Betriebspunkt finden.
Die bisher bekannt gewordenen Meßanlagen, die entweder als sog. Pumpenoder Vakuumsysteme ausgeführt sind, arbeiten über die Zeitdauer der Milchannahme mit einer im wesentlichen konstanten Annahmeleistung, die durch die Auslegung des Pumpen- bzw. Vakuumsystems determiniert ist. Unter Annahmeleistung soll im folgenden das in einer Zeitspanne Δt überführte blasenfreie Milch- volumen ΔV, demnach der blasenfreie Volumenstrom Q (beispielsweise in dm3/h oder l/h), verstanden werden. Dabei ist festzustellen, daß die Annahmeleistungen in den letzten Jahren bis auf 30.000 l/h, in Einzelfällen sogar noch darüber hinaus, gesteigert wurden, wobei der sog. Luftabscheiderbehälter der Meßanlage ein deren maximale Annahmeleistung limitierendes Bauteil darstellt.
Die heute bekannten Luftabscheiderbehälter trennen die in der Milch enthaltenen Luftblasen von der Milch überwiegend durch Auftrieb und anschließende Abscheidung über die freie Flüssigkeitsoberfläche und nur zu einem geringen Teil durch Separierung und Abscheidung der Luftblasen im Zentrifugalfeld einer rotie- renden Milchströmung im Luftabscheiderbehälter. Daher wird bei der Auslegung bekannter Luftabscheiderbehälter dafür Sorge getragen, daß die Absenkgeschwindigkeit der Milch im Behälter im Vergleich zu der Aufsteiggeschwindigkeit der Luftblasen klein ist. Dies gelingt durch eine möglichst große Verweilzeit τ der Milch und damit der in ihr enthaltenen Luftblasen im Luftabscheiderbehälter, wobei die Verweilzeit τ bei vorgegebener Annahmeleistung Q durch das flüssigkeits- erfüllte Volumen VL des Luftabscheiderbehälters bestimmt wird (Verweilzeit τ = VL/Q). Eine große Verweilzeit hat somit zwangsläufig einen großen Behälterquer- schnitt zur Folge, da eine Behälterkonfiguration mit einer gegenüber dem Behälterdurchmesser großen Bauhöhe den Abscheideweg vergrößert und damit die Abscheideleistung ungünstig beeinflußt.
Da das Raumangebot, insbesondere auf einem Milchsammelwagen, in allen Richtungen begrenzt ist, sind einer Vergrößerung der Abmessungen des
Luftabscheiderbehälters natürliche Grenzen gesetzt. Damit findet auch die Steigerung der Annahmeleistung durch Vergrößerung des Luftabscheiderbehälters eine Begrenzung, will man nicht Gefahr laufen, daß das Meßergebnis hinsichtlich des bei der Milchannahme überführten Volumens durch Mitreißen von Luftblasen in und durch den Volumenzähler in unzulässiger Weise verfälscht wird. Bekannte Meßanlagen begrenzen die Annahmeleistung auf einen maximalen Wert, mit dem auch schwierige Ansaugverhältnisse (Luftsaugen bei Unterbrechung der Milchförderung) beherrscht werden können. Mit dieser zulässigen Annahmeleistung sind bei günstigen bzw. normalen Ansaugverhältnissen die Meßanlage und speziell der Luftabscheiderbehälter unterfordert, so daß unter diesen Ansaugbedingungen eine ungenutzte Leistungsreserve vorliegt.
Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, die Luftabscheidung im Luftabscheiderbehälter zu verbessern, ohne dabei zum konstruktiven Mittel einer weiteren Ver- größerung des Luftabscheiderbehälters zu greifen. Ein in der DE 41 11 280 C1 beschriebener Luftabscheider versucht das Problem dadurch zu lösen, indem er die Strömungsgeschwindigkeit der in den Luftabscheider einströmenden Milch unmittelbar vor dem Eintritt in den Luftabscheider herabsetzt. Hierzu wird vorgeschlagen, daß dem Einiaufstutzen ein als Stopfen mit einer Vielzahl von paralle- len Kanälen ausgebildeter Staukörper zusammen mit einem sich auf dessen Querschnitt erweiternden Trichter vorgeschaltet ist. Im Ergebnis soll mit dem bekannten Luftabscheider erreicht werden, daß die Milchmeßanlage mit höherer Durchsatzleistung betrieben werden kann, ohne daß bei dieser höheren Leistung die Milch einen höheren Anteil an den Lufteinschiüssen als in herkömmlichen Anlagen hat, oder daß sie bei gleicher Durchsatzleistung einen geringeren Anteil an Lufteinschlüssen hat. Die vorstehend vorgeschlagenen Maßnahmen sind problematisch, da hierdurch zusätzlich einerseits Strömungswiderstände und ande- rerseits Reinigungsprobleme aufgrund der extrem vergrößerten flüssigkeitsbe- rührten Oberflächen geschaffen werden.
Andere aus der DE 40 07 914 C2 bekannte Maßnahmen zielen darauf ab, das Untermischen von Luft beim Einfüllen in den Luftabscheider weiter zu reduzieren, um dadurch, in begrenztem Umfang, die Annahmeleistung weiter steigern zu können. Dies soll dadurch erreicht werden, daß bei dem Luftabscheider mindestens ein weiterer gegenüber dem einen Einlauf höhenversetzter Einlauf vorgesehen ist, und daß sämtliche Einlaufe mit Absperrventilen ausgestattet sind, die von einer auf das Milchniveau im Behälter ansprechenden Steuereinrichtung derart ge- steuert werden, daß bei ansteigendem Niveau von dem unteren Einlauf auf den nächst höheren Einiauf usw. und bei fallendem Niveau umgekehrt umgeschaltet wird. Es liegt auf der Hand, daß die vorgeschlagenen Maßnahmen lediglich dazu geeignet sind, die durch das maximale Volumen des Luftabscheiderbehälters bestimmte maximale Verweilzeit so oft wie möglich optimal auszunutzen. Es ist nicht erkennbar, wie das bekannte System eine Steigerung der Annahmeleistung über seine maximale, durch die Verweilzeit bestimmte Annahmeleistung hinaus bewerkstelligen kann, wenn zusätzlich die Gefahr großer Lufteinbrüche gegeben ist.
Den vorstehend genannten Druckschriften zum Stand der Technik ist zu entnehmen, wie ein Untermischen der in den Luftabscheiderbehälter geförderten Luft in die Flüssigkeit verhindert oder erschwert wird. Es wird dort weder versucht, die Luftbeladung der dem Luftabscheiderbehälter zuströmenden Milchströmung qualitativ oder gar quantitativ zu bestimmen, noch sind diesem Stand der Technik Hin- weise zu entnehmen, daß die vorgesehenen Maßnahmen zur Reduzierung der Luftbeimischung im Luftabscheiderbehälter nur dann ergriffen werden oder greifen, wenn tatsächlich eine signifikante Luftbeladung gegeben ist. Der Verzicht auf eine diesbezügliche Information zur vorliegenden Luftbeladung ist bemerkens- wert, da es im Stand der Technik nicht an Verfahren und Vorrichtungen zum Messen der Dichte von Fluiden fehlt, wobei bekanntlich die Dichte einer Flüssigkeit in signifikanter Weise von Gasbeimengungen beeinflußt wird.
Aus der DE 38 25 422 A1 ist beispielsweise eine Vorrichtung zum Messen der Dichte von Fluiden mittels akustischer Signale, vorzugsweise Ultraschall- Schwingungen, bekannt, mit der die Dichte einer strömenden Flüssigkeit sehr genau quantitativ bestimmt werden kann. Die bekannte Vorrichtung zeichnet sich gegenüber anderen bekannten Vorrichtungen und Verfahren zum Messen der Dichte bzw. Konzentration eines homogenen oder inhomogenen Fluids mit Hilfe von Ultraschall-Schwingungen dadurch aus, daß sie weniger mit dem Nachteil der Störanfälligkeit durch Blasen oder feste Partikel im Fluid behaftet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Annahmeleistung ei- ner Meßanlage für Milch, inbesondere für einen Milchsammelwagen, bei Verwendung der bekannten Luftabscheidersysteme gegenüber den derzeit realisierbaren Annahmeleistungen wesentlich zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird verfahrenstechnisch durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche. Eine Meßanlage zum Durchführen des vorgeschlagenen Verfahrens wird durch die Merkmale des Nebenanspruchs 7 (Pumpensystem) oder durch jene des Nebenanspruchs 8 (Vakuumsystem) verwirklicht.
