DE3505466C1

DE3505466C1 - Vorrichtung zur Gasabscheidung aus Milch und Abgrenzung von Milchmengen

Info

Publication number: DE3505466C1
Application number: DE3505466A
Authority: DE
Inventors: Peter Ing.(grad.) 2053 Schwarzenbek Fuhrmann; Hans-Otto 2058 Schnakenbek Mieth
Original assignee: Otto Tuchenhagen GmbH and Co KG
Current assignee: Otto Tuchenhagen GmbH and Co KG
Priority date: 1985-02-16
Filing date: 1985-02-16
Publication date: 1986-04-30
Also published as: EP0192182A2; EP0192182A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gasabscheidung aus Milch und Abgrenzung von Milchmengen als Teil einer Meßanlage zur Annahme von Milch aus Milchbehältern und zur Überführung der Milch in einen Sammelbehälter dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine dem Oberbegriff des Hauptanspruchs weitgehend entsprechende Abscheidevorrichtung zeigt die DE-OS 28 55 653. Bei der bekannten Vorrichtung bilden jedoch Schwimmer und Verdrängerkörper ein gemeinsames Bauteil, der Schwimmer hat also gleichzeitig die Funktion des Verdrängers.

Vorrichtungen der einleitend gekennzeichneten Art haben zwei Funktionen zu erfüllen:

1. sie haben die die Meßanlage durchströmende Milchmenge möglichst vollständig zu entgasen;

2. sie haben die von verschiedenen Lieferanten nacheinander angenommenen Milchmengen im Rahmen der von der Physikalisch Technischen Bundesanstalt überwachten und in der Eichordnung (vgl. Bundesgesetzblatt I vom 21.1.1975, EO) festgelegten Eichfehlergrenzen abzugrenzen.

Eine möglichst vollständige Entgasung der Milch ist deshalb notwendig, weil die in Frage kommenden Meßanlagen das Volumen der die Meßanlage durchströmenden Milch und nicht deren Masse erfassen. Die Vergütung der angenommenen Milch erfolgt jedoch nach der Milchmasse, wobei der Zusammenhang zwischen Masse und Volumen über einen sogenannten Umrechnungsfaktor erfolgt. Dieser Umrechnungsfaktor ist nichts anderes als die Dichte der den Volumenzähler der Meßanlage durchströmenden Milch; er wird im wesentlichen von der Vorrichtung der einleitend gekennzeichneten Art bestimmt, ist in der Regel, abhängig vom Milcheinzugsgebiet, regional einheitlich festgelegt und stellt jenen Wert dar, der aufgrund des Standes der Technik auf diesem Gebiet mit durchschnittlichem technischem Aufwand und fachmännischem Sachverstand möglich ist.

Die Fachwelt ist seit langem bemüht, Fortschritte auf dem Gebiet der Gasabscheidung aus Milch in Verbindung mit einer Mengenabgrenzung zu erzielen. Von diesem Bemühen, sogenannte Luftabscheider zu verbessern, zeugen eine Vielzahl Druckschriften, in denen die Nachteile des Standes der Technik erörtert und Maß-

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nahmen zu deren Beseitigung vorgeschlagen werden (vgl. z. B. DE-PS 24 37 306, DE-PS 26 37 026, DE-OS 30 25 502, DE-OS 30 31 235, DE-OS 30 40 670).

Die bekannten Lösungsvorschläge sind durch folgende Gemeinsamkeiten gekennzeichnet:

1. Als Abscheidemechanismus wird der Gasblasenauftrieb im Schwerefeld der Erde genutzt und forciert. Als Konsequenz aus dieser Betrachtungsweise wird zwangsläufig eine möglichst lange Verweilzeit der Milch im Luftabscheider bei möglichst kleinen Auftriebswegen angestrebt. Es ergeben sich Behälter, die bezogen auf ihre Höhe große Durchmesser aufweisen (DE-PS 24 37 306, DE-PS 26 37 026, DE-OS 30 40 670).

2. Die Rotation der im allgemeinen tangential in den oberen Bereich des Luftabscheiderbehälters eintretenden Milch wird entweder durch Einbauten im unteren Bereich nahezu vollständig aufgehoben (rotationsfreie Strömung wird angestrebt, vgl. DE-PS 24 37 306), oder es wird versucht, die Rotationskomponente aufrechtzuerhalten (Einbau von Leitblechen oder dgl., vgl. DE-PS 26 37 026).

Daß das vorliegende Problem mit den bekannten Lösungsmitteln als nicht befriedigend gelöst angesehen werden kann, beweisen einerseits die geltenden Umrechnungsfaktoren und andererseits die tatsächlich erreichten Milchdichten hinter dem Luftabscheider, die insbesondere bei kleinen anzunehmenden Milchmengen noch beträchtlich von der Dichte der vollständig entgasten Milch abweichen.

