DE60316597T3

DE60316597T3 - Melkvorrichtungen

Info

Publication number: DE60316597T3
Application number: DE60316597.4T
Authority: DE
Inventors: Mikael Gisslegard; Nils Älveby; Martin Bellander; Torbjörn Petterson; Johan Odeberg
Original assignee: DeLaval Holding AB
Current assignee: DeLaval Holding AB
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2016-03-24
Anticipated expiration: 2023-12-20
Also published as: DK1571902T3; SE0203871D0; AU2003288864B2; US20070012252A1; WO2004056174A1; NZ540825A; EP1571902B2; US8028656B2; EP1571902B9; ES2293055T5; CN100502643C; EP1571902B1; EP1571902A1; DE60316597T2; DK1571902T5; CA2509822A1; CA2509822C; JP2011045378A; ES2293055T3; CN1753616A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Vorrichtungen und Komponenten für Melkgeräte, insbesondere Komponenten von solchen Vorrichtungen wie Milchentzugsvorrichtungen und Gummis. In besonderen Aspekten betrifft sie einen Gummi, der eine verbesserte flexible Hülse zum Aufnehmen einer Zitze umfasst, und optional einen kurzen Milchschlauch, der vorzugsweise, jedoch nicht unbedingt in den Gummi integriert ist, und aus thermoplastischen Elastomeren, optional in Kombination mit anderen Materialien, gefertigt ist.
Allgemeiner Stand der Technik
Seit etwa einem Jahrhundert wird Maschinenmelken angeboten. Der heute noch verwendete grundlegende Aufbau einer Melkvorrichtung beruht auf einer Erfindung, für die 1902 Gillies ein Patent erteilt wurde, und umfasst einen Doppelkammer-Zitzenbecher, der so ausgestaltet ist, dass er mit einem pulsierenden Vakuum arbeitet. Der Zitzenbecher umfasst eine flexible Hülse aus Kautschuk, die eine flexible Wand einer Kammer bildet, wobei das Zitzenbechergehäuse die andere Wand bildet. Im Raum zwischen den beiden Wänden wird ein pulsierendes Vakuum angelegt, wodurch sich die Hülse ausdehnt und zusammenzieht, was zu einem Massageeffekt an einer Zitze führt, auf die der Zitzenbecher aufgesetzt worden ist.
Die flexible Hülse ist als Teil eines sogenannten Zitzengummis (oder im US-Englischen „inflation”; vorliegend wird in der Beschreibung und in den Ansprüchen durchgängig der Begriff „Gummi” verwendet) vorgesehen.
Ein Melkgerät als Ganzes umfasst mehrere unterschiedliche Komponenten, von denen viele derzeit aus unterschiedlichen Kautschukarten hergestellt werden, zum Beispiel Schläuche, Düsen, Gummis usw.
Als Beispiel ist ein modernes Zitzenbechersystem in der US 6,176,200 (Petterson) offenbart. Es umfasst einen röhrenförmigen Kopfabschnitt, der eine Zitze aufnehmen kann, und einen Schaftabschnitt, der eine Innenwand der Kammer für das pulsierende Vakuum bildet. Der Schaftabschnitt ist flexibel und normalerweise aus einer Kautschukmischung hergestellt.
Für die Akzeptanz auf dem Markt müssen Vorrichtungen wie Zitzenbecher und Gummis, die die Komponenten von Melkgeräten bilden, mehrere Eigenschaften aufweisen. Die folgenden Beispiele können erwähnt werden:
Gute Melkleistungen, zum Beispiel Melkgeschwindigkeit, Milchausbeute, Schlupf, Nachgemelk
Gute Behandlung der Zitzen
Lange Lebenszeit der Vorrichtung und Funktionsfähigkeit mit der gleichen hohen Leistungsfähigkeit über die gesamte Lebenszeit
Gleichförmige Qualität der Vorrichtungen
Chemische und physikalische Dauerbeständigkeit
Die Vorrichtungen sollten leicht zu reinigen sein.
Die Vorrichtungen sollten leicht zu ersetzen sein.
Die Vorrichtungen sollten umweltfreundlich sein, zum Beispiel sollte eine Wiederverwertung des Materials möglich sein.
Das Produkt muss die Bestimmungen im Hinblick auf Material sowie auf Gegenstände und Produkte erfüllen, die mit Lebensmitteln in Berührung kommen sollen.
Derzeitig erhältliche Komponenten für Melkgeräte wie etwa Gummis und Schläuche werden meistens aus Kautschukmaterialien hergestellt, die die obigen Anforderungen nicht in vollständig zufriedenstellender Weise erfüllen.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung strebt daher nach der Bereitstellung von verbesserten Vorrichtungen und Komponenten, die in Melkgeräten einsetzbar sind und die alle oben aufgeführten Anforderungen erfüllen. Dies wird erfindungsgemäß mit einem Zitzengummi für ein Melkgerät erreicht, der als Material ein thermoplastisches Elastomer (TPE) umfasst, wie es in der ISO 18064 definiert ist und das mehrere ausgewählte Eigenschaften aufweist.
Dieser neuartige Zitzengummi ist in Anspruch 1 definiert.