Das vorgeschlagene Verfahren macht sich die Erkenntnis zunutze, daß eine signifikante Luftbelandung der überführten Milch in der Regel zu Beginn der Milchübernahme und beim Ausschnorcheln des Anlieferungsbehälters zum Ende der Milchübernahme auftritt. Der zwischenzeitliche Überführungszyklus ist im Regelfall weitgehend frei von Lufteinbrüchen und er stellt, gemessen an der Zeit- dauer für Beginn und Ende der Milchübernahme, den überwiegenden Zeitraum dar, falls das vorgeschlagene Verfahren bestimmungsgemäß dort angewendet wird, wo es aufgrund der vorliegenden Bedingungen anwendbar ist, nämlich bei mittleren und größeren Anlieferungsmengen. Hier überwiegt die Überführungszeit gegenüber den Vor- und Nachbereitungszeiten einer Milchannahme. Kleine und kleinste Anlieferungsmengen, bei denen bei herkömmlichen Annahmeleistungen Beginn und Ende der Milchannahme bereits unmittelbar aufeinanderfolgen, entziehen sich naturgemäß den vorliegenden Bemühungen zur Steigerung der An- nahmeleistung. Die angestrebte Steigerung der Annahmeleistung über die herkömmlich erreichbaren 30.000 l/h hinaus bis in einen Bereich von 40.000 l/h oder gar bis 60.000 l/h bleibt verständlicherweise der Überführung von größeren Anlieferungsmengen vorbehalten, also beispielsweise der Anlieferung aus großen Hofbehältem oder Wannen.
Das vorgeschlagene Verfahren bewirkt eine Reduzierung der Annahmeleistung auf den für die Meßanlage unter den gegebenen Bedingungen (Luftbeladung) zugelassenen Wert, und zwar immer dann, wenn in der Annahmeleitung eine Luftbeladung festgestellt wird, die in Relation zur eingeschalteten Annahmelei- stung und zur verfügbaren Abscheideleistung des Luftabscheiderbehälters nicht mehr beherrschbar ist. Wenn keine Luftbeladung feststellbar ist, wird die Annahmeleistung durch eine geeignete Fördereinrichtung in Verbindung mit einem regelbaren Antrieb hochgefahren, und zwar ohne Rücksicht auf die durch die Baugröße des Luftabscheiderbehälters determinierte Verweilzeit der Milch in diesem Behälter. Andererseits lassen sich unplanmäßige und unvorhersehbare Lufteinbrüche zeitnah durch Reduzierung der Annahmeleistung auffangen. Dies ist bei herkömmlichen Meßanlagen nicht möglich, da deren Annahmeleistung entweder von vornherein so niedrig ausgelegt oder eingestellt ist, daß derartige Luftbeladungen sicher beherrschbar sind (Vorhandensein von Leistungsreserven) oder daß es bei Auslegung mit höheren Annahmeleistungen dann zu unvermeidbaren, daß Meßergebnis verfälschenden Luftdurchbrüchen kommt. Das vorgeschlagene Verfahren verwendet allein den aus der Luftbeladung resultierenden Unterschied der Intensitäten und/oder der Laufzeiten, und zwar dadurch, daß die Temperatur der strömenden Milch kontinuierlich erfaßt und der Temperatureinfluß eliminiert wird. Bekanntlich hat die Temperatur einen großen Störeinfluß auf die Schallgeschwindigkeit. Die vorgeschlagene Veränderung der Annahmeleistung kann darüber hinaus zum einen in Abhängigkeit von dem gemessenen Unterschied der Intensität zwischen dem gesendeten und dem empfangenen Meßsignal und/oder vom Unterschied der Laufzeiten zeitversetzter Meßsignale erfolgen, und zum anderen derart, daß die Annahmeleistung dabei entweder kontinuierlich oder in Stufen verändert wird.