Die Erklärung für diesen Tatbestand liegt auf der Hand. Kleine und kleinste in Milch gelöste Gasblasen sind allein über Auftriebskräfte selbst bei großen Verweilzeiten, d. h. großen Abscheiderbehältern mit großen Flüssigkeitsvorlagen, nicht mehr austragbar. Ihre Aufstiegsgeschwindigkeit — dieses trifft vor allem für kalte Milch mit hoher Viskosität zu — ist selbst im beruhigten Kernbereich des Abscheiderbehälters nicht mehr ausreichend. Abgesehen davon sind im Durchmesser große Abscheiderbehälter bei den im allgemeinen beengten Platzverhältnissen im Umfeld einer Meßanlage nur schwer unterzubringen.

Einbauten zur Aufrechterhaltung der Rotationskomponente (vgl. DE-PS 26 37 026) sind unzureichend, da sie grundsätzlich reibungsbehaftet arbeiten und Rotationsenergie in Reibungswärme dissipieren.

Ein weiterer Nachteil trifft sämtliche bekannte Luftabscheider, die mit möglichst großer Flüssigkeitsvorlage arbeiten. Es handelt sich um die sogenannte Nachentgasung einer relativ großen Milchmenge im Luftabscheider, die dazu führt, daß der Milchspiegel zum Zeitpunkt des Abbruchs der Förderung eine Niveauhöhe im Luftabscheiderbehälter hat, die größer ist als jene, welche der Milchspiegel einnehmen würde, wenn die Restmilchmenge im Luftabscheiderbehälter vollständig entgast wäre. Das Problem der Nachentgasung erschwert die einleitend beschriebene Mengenabgrenzung oder macht sie gar bei kleinen und kleinsten anzunehmenden Milchmengen im Rahmen der durch die Eichordnung vorgeschriebenen Eichfehlergrenzen unmöglich. Zur Beseitigung dieser Nachteile wurden aufwendige Maßnahmen vorgeschlagen, wie beispielsweise eine Herabsetzung der Milchförderleistung in der Endphase des Übernahmevorganges (DE-OS 30 31235) oder aber durch aufwendige Ausgestaltung des Schwimmers in Verbindung mit besonderen Maßnahmen zur Bemessung der durchströmbaren lichten Querschnittsflächen des Luftabscheiderbehälters (DE-OS 30 25 502).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art zu schaffen, die mit kleinerer Milchvorlage als die bekannten Vorrichtungen arbeitet und dabei einen gegenüber diesen verbesserten Abscheidegrad von Luft aus Milch erreicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

ίο daß der Gehäusemantel einen gegenüber seiner Höhe kleinen Durchmesser im Bereich des Einlaufstutzens aufweist, daß der Auslaufstutzen tangential aus dem Gehäusemantel ausmündet und daß der Schwimmer in seiner Schaltphase den Verdrängungskörper mit der MLttelöffnung umschließt.

Die erfindungsgemäße Lösung nutzt nicht mehr, wie die bekannten Anordnungen, allein den Abscheidemechanismus durch Gasblasenauftrieb im Schwerefeld der Erde, sondern sie macht sich gezielt die erhöhte Abscheidewirkung durch die Fliehkräfte in einer rotierenden Strömung zu eigen. Dabei ist sichergestellt, daß die Rotationskomponente der Strömung nicht durch Einbauten, insbesondere unterhalb des Schwimmers, verringert wird. Neben der Drallerzeugung durch tangentialen Eintritt trägt der tangential aus dem Gehäusemantel ausmündende Auslaufstutzen besonders wirksam zur Drallerhaltung bei. Das Gas/Milch-Gemisch strömt mit hoher Geschwindigkeit dem oberen Bereich des Gehäuses zu und läuft an der Innenwandung des Gehäusemantels als dünner, energiereicher Film ^schraubenförmig herab. Die benachbarten Bereiche, einschließlich des Kernbereiches des Gehäuses, sind dabei ebenfalls mit Milch gefüllt. Die Gasblasen streben unter dem Einfluß der Fliehkraft mit der Schwebegeschwindigkeit

Wsz =

radial nach innen in den Randbereich des energiereichen Flüssigkeitsfilms und werden von einer aufwärts gerichteten Sekundärströmung erfaßt. Mit

K = wV(rg)

bezeichnet man das Beschleunigungsvielfache, wobei w, die Umfangsgeschwindigkeit des einströmenden Gas/ Milch-Gemisches, r der Behälterradius und g die Erdbeschleunigung ist.
Mit w_s wird die Aufstiegsgeschwindigkeit einer Gasblase im Erdschwerefeld bezeichnet, wobei diese Aufstiegsgeschwindigkeit unter anderem eine Funktion des Gasblasendurchmessers d_p ist:

= f(d_p)

An dem quantitativen Zusammenhang aus den Gleichungen (1) und (2) erkennt man, daß die radial nach innen gerichtete Schwebegeschwindigkeit w_sz dem Quadrat der Umfangsgeschwindigkeit w, proportional und dem Radius und damit dem Durchmesser des die Rotationsströmung berandenden Behälters umgekehrt proportional ist.