Ein verbesserter Zitzengummi umfasst vorzugsweise mindestens eine flexible Hülle zum Aufnehmen einer Zitze, die zweckmäßigerweise eng anliegend auf/über einer Zitze positioniert wird.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen bringen die folgenden Vorzüge mit sich: Für den Herstellungsprozess ist keine Vermischung des Materials mit oder ohne Aufschmelzung erforderlich. TPEs sind wie Thermoplaste im Lieferzustand gebrauchsfertig. Im Vergleich zu vulkanisiertem Kautschuk sind TPEs unempfindlich gegenüber Lagerung. Es ist eine einfachere Verarbeitung mit weniger Schritten erforderlich. TPEs haben die einfache Verarbeitbarkeit eines Thermoplasts, woraus sich eine effizientere Verarbeitung und dadurch wesentlich geringere Verarbeitungskosten ergeben. Kürzere Herstellungszyklen, die zu weniger Energieverbrauch und geringeren Arbeitskosten führen.
Mögliche Wiederverwertung von Abfallmaterial. Abfall aus der Herstellung von Duroplasten wird normalerweise entsorgt. Wie bei Thermoplasten kann Regenerat aus der TPE-Verarbeitung wiederverwertet werden, damit dieselben Eigenschaften erhalten werden wie bei frisch hergestelltem Material. Bessere Qualitätskontrolle und engere Toleranzen gefertigter Teile. In den meisten Fällen ergibt sich eine geringere Dichte. Es tritt keine Niedrigtemperaturverfestigung (Kristallisation) auf wie bei einigen duroplastischen Kautschuken. Da TPEs wiederverwertbar sind, vereinfacht sich dadurch die umweltfreundliche Handhabung von aus diesen Materialien hergestellten Produkten, was die Wiederverwertbarkeit anbelangt. Die Kombination unterschiedlicher Materialien in ein und derselben einheitlichen Struktur, sodass verschiedene Teile aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind, ist einfacher. Ein erster Abschnitt kann beispielsweise aus einem TPE einer Art gefertigt sein und weitere Abschnitte können aus TPEs einer anderen Art mit anderen Eigenschaften gefertigt sein, beispielsweise die Herstellung von Schichtstrukturen aus unterschiedlichen Materialien.
Eine weitere Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich. Es sollte sich jedoch verstehen, dass die ausführliche Beschreibung und konkreten Beispiele zwar bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erkennen lassen, aber nur zur Veranschaulichung angeführt sind, da für den Fachmann verschiedene Änderungen und Abwandlungen innerhalb des Geists und Geltungsbereichs der Erfindung aus dieser ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die lediglich zur Veranschaulichung aufgeführt sind und daher die vorliegende Erfindung nicht einschränken, ersichtlich werden, und in denen
1 ein Beispiel für eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik für ein Melkgerät zeigt, und zwar einen Zitzenbecher und einen Gummi; und
2 vereinfacht eine Ausführungsform der Erfindung in Form eines Zitzengummis zeigt.
3 Styrolpolymere veranschaulicht, die sich für die Verwendung in der Erfindung eignen.
4 den zweiphasigen Aufbau von thermoplastischen Vulkanisaten (TPV) veranschaulicht.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Im Sinne dieser Anmeldung wird der Ausdruck ”Gummi” oder ”Zitzengummi” so verstanden, dass er eine Vorrichtung umfasst, die zusammen mit einem Melkgerät oder -system verwendbar ist, das in der Milchwirtschaft, z. B. in Kontakt mit der Milch, verwendet werden soll und deshalb Bestimmungen hinsichtlich Materialien und Gegenständen, die mit Lebensmitteln in Berührung kommen sollen, erfüllen muss. Ein Gummi umfasst mindestens eine flexible Hülse zum Aufnehmen einer Zitze, die zweckmäßigerweise eng anliegend auf/über einer Zitze positioniert wird. Am Ende proximal vom Zitzenaufnahmeende kann ein kurzer Milchschlauch vorgesehen sein, der an der Mitte des Zitzenbechers anzubringen ist. Er kann auch einen Versorgungsschlauch für ein pulsierendes Medium, als „Pulsschlauch” bezeichnet, umfassen. Es ist anzumerken, dass der erfindungsgemäße Gummi für mehrere unterschiedliche Tiere verwendet werden kann, zum Beispiel Kühe, Büffel, Schafe und Ziegen und andere Wiederkäuer.
„Ein Zitzenbecher” ist als eine Vorrichtung zu verstehen, die ein Gehäuse, „Zitzenbechergehäuse”, umfasst, in dem ein wie zuvor definierter Gummi befestigt ist. Erfindungsgemäß ist es durch die überraschende Flexibilität bei der Anwendung der hier besprochenen Materialklasse, die durch die angegebenen Materialeigenschaften allgemein definiert und beispielartig durch thermoplastische Elastomere dargestellt wird, insbesondere möglich, Vorrichtungen herzustellen, die unterschiedliche mechanische und physikalisch-chemische Eigenschaften in unterschiedlichen Teilen oder Bereichen der Vorrichtung aufweisen, wodurch eine individuelle Anpassung von Eigenschaften für den jeweiligen Gebrauch ermöglicht wird.