Um Laufzeitänderungen durch Strömungseinfluß auszuschließen, werden die Meßsignale im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung der Milchströmung in der Annahmeieitung in letztere eingebracht.
Hinsichtlich einer vorliegenden Luftbeladung besonders aussagefähige Unterschiede der Laufzeiten der Meßsignal liegen vor, wenn als Meßsignale Ultraschall-Schwingungen zur Anwendung kommen.
Es hat sich in diesem Zusammenhang als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn in einem Zeitintervall Δt eine Anzahl n Einzelmessungen der Laufzeit Ts der Ultraschall-Schwingungen durchgeführt werden und wenn hieraus aus einer Anzahl m gültiger Einzelmessungen ein Mittelwert TSm gebildet wird. Die Bildung dieses Mittelwertes ist von zwei Kriterien abhängig, die beide jeweils erfüllt sein müssen, wobei der ermittelte Mittelwert TSm dann jeweils zur Aufschaltung einer größeren Annahmeleistung von zwei verfügbaren Annahmeleistungen herangezogen wird. Das erste Kriterium zur Bildung des Mittelwertes TSm ist dann erfüllt, wenn die Laufzeit Ts der Ultraschall-Schwingung in einem durch einen oberen und einen unteren Schwellwert TSmaχ bzw. TSmin begrenzten Laufzeitfenster liegt. Das zweite Kriterium wird erfüllt, wenn ein Anteil k, gebildet aus der Anzahl m gültiger Einzelmessungen zur Anzahl n der insgesamt vorgenommenen Einzelmessungen, einen vorgegebenen Wert übersteigt (m/n > k). Durch dieses statistische Verfahren bleiben Ausreißer und Fehlmessungen weitestgehend ohne Einfluß auf den regelungstechnischen Eingriff in die Annahmeleistung. Das Laufeeit- fenster ist derart determiniert, daß Laufeeiten, die in diesem gemessen werden, eindeutig darauf schließen lassen, daß keine Luftbeladung der Miichströmung vorliegt. Laufeeiten oberhalb des Schwellwertes TSm« signalisieren eine Unterbrechung der Milchförderung. Laufeeiten unter dem Schwellwert TSmin zeigen in der Regel eine Fehlmessung an, da die Schallaufeeit in völlig luftfreier Milch bei vorgegebener Lauflänge des Signals und einem physikalisch gegebenen Wert für die momentane Schallgeschwindigkeit unter diesen Bedingungen eindeutig nach unten begrenzt ist.
Das vorgeschlagene Verfahren ist sowohl für Pumpen- als auch für Vakuumsysteme anwendbar. In beiden Fällen wird die Milchströmung in der Annahmeiei- tung mit den infrage kommenden Meßsignalen beaufschlagt, da hier infolge des niedrigsten absoluten Druckes in der Meßanlage eine bevorzugte Entbindung von Luftblasen aus der Milch stattfindet. Beim Pumpensystem erfolgt die Reduzierung der Förderleistung dadurch, daß ein Zugriff auf den Volumenstrom der Fördereinrichtung erfolgt. Beim Vakuumsystem ist einerseits ein Zugriff auf den Volumenstrom der dem Luftabscheiderbehälter nachgeordneten Fördereinrichtung als auch ein Zugriff auf die Verbindungsleitung zwischen dem Kopfraum des Luftabscheiders und einer Unterdruckquelle erforderlich, damit insbesondere eine Überflutung des Luftabscheiderbehälters, die bei Reduzierung allein der Förderleistung der Fördereinrichtung eintreten würde, verhindert werden kann.
Um die in der zu überführenden Milchströmung enthaltene Luft gezielt im Bereich der Einkopplung der Meßsignale in die Annahmeleitung zu entbinden, wird weiterhin vorgeschlagen, daß, in Strömungsrichtung gesehen, vor der Beaufschlagung der Milchströmung mit Meßsignalen in dieser kaviatationsbegünstigende Einbauten vorgesehen sind. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine in der Strömung angeordnete Abrißkante oder einen sog. Stolperdraht handeln.
Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Fördereinrichtung als Impeilerpumpe derart ausgebildet wird, daß bei relativ kleiner Drehzahl ein relativ hoher Förderstrom vorliegt. Dies gelingt dadurch, daß zwei auf einer gemeinsamen Welle nebeneinander liegende Impeller in einem entsprechend aus- gestalteten Gehäuse vorgesehen sind. Die relativ niedrige Drehzahl der Impeilerpumpe wirkt sich positiv auf Kavitation, Milchqualität, Verschleiß und Geräuschentwicklung aus. Da die vorgesehene Impeilerpumpe im normalen Annahmebetrieb mit niedriger Drehzahl arbeitet, kann sie beispielsweise durch im wesentli- chen nachteilsfreie Erhöhung der Drehzahl auf eine Förderleistung gebracht werden, mit der üblicherweise das Umpumpen der Milch vom Sammelwagentank in den Tank eines Anhängers durchgeführt wird. Eine separate Umpumpanlage ist daher nicht mehr erforderlich.
Ausführungsbeispiele zweier Meßanlagen zum Durchführen des vorgeschlagenen Verfahrens sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen
Figur 1 in schematischer Darstellung die Meßanlage bei Verwirklichung eines Pumpensystems und Figur 2 die vorgeschlagenen Maßnahmen im Rahmen einer Meßanlage, die als Vakuumanlage ausgebildet ist.
Eine Annahmeleitung 4 (Figur 1), in der eine Fördereinrichtung 5, angetrieben von einem Antriebsmotor 8, angeordnet ist, mündet in den Kopfbereich eines Luftabscheiderbehälters 3. Letzterer ist in an sich bekannter Weise mit einer schwimmergesteuerten Entlüftungseinrichtung 6 ausgerüstet. Aus dem Luftabscheiderbehälter 3 mündet im Bodenbereich eine Überführungsleitung 2 aus, in der ein Volumenzähler 1 angeordnet ist. Vor der Fördereinrichtung 5 sind auf der einen Seite der Annahmeleitung 4 ein Ultraschallsender 9a und, auf der gegenüberliegenden Seite, ein Ultraschallempfänger 9b angeordnet. Beide sind mit einer Signalverarbeitungseinrichtung 10 verbunden, die ihrerseits mit einer Einrichtung 8a zur Regelung des Antriebsmotors 8 und damit des Volumenstro- mes der Fördereinrichtung 5 verbunden ist. Die Annahmeleitung 4 endet in einem Anlieferungsbehälter 7, aus welchem die zu überführende Milch angesaugt wird. Bei der hier in Rede stehenden Annahmeleistung handelt es sich bei dem Anliefe- rungsbehälter 7 vorzugsweise um Hofbehälter oder Kühlwannen größeren Volumens.
Über den Ultraschallsender 9a wird die Milchströmung mit Ultraschall- Schwingungen beaufschlagt. Auf der gegenüberliegenden Seite der Annahmeleistung 4 werden diese Impulse mit dem Ultraschallempfänger 9b empfangen. Aus dem Intensitätsunterschied zwischen dem gesendeten und dem empfangenen Meßsignal und/oder dem Unterschied der Signallaufzeiten lassen sich Rückschlüsse auf die Luftbeladung der Milchströmung ziehen.
Das Verfahren zur Optimierung der Annahmeleistung einer Meßanlage für Milch gestaltet sich besonders einfach, wenn die Messung qualitativ durchgeführt wird. Dies geschieht durch das Arbeiten mit Schwellwerten für die Signallaufzeiten, indem mit einem sogenannten Laufzeitfenster gearbeitet wird. Es kommt daher bei dem vorgeschlagenen Meßverfahren nicht darauf an, zu wissen, wie hoch die Luftbeladung der Milchströmung quantitativ ist, sondern es wird lediglich festgestellt, ob eine Luftbeladung gegeben ist und ob sie unter- oder oberhalb eines bestimmten Grenzwertes liegt. Eine Überschreitung des Grenzwertes bewirkt das Aufschalten einer Annahmeleistung, für die die Meßanlage zugelassen ist, und ein Unterschreiten des Grenzwertes veranlaßt die Aufschaltung einer erhöhten Annahmeleistung.