Die Erfindung trägt dieser physikalischen Erkenntnis Rechnung, indem der Gehäusemantel einen gegenüber seiner Höhe kleinen Durchmesser aufweist. Damit andererseits ein bestimmter, vom Gasblasendurchmesser dp abhängiger axialer Strömungsweg von jeder Gasblase zurückgelegt werden kann und sie dadurch aus dem

energiereichen Flüssigkeitsfilm in Wandnähe in den Bereich der aufwärts gerichteten Sekundärströmung gelangt (vgl. Strömungsfelder in Hydrozyklonen, D. F. Kelsall, Trans. Inst. Chem. Engrs. 30, 87/108 (1952)), ist der Schwimmer außerhalb seiner Schaltphase oberhalb des Verdrängungskörpers angeordnet, sind eine bezogen auf den Durchmesser des Gehäuses im Bereich des Einlaufstutzens große Höhe und eine möglichst kleine axiale Strömungskomponente am Eintrittsstutzen (axiale Neigung) vorgesehen.

Es ist wichtig, daß die radialen Separationsbewegungen der Gasblasen aus dem energiereichen Flüssigkeitsfilm heraus nicht durch Einbauten behindert werden. Daher umfaßt der Schwimmer nur in seiner Schaltphase (Bereich oberhalb und in der Nähe der Abschaltstellung) den Verdrängungskörper. Bei hoher Annahmeleistung gibt der Schwimmer einen großen Strömungsquerschnitt zwischen Verdrängungskörper und Innenwand des Gehäusemantels frei. Die Gasblasen können sich dadurch in einem axial großen Bereich unterhalb des Schwimmers ungehindert radial nach innen unter dem Einfluß der Fliehkräfte in Bereiche mit einer aufwärts gerichteten Vertikalströmung abscheiden. Da der erfindungsgemäß tangential ausmündende Austrittsstutzen außerordentlich wirksam zur Drallerhaltung beiträgt, beruht bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung — im Gegensatz zu bekannten Anordnungen — der hohe Abscheidegrad von Luft aus Milch zu einem beträchtlichen Teil auf der strömungsgünstigen Ausbildung des Bereichs unterhalb des Schwimmers.

Der Durchtritts-Ringspalt zwischen GehäusemanteJ und Außenumfang des Schwimmers ist so bemessen, daß selbst bei größter Annahmeleistung die gesamte Milchmenge diesen Querschnitt durchströmt, ohne daß es dadurch zu einer Erhöhung der axialen oder tangentialen Geschwindigkeitskomponente kommt. Die radiale Separationsbewegung kleiner Luftblasen wird in diesem Bereich kaum behindert, da die axiale Erstreckung des Schwimmers relativ klein ist. Große Luftblasen haben sich dagegen überwiegend oberhalb des Schwimmers über die Oberfläche des Rotationsparaboloiden abgeschieden.

Aus der DE-PS 28 55 653 ist zwar bereits eine Vorrichtung zur Entgasung und Abgabe einer Flüssigkeit in eine Volumenmeßeinrichtung bekannt, bei der der Schwimmer — ebenso wie bei der Vorrichtung nach der Erfindung — an einem Außenumfang mit der Innenwandung des Gehäuses einen Durchtritts-Ringspalt bildet und bei der zumindest ausweislich der Zeichnung, Fig. 1, der Gehäusemantel einen gegenüber seiner Höhe kleinen Durchmesser aufweist. Bei dieser bekannten Anordnung wird allerdings durch einen zweiten Schwimmer gezielt nur die Ausbildung der Strömung oberhalb eines ersten Schwimmers beeinflußt. Die tangentiale Geschwindigkeitskomponente der Strömung wird dabei unterhalb des ersten Schwimmers durch besondere Einbauten aufgehoben; die Abströmung erfolgt in konsequenter Verfolgung der der Vorrichtung zugrunde liegenden Intensionen über einen zentral angeordneten Auslaufstutzen. Da der erste Schwimmmer gleichzeitig die Funktion eines Verdrängungskörpers übernimmt, wodurch seine axiale Beweglichkeit nach oben begrenzt und der Durchtritts-Ringspalt zwischen Schwimmer und Gehäusemantel zwangsläufig bis weit Um ein Mitreißen von unvollständig entgaster Milch aus dem Kernbereich des Gehäuses zu verhindern, sieht eine Weiterbildung der Vorrichtung gemäß der Erfindung ein Einbauteil vor, das mit dem Gehäusemantel einen Ringspalt bildet und in Verbindung mit dem Bodenteil einen Ringraum begrenzt, der in den Auslaufstutzen ausmündet und über den Ringspalt mit dem mittleren Bereich des Gehäuses verbunden ist. Der Eintrittsquerschnitt des Ringraumes wird somit durch den einerseits von der Innenwandung des Gehäusemantels begrenzten Ringspalts gebildet, wodurch sichergestellt ist, daß nur entgaster Flüssigkeitsfilm das Gehäuse über den Austrittsstutzen verlassen kann.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung sieht vor, daß das Einbauteil an seinem den Ringspalt begrenzenden Umfang eine Schälkante aufweist und daß am Gehäusemantel eine nach innen ausgebildete umlaufende Auswölbung vorgesehen ist, wobei die Schälkante innerhalb eines axialen Bereichs beiderseits der Auswölbung positioniert ist. An dieser sogenannten Schälstelle kann durch Positionierung der Schälkante des Einbauteils jene Filmdicke begrenzt werden, die in den Ringraum gelangen soll. Alle anderen Strömungsbereiche, die, in radialer Richtung betrachtet, weiter innen liegen, werden umgelenkt und strömen aufwärts. Durch die Auswölbung des Gehäusemantels im Bereich der Schälkante erfährt die abwärts gerichtete Filmströmung eine nach innen gerichtete Krümmung, wodurch vorrangig die entgaste und damit schwerere Milch auf wandnahen Strömungsbahnen verbleibt, wogegen die unvollständig entgaste und damit leichtere Milch radial nach innen abgedrängt wird.

Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die Schälkante etwas unterhalb der maximalen Auswölbung positioniert ist. Offenbar ist überwiegend nur die vollständig entgaste Milch auf wandnahen Strömungsbahnen in der Lage, die durch die Auswölbung und die Schälkante geforderte zweifache Umlenkung zu realisieren.

Eine Verstärkung des vorgenannten Effektes wird durch eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung dadurch erreicht, wenn die Auswölbung und die zugeordnete Schälkante in Mehrfachanordnung als Reihenschaltung vorgesehen sind.

Eine außerordentlich einfache Gehäusegestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung liegt vor, wenn der Gehäusemantel über seine gesamte Höhe zylindrische Form aufweist. Gegenüber einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des Gehäusemantels, wobei dieser sich zwischen dem Einlauf- und dem Auslaufstutzen stetig konisch verjüngt, ergeben sich dadurch zumindest im Bereich unterhalb des Schwimmers keine strömungsmechanischen Nachteile. Diese Tatsache läßt sich durch einschlägige Untersuchungen belegen. So schreibt H. Travinski in der Zeitschrift Chemie-Ingenieur-Technik, 30. Jahrg. 1958/Nr. 2, daß der Zylinderzyklon wirkungsmäßig gegenüber dem Konuszyklon nicht benachteiligt ist. Die Wahl zwischen Konus- und Zylinderform könne ohne Veränderung der Abscheidewirkung aus reinen Zweckmäßigkeitsgründen getroffen werden.

Mit der konischen Ausbildung des Gehäusemantels ergibt sich der nachfolgend genannte Vorteil. Durch die senkrechte Auftriebsbewegung des Schwimmers wird

in den unteren Bereich des Gehäuses hinabreicht, gibt 65 zwangsläufig der Durchtritts-Ringspalt zwischen dem

diese bekannte Vorrichtung weder Hinweise auf die der Außenumfang des Schwimmers und der Innenwandung

vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe des konischen Gehäusemantels vergrößert. Das hat zur

noch gibt sie Anregungen zu deren Lösung. Folge, daß sich die Rotationsströmung noch wesentlich

unbehinderter ausbilden kann, als dies bei der Zylinderform des Gehäusemantels der Fall ist.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung gemäß der Erfindung sieht vor, daß das Einbauteil als Flüssigkeitsverdränger ausgebildet ist. Durch diese Maßnahme wird die Milchvorlage im Sinne der Aufgabenstellung weiter verringert. Reinigungs- und vor allem Entlüftungsprobleme am Einbauteil, denen in der Regel nur durch zusätzliche Öffnungen an kritischen Stellen abzuhelfen wäre, werden dadurch sicher vermieden.

Eine einwandfreie Entleerung des Gehäuses wird sichergestellt, wenn, wie dies eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung vorsieht, der Bodenteil in radialer Richtung von außen nach innen stetig ansteigend ausgebildet ist.

Um eine vollständig ungestörte Ausbildung der Rotationsströmung innerhalb der Vorrichtung nach der Erfindung sicherzustellen, wird nach einer anderen Ausgestaltung vorgeschlagen, daß vor dem Durchströmen des Gehäuses der Schwimmer aus dem Strömungsbereich in eine Position oberhalb des Einlaufstutzens aufschwimmt. Die Kennzeichnung »vor dem Durchströmen« soll verdeutlichen, daß zunächst das Flüssigkeitsniveau im Gehäuse so weit ansteigt, daß durch Korn- pression des Luftpolsters oberhalb des Flüssigkeitsniveaus eine Milchverdrängung aus dem Gehäuse und damit dessen Durchströmen gegen den in der Regel vorhandenen Widerstand eines Rückschlagventils stattfinden kann. Falls die erfindungsgemäße Vorrichtung im Vakuum betrieben wird, setzt die Förderung von Milch infolge einer hinter dem Auslaufstutzen angeordneten Fördereinrichtung bekanntlich erst nach Erreichen eines bestimmten Flüssigkeitsstandes oberhalb des Abschaltniveaus ein. Somit kann der Schwimmer auch bei dieser Betriebsweise vor dem Durchströmen des Gehäuses aus dem Strömungsbereich in eine Position oberhalb des Einlaufstutzens aufschwimmen.

Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung, die wirkungsmäßig der vorstehenden gleichkommt, sieht vor, daß vor dem Durchströmen des Gehäuses ein in Segmente aufgeteilter Schwimmer aus dem Strömungsbereich in eine Position oberhalb des Verdrängungskörpers radial nach innen geführt wird. '

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung sieht vor, daß innerhalb der Öffnung des Verdrängungskörpers ein zweiter Schwimmer vorgesehen ist, der in der Abschaltstellung des Schwimmers den Flüssigkeitsstand über mechanische Mittel in einem Bereich oberhalb des Deckelteils abbildet. Da sich der den Verdrängungskörper umschließende Schwimmer in seiner Abschaltstellung ortsfest abstützt, kann durch ihn der zugerodnete Flüssigkeitsstand N nicht abgebildet werden. Ein in diesem Betriebszustand frei auf- und abwärts beweglicher, in der zentrischen Öffnung des Verdrängungskörpers angeordneter, relativ kleiner zweiter Schwimmer ist demgegenüber in der Lage, den Flüssigkeitsstand N über geeignete mechanische Mittel in einem Bereich außerhalb des Gehäuses abzubilden. Durch eine derartige Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung kann auf die Anordnung von Schaugläsern im Bereich des Abschaltniveaus verzichtet werden. Bekanntlich schäumt glas vorgesehen, so müssen nach der Eichordnung an diesem übereinander 3 Strichmarken angebracht sein, von denen die mittlere den Flüssigkeitsstand bezeichnet, der sich bei mittlerem Volumendurchfluß des Zählers am Ende einer Messung einstellt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung, wobei die Anordnung links von der Symmetrielinie die Vorrichtung in ihrer Abschaltstellung zeigt, während die rechtsseitige Darstellung die Vorrichtung im Betriebszustand bei voller Annahmeleistung beschreibt;

Fig.2a—2e Querschnitte in schematischer Darstellung durch den unteren Bereich des Gehäuses, wobei verschiedene Ausführungsformen des Einbauteils dargestellt sind;

F i g. 3 eine Draufsicht auf das Gehäuse der Vorrichtung gemäß der Erfindung, wobei mögliche Stutzenanordnungen dargestellt sind;

F i g. 4 einen Schnitt durch eine Schälstelle der Vorrichtung gemäß der Erfindung und

Fig.5 einen Querschnitt in schematischer Darstellung durch ein konisch gestaltetes Gehäuse der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Ein Gehäuse 1 (F i g. 1) mit einem über seine gesamte Höhe zylindrischen Gehäusemantel la wird oberhalb von einem Deckelteil Xb und unterhalb von einem Bodenteil Xc, an das sich ein in den unteren Bereich des Gehäuses 1 hineinragendes Einbauteil 2 anschließt, begrenzt. Das Einbauteil 2 ist als Verdränger ausgebildet und begrenzt in Verbindung mit dem Bodenteil te einen Ringraum 3, der in einen tangential angeordneten Auslaufstutzen le ausmündet. An seinem äußeren Umfang weist das Einbauteil 2 eine Schälkante Sauf, die mit dem Gehäusemantel la einen Ringspalt 4 bildet. Über diesen Ringspalt 4 ist der Ringraum 3 mit dem mittleren Bereich des Gehäuses 1 verbunden.

Im Bereich der Schälkante S ist an dem Gehäusemantel la eine nach innen ausgebildete umlaufende Auswölbung 1/vorgesehen, wobei die Schälkante 5 etwas unterhalb der Stelle der maximalen Auswölbung positioniert ist. In den oberen Bereich des Gehäuses 1 mündet ein Einlauf stutzen Xd tangential in den Behältermantel la ein. Der Einlauf stutzen Xd ist strichpunktiert dargestellt, da er vor der Zeichenebene liegt. Zwischen dem Bodenteil Xc und einem Kopfteil Xg, an das eine nicht dargestellte Entlüftungsvorrichtung angeschlossen ist, ist in der Symmetrieachse des Gehäuses 1 eine Halte- und Führungsstange 7 vorgesehen. Diese trägt im mittleren Bereich des Gehäuses 1 einen Verdrängungskörper 5, der mit einer durchgehenden zentrischen Öffnung 5a versehen ist. Auf der Halte- und Führungsstange 7 ist ein begrenzt auf- und abbeweglich geführter Schwimmer 6 angeordnet, der eine den oberen und den unteren Bereich des Gehäuses 1 miteinander verbindende Mittelöffnung 6a aufweist und mit dieser in seiner Schaltphase den Verdrängungskörper 5 umschließt. Der Schwimmer 6 bildet über seinem Außenumfang mit der Innenwandung des Gehäusemantels Xa einen Durchtritts-Ringspalt 8 und über seine Mittelöffnung 6a im Zusammenwirken mit dem Außenumfang des Verdrän-