In 1 ist ein beispielhafter Zitzenbecher nach dem Stand der Technik offenbart. Er ist mit einem Zitzengummi 1 versehen, der in einem Zitzenbechergehäuse 2 befestigt ist. Der Zitzengummi 1 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch in Bezug auf eine Längsachse 3 und umfasst einen oberen röhrenförmigen Kopfabschnitt 4 und einen röhrenförmigen flexiblen Hülsenabschnitt 5 zum Aufnehmen einer Zitze, der sich vom Kopfabschnitt 4 abwärts erstreckt. Der Kopfabschnitt 4 umfasst ein erstes oberes Ende 6 und ein zweites unteres Ende 7. Am oberen Ende 6 umfasst der röhrenförmige Kopfabschnitt 4 eine Lippe 8, die sich radial einwärts erstreckt und eine im Wesentlichen kreisförmige mittige Öffnung definiert. Der röhrenförmige Kopfabschnitt 4 bildet einen Durchgang durch den Kopf zum Innenraum des Zitzengummis zum Aufnehmen einer Zitze in der Hülse 5. Das untere Ende 7 umfasst eine ringförmige Vertiefung 9, in die der obere Endabschnitt des Zitzenbechergehäuses 2 eingreift. Der untere Teil der Hülse 5 umfasst eine den Umfang umgebende Vertiefung 10, in die der untere Abschnitt des Zitzenbechergehäuses 2 eingreift. Die Vertiefungen 9 und 10 sind derart geformt, dass ein geschlossener Raum 11 zwischen dem Zitzengummi und dem Zitzenbechergehäuse 2 gebildet wird, wobei der Raum 11 eine Pulskammer des Zitzenbechers bildet. In seinem unteren Teil ist der Zitzengummi 1 mit Verlängerungsstücken 12 und 13 verbunden, die eine Milchleitung bilden, die mit einem Sammelstück (nicht offenbart) verbunden werden kann. Der Zitzengummi 1 wird aus einem elastischen Material, zum Beispiel Natur- oder Synthesekautschuk, hergestellt.
Die Erfindung basiert auf der Feststellung, dass thermoplastische Elastomere (TPE) so beeinflusst werden können, dass sie die Materialanforderungen für die Bereitstellung von Vorrichtungen und Komponenten für Melkgeräte und -systeme erfüllen. Aus diesem Grund wird eine kurze Einleitung in die TPE-Technologie gegeben.
Thermoplastische Elastomere (TPE)
Einleitung
Vor der Entwicklung von TPEs gab es allgemein gesprochen nur starre oder halbstarre Artikel Produkte, die mit der neuen Technologie für Thermoplaste hergestellt und verarbeitet werden konnten. Die Herstellung von Thermoplasten ist schneller, verbraucht weniger Energie, ist sauberer und die Wiederverwertung von Abfall ist leichter.
Bei elastomeren Materialien herrschte ein Mangel an Alternativen zu duroplastischen Kautschuken. Bei Anwendungen, die keinen extremen Temperaturen ausgesetzt sind, besteht keine grundlegende Notwendigkeit für temperaturbeständige Vernetzungsstellen. Die Verwendung von duroplastischen Kautschuken bringt die mit der Vernetzung zusammenhängenden Nachteile mit sich.
Es herrschten daher starke Anreize zur Entwicklung von thermoplastischen Materialien, die elastische Eigenschaften ohne dauerhafte Vernetzungsstellen aufweisen.
Thermoplastische Elastomere (TPEs) sind Materialien, die die Verarbeitungseigenschaften eines thermoplastischen Materials mit den elastomeren Eigenschaften eines Kautschukmaterials kombinieren.
Thermoplastische Elastomere sind zweiphasige Systeme. Eine der Phasen ist ein hartes Polymer, das die mechanische Festigkeit bei den Gebrauchstemperaturen verleiht, aber flüssig wird, wenn es über die Schmelz- oder Glasübergangstemperatur (T_g) erhitzt wird. Die andere Phase ist ein weiches kautschukartiges Polymer.
Grundsätzlich gibt es zwei Wege, die Eigenschaften zu erzielen; und zwar durch Bereitstellung des Materials in Form von Blockcopolymeren oder Polymermischungen.
Blockcopolymere, die die Definition thermoplastischer Elastomere erfüllen, bestehen aus zwei Phasen, einer harten und einer weichen, die aus Segmenten in derselben Kette eines Moleküls gebildet werden. Das härtere Segment könnte kristallin mit einer hohen Schmelztemperatur oder ein amorphes Material mit einer hohen Glasübergangstemperatur sein. Das weiche Segment ist immer amorph mit einer sehr niedrigen Glasübergangstemperatur.
Beispiele: TPS (amorphe harte Phase), TPU, TEEE, TPA (teilkristalline harte Phase). Abkürzungen siehe unten.
Aus Polymermischungen hergestelltes TPE ist eine Mischung aus einem harten Material, fast ausschließlich teilkristallin mit einer hohen Schmelztemperatur in einer kontinuierlichen Phase, das mit einem weicheren, zumindest hauptsächlich amorphen Material mit einer sehr niedrigen Glasübergangstemperatur vermischt wurde.
Beispiele: TPO, TPV
Nomenklatur
Gemäß der ISO 18064 lauten die Klassen und Abkürzungen für TPEs (andere bekannte Abkürzungen in Klammern):