Die Milchannahme beginnt mit dem Ansaugvorgang, bei dem der Luftabscheiderbehälter 3 zunächst als Speicherbehälter fungiert. In dieser Phase ist mit einer größeren Luftbeladung der Milch zu rechnen, die allerdings aufgrund der Be- triebsbedingungen insgesamt (verminderte Anlaufleistung der Meßanlage, Speicherung im nur teilweise gefüllten Luftabscheiderbehälter 3) noch relativ leicht zu beherrschen ist. Sobald die Signalverarbeitungseinrichtung 10 bei zunächst luftfreier Milchförderung und hoher Annahmeleistung aufgrund der Auswertung der Meßsignale die Überschreitung eines Grenzwertes der Luftbeladung in der Milchströmung der Annahmeleistung 4 feststellt, die bei der aufgeschalteten Annahmeleistung durch den Luftabscheiderbehälter 3 nicht mehr einwandfrei abgeschieden werden kann, wird der Volumenstrom der Fördereinrichtung 5, in Stufen, vorzugsweise von einer größeren Qi auf eine kleinere Annahmeleistung Q2, oder auch stufenlos, so weit reduziert, daß der Luftabscheiderbehälter 3 die in ihn ein- getragene Luft abscheiden kann. Bei Unterschreiten des Grenzwertes der Luftbe- landung wird der Volumenstrom der Fördereinrichtung 5 wieder kontinuierlich oder in Stufen erhöht. Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen sind bei entsprechender Auslegung der Fördereinrichtung 5 bei gleichzeitig moderaten milch- schonenden Antriebsdrehzahlen der Fördereinrichtung 5 eine Anπahmelei stung weit über den herkömmlichen Leistungsbereich von 30.000 l/h hinaus bis in den Bereich von 40.000 bis 60.000 l/h realisierbar, ohne daß es hierbei zu Meßwertverfälschungen kommt.
Bei dem Vakuumsystem (Figur 2) erfolgt die Regelung der Annahmeleistung derart, daß zum einen die dort in der Überführungsleitung 2 angeordnete Fördereinrichtung 5, in gleicher Weise, wie dies beim Pumpensystem gemäß Figur 1 vorgesehen ist, regelungstechnisch in Verbindung mit der Signalverarbeitungsein- richtung 10 behandelt wird. Da eine Reduzierung allein des Volumenstromes der Fördereinrichtung 5 noch nicht ausreicht, um auch den über die Annahmeleitung 4 in den Luftabscheiderbehälter 3 eintretenden Milchstrom zu reduzieren, ist auch der Zugriff einer nicht dargestellten Unterdruckquelle über eine Verbindungsleitung 6* zum Kopfraum des Luftabscheiderbehälters 3 zu reduzieren bzw. für eine bestimmte Zeit ganz zu unterbinden. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß eine Absperreinrichtung 6a in der Verbindungsleitung 6* durch die Signalverarbeitungseinrichtung 10, parallel zum regelungstechnischen Eingriff an der Fördereinrichtung 5, geschaltet wird.