Milch leicht auf, so daß die exakte Lage der Phasen- 65 gungskörpers 5 einen nicht näher bezeichneten Ringgrenzfläche zwischen Luft und Milch über ein Schauglas spalt, der im wesentlichen der axialen Beweglichkeit des

Schwimmers 6 dient. Ein mit dem Schwimmer 6 verbundenes Gestänge 6b verlängert sich im Bereich des Dek-

nicht immer eindeutig bestimmt werden kann. Ist als Kontrolleinrichtung des Flüssigkeitsniveaus ein Schau-

kelteils \b in ein Rohr 6c, das in das Kopfteil ig eingreift und dort beispielsweise nicht näher dargestellte induktiv arbeitende Näherungsinitiatoren steuert.

Eine andere Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung mit einem konischen Gehäusemantel la ist in F i g. 5 dargestellt. Teile, die in ihrer Funktion jenen der Ausführungsform gemäß F i g. 1 entsprechen, sind mit den dort verwendeten Bezeichnungen gekennzeichnet. Eine nähere Erläuterung erübrigt sich deshalb. Der Schwimmer 6 besitzt eine dem Gehäusemantel la entsprechende Konusform, so daß der in seiner Abschaltstellung einen allseits äquidistanten Abstand zur Innenwandung des Gehäusemantels la aufweist. Der Verdrängungskörper 5 ist lediglich einseitig fliegend über die Halte- und Führungsstange 7 gelagert. Das Gestänge 6b des Schwimmers 6 ist zentrisch innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet und wird einerseits im Verdränger 5 und andererseits in dem Deckelteil \b geführt. Durch die Konusform des Gehäusemantels la ergibt sich in der Betriebsstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung (rechtsseitige Darstellung) ein gegenüber der Abschaltstellung (linksseitige Darstellung) beträchtlich vergrößerter Durchtritts-Ringspalt 8 zwischen Schwimmer 6 und der Innenwandung des Gehäusemantels la.

Innerhalb der mittigen Öffnung 5a des Verdrängungskörpers 5 ist ein zweiter Schwimmer 9 angeordnet, der sich in diesem Bereich frei auf- und abwärts bewegen kann und über geeignete mechanische Mittel, beispielsunterhalb der Stelle des kleinsten Durchmessers der Auswölbung l/positioniert. Prinzipiell ist eine die Luftblasenabscheidung aus der Milch günstig beeinflussende Positionierung der Schälkante S in einem Bereich —a<z<+a angezeigt und möglich.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird anhand F i g. 1 qualitativ erläutert. Die folgenden Ausführungen sind sinngemäß auch auf die Ausführungsform gemäß Fig.5 übertragbar. In der linksseitigen Darstellung hat der Schwimmer 5 seine tiefste Lage eingenommen. In dieser Stellung befindet sich das Milchniveau auf einer mit N bezeichneten Höhe. Sobald ein Gas/Milch-Gemisch über die Einlauföffnung E des Einlauf Stutzens Ic/in das Gehäuse 1 eintritt, beginnt der Schwimmer 6 aufzuschwimmen und bewegt sich dadurch aufwärts. Hat das Milchniveau beispielsweise eine in der rechtsseitigen Darstellung gezeigte Höhe erreicht (Kontur des Rotationsparaboloiden), so nimmt der Schwimmer dabei seine obere Lage ein. Diese Lage ist durch die nach oben hin begrenzte Aufwärtsbewegung des Gestänges 6b mit dem Rohr 6c gegeben. Letzteres hat beispielsweise eine nicht dargestellte Entlüftungsvorrichtung geschlossen, so daß die Luft oberhalb des Flüssigkeitsspiegels komprimiert ist, wodurch ein Durchströmen des Gehäuses 1 gegen den Widerstand eines der Auslaßöffnung A nachgeschalteten Rückschlagventils sichergestellt ist.

Falls die Vorrichtung gemäß der Erfindung im Vakuumbetrieb arbeitet, steuert der Schwimmer 6 über sein

weise über eine durch das Gestänge 6b hindurchgeführ- 30 Gestänge 6b und das Rohr 6c eine der Auslauföffnung A te Schwimmerstange 9a, den Flüssigkeitsstand N in ei- nachgeschaltete Fördereinrichtung.

nem Bereich oberhalb des Deckelteils \b abbilden kann. Die Anordnung eines zweiten Schwimmers 9 bleibt nicht allein auf eine Vorrichtung gemäß Fig.5 beschränkt. Die Vorrichtung gemäß F i g. 1 kann in gleieher Weise mit einem derartigen zweiten Schwimmer 9 ausgestattet werden. Dazu ist lediglich notwendig, daß die mit dem zweiten Schwimmer 9 verbundene Schwimmerstange 9a bis in den Bereich oberhalb des Deckelteils 1 b hineingeführt wird.