TPE:: Thermoplastische Elastomere allgemein.
TPS:: (SBC) Polystyrol-/Elastomer-Blockcopolymere.
TPO:: Polypropylen-/EP-Copolymer-Mischungen.
TPV:: Thermoplastische Vulkanisate.
TPU:: Polyurethan-Blockcopolymere.
TEEE:: (COPE) Polyester-Blockcopolymere.
TPA:: (COPA) Polyamid-Blockcopolymere

	TPS	TPO	TPV	TPU	TEEE	TPA
Dichte (kg/dm³)	0,9–1,1	0,89–1,0	0,9–1,0	1,1–1,3	1,1–1,3	1,0–1,2
Shore-Härte	3A–60D	60A–75D	35A–50D	60A–85D	90A–72D	60A–75D
Untere Temperaturgrenze °C	–70	–60	–60	–70	–65	–40
Obere Temperaturgrenze (kontinuierlich) °C	120	120	135	120	125	170
Druckverformungsrest bei 100°C	B	S	G	B/G	B	B/G
Beständigkeit gegenüber flüssigen Kohlenwasserstoffen	B/G	S	G/A	B/A	G/A	G/A
Beständigkeit gegenüber wässrigen Flüssigkeiten	G/A	G/A	G/A	B/G	S/G	B/G
Preisverhältnisse	1–3,6	1,5–2,5	2,5–3,0	2,0–4,0	4,0–6,0	4,0–9,0
S = Schlecht B = Befriedigend G = Gut A = Ausgezeichnet