Es versteht sich, daß die Regelung des Volumenstromes der Fördereinrichtung 5 nur beispielhaft und stark vereinfacht dargestellt ist. Hier kennt die Praxis vielfältige Lösungsmöglichkeiten, die von Sachkundigen bei Kenntnis des hier vorgeschlagenen grundlegenden Erfindungsgedankens ohne weiteres realisiert werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Optimierung der Annahmeleistung einer Meßanlage für Milch, insbesondere für einen Milchsammelwagen, wobei die Meßanlage als Pumpen- oder Vakuumsystem ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine in die Meßanlage über eine Annahmeleitung eintretende Milchströmung derart mit Meßsignalen beaufschlagt wird, daß diese die Milchströmung durchdringen und sich die Intensität und/oder die Laufzeit der Meßsignale dabei in Abhängigkeit von einer Luftbeladung der Milchströmung ändert, daß ein Unterschied der Intensität zwischen dem gesendeten und dem empfangenen Meßsignal und/oder ein Unterschied der Laufzeiten zeitversetzter Meßsignale in an sich bekannter Weise herangezogen werden bzw. wird zur Feststellung einer Luftbeladung der Milchströmung, und daß der allein aus der Luftbeladung resultierende Unterschied der Intensitäten und/oder der Laufzeiten
• bei Überschreiten eines Grenzwertes der Luftbeladung eine Annahmeleistung aufschaltet, für die die Meßanlage unter diesen Bedingungen zuge- lassen ist, und
• bei Unterschreiten des Grenzwertes eine höhere Annahmeleistung aufschaltet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Annahme- leistung in Abhängigkeit vom Unterschied der Intensitäten und/oder der Laufzeiten und dabei in Stufen oder kontinuierlich verändert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsignale im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung der Milchströmung in letztere eingebracht werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßsignale Ultraschall-Schwingungen zur Anwendung kommen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
• daß in einem Zeitintervall Δt eine Anzahl n Einzelmessungen der Laufzeit Ts der Ultraschall-Schwingungen durchgeführt werden,
• daß ein Mittelwert TSm aus einer Anzahl m gültiger Einzelmessungen gebil- det und
• dieser zur Veränderung der Annahmeleistung verwendet wird, wenn der Anteil m/n einen vorgegebenen Anteil k übersteigt (m/n > k),
• wobei die Gültigkeit der Einzelmessung gegeben ist, wenn die Laufzeit Ts der Ultraschall-Schwingung in einem durch einen oberen und einen unteren Schwellwert JSmsx bzw. TSmm begrenzten Laufeeitfenster liegt
(Tsmin < TS < Tsmax), Und
• daß der Mittelwert TSm die größere Annahmeleistung von zwei verfügbaren Annnahmeleistungen Qι,Q2 (Qi > Q∑) einschaltet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß, in Strömungsrichtung gesehen, vor der Beaufschlagung der Milchströmung mit Meßsignalen in dieser kavitationsbegünstigende Einbauten vorgesehen sind.
7. Meßanlage zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche
1 bis 6, mit einer Annahmeleitung, in der eine hinsichtlich ihres Volumenstromes regelbare Fördereinrichtung vorgesehen ist, einem nachgeschalteten Luftabscheiderbehälter, in den die Annahmeleitung einmündet, und einer aus dem Luftabscheiderbehälter ausmündenden Überführungsleitung, in der ein Volumenzähler angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Fördereinrichtung (5), auf der einen Seite der Annahmeleitung (4), ein Ultraschallsender (9a) und, auf der gegenüberliegenden Seite, ein Ultraschallempfänger (9b) angeordnet sind, und daß eine Signal Verarbeitungseinrichtung (10) vorgesehen ist, die mit dem Ultraschallsender (9a) und -empfänger (9b) sowie mit einer Einrichtung (8,8a) zum Antrieb und zur Regelung des Volumenstromes der Fördereinrichtung (5) verbunden ist.
8. Meßanlage zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Annahmeleitung, die in einen nachgeschalteten Luftabscheiderbehälter einmündet, einer aus letzterem ausmündenden Überführungsleitung, in der eine hinsichtlich ihres Volumenstromes regelbare Fördereinrich- tung und nachfolgend ein Volumenzähler vorgesehen sind, und einer den
Kopfraum des Luftabscheiderbehälters mit einer Unterdruckquelle verbindenden, über eine Absperreinrichtung schaltbaren Verbindungsleitung, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Seite der Annahmeleitung (4) ein Ultraschallsender (9a) und, auf der gegenüberliegenden Seite, ein Ultraschallemp- fänger (9b) angeordnet sind, und daß eine Signalverarbeitungseinrichtung
(10) vorgesehen ist, die mit dem Ultraschallsender (9a) und -empfänger (9b), mit einer Einrichtung (8,8a) zum Antrieb und zur Regelung des Volumenstromes der Fördereinrichtung (5) sowie mit der Absperreinrichtung (6a) verbunden ist.
Meßanlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung (5) als Impeilerpumpe mit doppelter Gehäuselänge und zwei nebeneinander liegenden Impellern ausgebildet ist.
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