In Fig.2a ist eine andere Ausführungsform des als Verdränger ausgebildeten Einbauteils 2 dargestellt. Es bildet, wie bereits vorstehend beschrieben, mit dem Gehäusemantel la einen Ringspalt 4 und begrenzt in Verbindung mit dem Bodenteil 1 c den Ringraum 3.

In den F i g. 2b bis 2e sind jeweils Einbauteile 2 dargestellt, bei denen eine Verdrängerwirkung gemäß F i g. 1 und F i g. 2a nicht gegeben ist. Sie stellen äußerst einfache Ausgestaltungen dar, wobei zum einen die Bildung des Ringspaltes 4 und zum anderen in Verbindung mit einem zum Innenraum des Gehäuses 1 konvex gewölbten Bodenteil lc (F i g. 2b, F i g. 2c) oder in Verbindung mit einem ebenen Bodenteil Ic (Fig.2d, Fig.2e) die Begrenzung des Ringraumes 3 in jedem Falle sichergestellt ist.

F i g. 3 zeigt zwei alternativ mögliche Anordnungen des Einlaufstutzens id bzw. id* in bezug auf den Auslaufstutzen Ie. Die Stutzen können jedoch bezüglich ihrer Anordnung auf dem Umfang auch jede andere Positionen einnehmen, wenn nur sichergestellt ist, daß sie in Strömungsrichtung gesehen jeweils tangential ein- bzw. ausmünden.

In F i g. 4 ist eine sogenannte Schälstelle im Bereich der Schälkante S des Einbauteils 2 dargestellt. Die Schälkante 5 besitzt einen kleinsten Abstand von der Kontur der Auswölbung if, der als Breite ö des Ringspaltes 4 bezeichnet ist. Die Schälkante 5 ist in der dargestellten Anordnung um den axialen Betrag z= + a Eine Momentanaufnahme der in Betrieb befindlichen Vorrichtung gemäß der Erfindung hat etwa das rechtsseitig in F i g. 1 qualitativ dargestellte Strömungsfeld. Ein mit einer großen tangentialen und einer kleinen axialen Strömungsgeschwindigkeit in das Gehäuse 1 eintretendes Gas/Milchgemisch strömt schraubenförmig im Bereich der Innenwandung des Gehäusemantels la abwärts (M). Bereits oberhalb des Schwimmers 6 bildet sich eine Sekundärströmung M\ aus, aus der sich eine Gasströmung L\ über die Oberfläche des Rotationsparaboloiden abscheidet. Bei dieser ersten Abscheidung handelt es sich um Gasblasen größeren Durchmessers, während jene kleineren Durchmesser über den Milchstrom M2 innerhalb des Durchtritts-Ringspaltes 8 in den Bereich unterhalb des Schwimmers 6 transportiert werden. Infolge der Fliehkraftwirkung wandern zunächst die größeren und weiter abwärts die kleineren Gasblasen radial nach innen und reichern dort Teilströme M4 an. Nach den vorstehend erwähnten KeI-sallschen Messungen herrscht außerhalb einer Grenzfläche G Abwärtsströmung (M3) und innerhalb Aufwärtsströmung (Me). Die mit Gasblasen unterschiedlichen Durchmessers angereicherten Teilströme durchdringen diese Grenzfläche G und bilden die aufwärts gerichtete Sekundärströmung Me. Im Bereich der Schälkante S am Einbauteil 2 erfolgt eine nochmalige Aufteilung des ankommenden Milchstromes M3 in einen weitestgehend entgasten Teilstrom Mi und einen nach oben umgelenkten Teilstrom M5. Über die mittige öffnung 5a des Verdrängungskörpers 5 kann ein mit Gasblasen beladener Teilstrom Mz aufsteigen. Oberhalb des Verdrängungskörpers 5 vereinigt sich dieser mit dem Teilstrom Me und gelangt über die Mittelöffnung 6a als Teilstrom Mg in den Bereich der Sekundärströmung oberhalb des Schwimmers 6. Aus dem Kernbereich des Gehäuses 1 verläßt ein Gasstrom Li die Milch, um zusammen mit dem Gasstrom L\ den Gasraum oberhalb