Styrol-Blockcopolymere (TPS oder SBC)
TPS-Materialien umfassen drei ganz verschiedene Haupttypen:

– Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymere (SBS)
– Styrol-Isopren-Styrol-Blockcopolymere (SIS)
– Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Blockcopolymere (SEBS)

SBS- und SIS-Polymere
Styrol und Butadien (oder Isopren) sind inkompatibel und bilden ein Zweiphasensystem mit zwei unterschiedlichen T_g. Die steifere Styrolphase wirkt als physikalische Vernetzungsstelle zwischen der flexibleren Butadien-(oder Isopren-)Phase, siehe 3.
Thermoplastische Olefine TPOs
Thermoplastische Olefine sind Mischungen aus Polypropylen (PP) und Ethylen-Propylen-Copolymer (EPM) oder Ethylen-Propylen-Dien-Polymer (EPDM). Der Begriff EP(D)M deckt sowohl EPDM als auch EPM ab.
PP-EP(D)M-Mischungen werden durch intensives Vermischen von PP und EPDM und/oder EPM hergestellt.
Das Polypropylen ist normalerweise ein isotaktisches Homopolymer oder ein isotaktisches PP mit einem geringen Ethylenanteil. Der Schmelzpunkt dieser teilkristallinen Polymere liegt im Bereich von 145 bis 165°C.
Ein TPO kann daher viele seiner mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen aufrechterhalten. Ein EP(D)M mit einem Verhältnis von Ethylen zu Propylen von 50:50 ist fast vollständig amorph, obwohl sowohl Polyethylen als auch Polypropylen teilkristalline Polymere sind. D. h. eine Änderung des Ethylengehalts hin zu einem höheren Verhältnis ergibt eine gewisse Kristallinität. Die Gesamtauswirkung einer geringen Menge von Ethylenkristallinität beeinflusst die Festigkeit des Kautschuks in starkem Maße.
Eigenschaften:

Da PP und EP(D)M in jedem beliebigen Verhältnis gemischt werden können, liegt theoretisch ein kontinuierliches Spektrum von leicht modifiziertem thermoplastischem PP zu thermoplastisch verstärktem EP(D)M vor.

Tabelle 3. Vergleich von TPO-Typen
Eigenschaft/ TPO	EP(D)M/PP 80/20	EP(D)M/PP 67:33	EP(D)M/PP 50/50
Zugfestigkeit (MPa)	6	9,5	12


Shore-A-Härte	77	87	95
Versprödungstemperatur	<– 60°C	<– 60°C	<– 60°C
Stärken von TPO	Gebrauchstemperaturbereich –60 bis 125°C, niedrige Versprödungstemperatur, hohe Schlagfestigkeit, hohes E-Modul. Gute Beständigkeit gegenüber polaren organischen Flüssigkeiten.
Schwächen von TPO	Niedrige Elastizität, geringe Bruchdehnung, hoher Druckverformungsrest. Schlechte Beständigkeit gegenüber Kohlenwasserstoffen und halogenierten Kohlenwasserstoffen. Vor der Verarbeitung Trocknung nötig.

Polymere auf Grundlage der Metallocentechnologie
In den 90er Jahren wurden neue Polyolefinharze auf der Basis der Metallocen-Katalysator-Technologie eingeführt. Dabei handelt es sich um Copolymere, die aus Ethylen und höheren Olefinen wie 1-Octen bestehen. Die Metallocen-Technologie ermöglicht eine sehr genaue Ausgestaltung der Verteilung von zum Beispiel 1-Octen und Ethylen in der Polymerkette. Liegt der 1-Octen-Anteil bei ungefähr 30% oder mehr, kommt im Polymer keine Kristallinität vor. Ist eine gewisse Kristallinität erwünscht, kann ein Polymer mit einer geringeren Menge 1-Octen hergestellt werden.
Thermoplastische Vulkanisate (TPV)
Thermoplastische Vulkanisate (TPV) sind zweiphasige Systeme, die aus einer thermoplastischen kontinuierlichen Phase und einem vernetzten Kautschuk als diskontinuierlicher Phase bestehen. Das dominierende System ist PP/EPDM, es gibt aber auch PP/NBR-Systeme.
Die Kautschukphase ist stärker vulkanisiert als TPOs, wo die kautschukartige Phase nur teilweise oder nicht vulkanisiert ist. Die Vulkanisierung der Kautschukphase führt zu zahlreichen Verbesserungen von Eigenschaften.
Thermoplastische Polyurethan-Elastomere (TPU)
TPUs sind Blockcopolymere mit Urethan-Hauptketten-Verknüpfungen. Sie werden durch eine Kondensation von Diisocyanaten mit kurzkettigen Diolen und Polyester- und/oder Polyetherdiolen synthetisiert.
Die kurzkettigen Diole bilden zusammen mit Diisocyanaten die kristalline harte Phase im TPU. Die Kristallite wirken als physikalische Vernetzungspunkte und die Wärmebeständigkeit von TPUs hängt eng mit dem Schmelzpunkt dieser Kristallite zusammen. Gewöhnlich werden kurzkettige Diole wie 1,4-Butandiol und 1,6-Hexandiol verwendet.
Das weiche Segment wird aus Polyestern mit endständigen Hydroxylgruppen oder Polyethern mit endständigen Hydroxylgruppen gebildet.
Das weiche Segment des TPU bestimmt die elastischen Eigenschaften und das Tieftemperaturverhalten. Die Härte und das Modul werden durch das Verhältnis von harten zu weichen Segmenten bestimmt.
Thermoplastische Copolyester (TEEE), (COPE)
Thermoplastische Copolyestermaterialien bestehen aus Blockcopolymeren aus sich abwechselnden harten und weichen Segmenten, die durch Ester- und Etherbindungen verbunden sind, wobei die weichen Segmente Polyether, Polyester oder Copolyester sein können. Die Hauptunterschiede zwischen den weichen Segmenten sind dieselben wie bei TPUs. Das harte Segment ist fast ausschließlich Polybutylenterephthalat (PBT).
Polyamid-Blockcopolymere (TPA, COPA)
Blockcopolymere mit harten und weichen Segmenten. Die harten Segmente sind Polyamide und die weichen Segmente sind Polyolblöcke mit einer Polyetherkette oder einer Polyesterkette.
Der Polyamidblock kann jedes beliebige PA6, PA6/6, PA11, PA12, PA6/11 oder PA6/12 sein. Dadurch werden der Schmelzpunkt bestimmt und die Dichte und chemische Beständigkeit beeinflusst.
Der Typ des weichen Segments beeinflusst Eigenschaften wie Elastizität, Reißfestigkeit, hydrolytische Stabilität, Abriebbeständigkeit, Niedrigtemperaturflexibilität, Härte und mikrobielle Beständigkeit ähnlich unpolarer Lösungsmittel.
Polyetherketten sind am gebräuchlichsten und werden aufgrund ihrer Kältebeständigkeit und ihrer hydrolytischen Stabilität bevorzugt. Polyesterketten werden bevorzugt, wenn eine gute Beständigkeit gegen Lösungsmittel und Hochtemperaturstabilität bevorzugt werden.
Erfindungsgemäß besteht ein Zitzengummi, wie er eingangs definiert wurde, folglich aus einem Material, das ein oder mehrere Materialien in Kombination umfasst, die aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt sind, die die oben diskutierten umfasst.
Ein Zitzenbecher ist eine Milchentzugsvorrichtung, d. h. eine Vorrichtung, die einen Teil oder einen Bestandteil eines Melkgeräts darstellt, der auf die Zitze eines Tieres wirkt oder mit anderen Teilen des Melkgeräts zusammenarbeitet, sodass das Euter in kontrollierter Weise Milch abgibt. Ein Zitzenbecher umfasst einen Gummi, der wiederum mindestens eine flexible Hülse zum Aufnehmen einer Zitze umfasst, die eng anliegend auf/über einer Zitze positioniert wird.
In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Zitzengummi vorgesehen, wobei insbesondere der flexible Hülsenabschnitt des Gummis zum Aufnehmen der Zitze aus einem solchen Material oder einer derartigen Materialkombination hergestellt ist. Ein erfindungsgemäßer Gummi 20 ist vereinfacht in 2 dargestellt, untergebracht in einem ebenso vereinfacht dargestellten Zitzenbechergehäuse 21. Der Gummi umfasst einen Kopfabschnitt 22, einen flexiblen Hülsenabschnitt 24 zum Aufnehmen einer Zitze 25 in im Wesentlichen eng anliegender Weise. Mit „eng anliegend” ist gemeint, dass es keine wesentlichen Luftmengen gibt, die beim Betrieb, d. h. während des Melkens, zwischen der Zitze und der Hülse hineinströmen. Die Hülse erstreckt sich vom Kopfabschnitt 22 zu einem Übergangsbereich 27, wo ein kurzer Milchschlauch 26 mit der Hülse 24 verbunden ist. Dieser Milchschlauch 26 kann in die Hülse integriert sein oder, wie in der Vorrichtung nach dem Stand der Technik in 1, ein separates Element sein, das mit der Hülse verbindbar ist.
Der Übergangsbereich 27 ist zweckmäßig steifer gefertigt, sodass der Gummi starr an das Zitzenbechergehäuse 21 angebracht werden kann, damit es nicht zu Undichtigkeiten kommt. Es ist wichtig, dass die Hülse in einer definierten und bestimmten Position im Gehäuse befestigt wird. Das Vorsehen eines steiferen Abschnitts ist möglich, indem eine erfindungsgemäße Materialkombination verwendet wird, wie weiter unten erörtert wird.
Weiterhin muss das Zitzenbechergehäuse mit einer Versorgungseinrichtung für ein pulsierendes Medium verbunden werden, sodass die Hülse des Gummis ihre Funktion erfüllen kann. Diese Versorgungseinrichtung wird über einen Pulsschlauch 28 gewährleistet, der mit dem Zitzenbechergehäuse 21 an einem Einlassverbindungsstück 23 verbindbar ist, sodass die pulsierende Bewegung auf die Hülse 24 wirken kann.
Das wichtigste Element eines Gummis ist die flexible Hülse 24, insofern, als dass es sich hierbei um dieses Element handelt, das die Funktion erfüllt, indem es sich abwechselnd zusammenzieht und öffnet/ausdehnt, verursacht durch das angelegte pulsierende Vakuum. Damit also der Gummi seine technische Funktion erfüllen kann, muss mindestens die flexible Hülse bestimmte Kriterien im Hinblick auf Materialeigenschaften erfüllen.
Die folgende Liste enthält Beispiele für Eigenschaften, die ein Gummi aufweisen sollte, der eine flexible Hülse auf TPE-Basis aufweist und mit der Zitze/dem Tier und dem Melksystem insgesamt verbindbar ist.