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des Flüssigkeitsspiegels zunehmend zu erweitern. Dadurch wird das Flüssigkeitsniveau nach unten verdrängt, so daß der Schwimmer 6 sich abwärts bewegt. Durch diese Abwärtsbewegung wird entweder die Entlüftungsvorrichtung angesteuert, wobei die Luft oberhalb des Milchspiegels entweichen kann, oder aber eine der Auslauföffnung A nachgeschaltete Fördereinrichtung wird gedrosselt, wobei gleichzeitig über eine am Dekkelteil Xb angeschlossene Vakuumeinrichtung Gas aus dem oberen Bereich des Gehäuses 1 abgesaugt wird. Damit sich auch kleinste Gasblasen aus dem energiereichen Flüssigkeitsfilm in Wandnähe radial nach innen in den Bereich der Aufwärtsströmung abscheiden können, ist erfindungsgemäß ein hinreichend langer axialer Strömungsweg zwischen dem Ende des Durchtritts-Ring-Spaltes 8 und der Schälkante S am Einbauteil 2 vorgesehen, wobei gleichzeitig durch den tangential ausmündenden Auslaufstutzen ic wirksam für eine Erhaltung des Flüssigkeitsdralls gesorgt wird.

Sobald der Schwimmer 6 in den Bereich seiner Ab-Schaltstellung absinkt, umfaßt er mit seiner Mittelöffnung 6a den Verdrängungskörper 5. Der unterhalb des Schwimmers zur Verfügung stehende Abscheideweg wird zwangsläufig kürzer. Dieser Nachteil wird teilweise dadurch kompensiert, daß die axiale Strömungskomponente infolge reduzierter Annahmeleistung bei gleichzeitigem Abbau des die Durchströmung des Gehäuses 1 betreibenden Gasdrucks oberhalb des Flüssigkeitsspiegels und erhöhter Druckverlustbeiwerte infolge Querschnittsreduzierung in der Schaltphase ebenfalls herabgesetzt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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- Leerseite -

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Gasabscheidung aus Milch und Abgrenzung von Milchmengen als Teil einer Meßanlage zur Annahme von Milch aus Milchbehältern und zur Überführung der Milch in einen Sammelbehälter,

bestehend aus einem Gehäuse mit einem in den oberen Bereich tangential einmündenden Einlaufstutzen, einem aus dem unteren Bereich ausmündenden Auslaufstutzen, einer dem Deckelteil des Gehäuses zugeordneten Entlüftungsvorrichtung, einem die Entlüftungsvorrichtung in Abhängigkeit vom Milchspiegel im Gehäuse betätigenden und begrenzt auf- und abbeweglich geführten Schwimmer, der an einem Außenumfang mit der Innenwandung des Gehäusemantels einen Durchtritts-Ringspalt bildet und der eine den oberen und den unteren Bereich des Gehäuses miteinander verbindende Mittelöffnung aufweist, sowie einem im mittleren Bereich des Gehäuses angeordneten Verdrängungskörper, der mit einer durchgehenden zentrischen Öffnung versehen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusemantel (ia) einen gegenüber seiner Höhe kleinen Durchmesser im Bereich des Einlaufstutzens (id) aufweist,

daß der Auslaufstutzen (Ie^ tangential aus dem Gehäusemantel (ie) ausmündet, und daß der Schwimmer (6) in seiner Schaltphase den Verdrängungskörper (5) mit der Mittelöffnung (6a) umschließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einbauteil (2) vorgesehen ist, das mit dem Gehäusemantel (ia) einen Ringspalt (4) bildet und in Verbindung mit dem Boden teil (ic) einen Ringraum (3) begrenzt, der in den Auslaufstutzen (Ie) ausmündet und über den Ringspalt (4) mit dem mittleren Bereich des Gehäuses (1) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das Einbauteil (2) an seinem den Ringspalt (4) begrenzenden Umfang eine Schälkante (S) aufweist, und

daß am Gehäusemantel (ia) eine nach innen ausgebildete umlaufende Auswölbung (if) vorgesehen ist, wobei die Schälkante (S) innerhalb eines axialen Bereichs beiderseits der Auswölbung (if) positioniert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Auswölbung (if) zugeordnete Schälkante (S) in Mehrfachanordnung als Reihenschaltung vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusemantel (ia) über seine gesamte Höhe zylindrische Form aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Gehäusemantel (ia) zwischen dem Einlauf- und dem Auslaufstutzen (ldbzw. Ie,)stetig konisch verjüngt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbauteil (2) als Flüssigkeitsverdränger ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden teil (ic) in radialer Richtung von außen nach innen stetig ansteigend ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß vor de^m Durchströmen des Gehäuses (1) der Schwimmer (6) aus dem Strömungsbereich in eine Position oberhalb des Einlaufstutzens (1 d) aufschwimmt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Durchströmen des Gehäuses (1) ein in Segmente aufgeteilter Schwimmer (6) aus dem Strömungsbereich in eine Position oberhalb des Verdrängungskörpers (5) radial nach innen geführt wird.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der öffnung (5a) des Verdrängungskörpers (5) ein zweiter Schwimmer (9) vorgesehen ist, der in der Abschaltstellung des Schwimmers (6) den Flüssigkeitsstand (N) über mechanische Mittel (9a) in einem Bereich oberhalb des Deckelteils (ib)abbildet.