– Er muss dem Euter eines Tiers mittels Vakuummitteln Milch entnehmen können.
– Er sollte Milch innerhalb geschlossener Systeme transportieren können.
– Er sollte über eine Verbindungsstelle mit dem Melksystem insgesamt verbindbar sein.
– Die Zitze sollte massiert werden.
– Die flexible Hülse sollte das Tier stimulieren.
– Die flexible Hülse sollte Bestimmungen im Hinblick auf Materialien und Artikel erfüllen, die mit Lebensmitteln in Kontakt kommen sollen.
– Die flexible Hülse sollte als Sperre wirken können und nicht durch die Milch beeinflusst werden.
– Die flexible Hülse sollte einen konstanten oder variablen Zug oder Druck aufweisen.
– Sie sollte eine Abdichtungsfunktion haben.
– Die flexible Hülse sollte automatisch oder manuell an der Zitze anbringbar sein.
– Die Funktionalität der flexiblen Hülse sollte steuerbar sein.
– Die flexible Hülse basiert auf einem Material, das gegenüber der Melkumgebung beständig sein sollte.
– Die flexible Hülse basiert auf einem Material, das verarbeitbar sein sollte.
– Die flexible Hülse sollte an einem harten Außengehäuse befestigt werden und abdichten können.
– Die flexible Hülse sollte auf Zitzen aller Größen passen.
– Die flexible Hülse sollte vorzugsweise aus einem oder vielen Materialien oder Kombinationen daraus bestehen.
– Die flexible Hülse basiert auf einem Material, das aus TPE oder TPE in Verbindung mit anderen Materialien besteht.
– Es sollte ein unproblematischer Milchtransport möglich sein.

Die obigen Kriterien werden von einem Gummi erfüllt, der mindestens eine flexible Hülse aufweist, die aus einem Material hergestellt ist, das ein TPE umfasst, wie es in der ISO 18064 definiert ist.
Das Elastomermaterial der erfindungsgemäßen Melkvorrichtung sollte (mindestens) die folgenden Eigenschaften aufweisen:

– eine Härte zwischen 25 Shore A und 50 Shore D
– ein Elastizitätsmodul zwischen 0,1 MPa und 50 MPa
– eine Zugfestigkeit üblicherweise oberhalb 0,5 MPa
– eine minimale Ausdehnung von 50% ohne Bruch.

Wahlweise sollte die Melkvorrichtung

– eine Gebrauchstemperatur üblicherweise zwischen –60°C und +200°C aufweisen.

Zweckmäßigerweise ist das Material beständig gegen Säuren, insbesondere Ameisensäure, Propionsäure, Peressigsäure und/oder H₂O₂. Das Material ist vorzugsweise auch alkalibeständig, insbesondere gegen Ammoniak, NaOH und KOH. Geeignete Konzentrationen sind die gewöhnlich bei Wasch- oder Reinigungsprozeduren in der Molkereiindustrie verwendeten.
Das Material sollte auch gegen Chlor, Ozon und UV-Strahlung sowie thermische Oxidation beständig sein.
In bevorzugten Ausführungsformen hat das Material eine Reißfestigkeit zwischen 5 und 50 kN/m, vorzugsweise 15–35 kN/m.
In bevorzugten Ausführungsformen hat das Material eine Zugfestigkeit von 0,5–40 MPa, vorzugsweise 5–20 MPa.
In einer bevorzugten Ausführungsform sollte es auch eine Dehnung aufweisen, die größer als 200% ist, bevor Brüche auftreten, vorzugsweise mehr als 300%.
Das Material ist vorzugsweise ein thermoplastisches Vulkanisat (TPV), das zwei Phasen umfasst, die aus einer thermoplastischen kontinuierlichen Phase und einem vernetzten Kautschuk als diskontinuierlicher Phase bestehen, wobei das thermoplastische Elastomer einen Kautschuk umfasst, der ausgewählt ist aus Butadienkautschuk; Silikon; EPDM; NBR, wahlweise mit Pfropfacrylaten oder -anhydriden.
Weitere mögliche Polymere sind Nitrilkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Butylkautschuk, Halobutylkautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Polyisopren, Polychloropren, Polybuten-Copolymere, chlorsulfoniertes Polyethylen.
Das thermoplastische Elastomer umfasst vorzugsweise auch ein kristallines Polyolefin, ausgewählt aus Polyethylen (HDPE, LDPE oder LLDPE), Polypropylen oder Mischungen davon, beispielsweise Copolymeren. Aufgrund der exzellenten Verarbeitbarkeit der erfindungsgemäß ausgewählten Materialien wird es möglich, Gummis an eine große Anzahl von unterschiedlichen Anwendungen oder Bedürfnissen innerhalb des Gebiets des automatischen Melkens anzupassen. Es ist somit möglich, Gummis in einem einfachen Formungsprozess mit großer Maßgenauigkeit zu fertigen, während unterschiedliche Materialien mit unterschiedlichen Teilen des Produkts kombiniert werden. Es ist zum Beispiel möglich, den Kopfabschnitt und den Milchschlauch mit einer höheren Steifigkeit auszustatten als die flexible Hülse.
Nachstehend werden mehrere mögliche Ausführungsformen auf der Grundlage von Materialwahl und Materialkombinationen beschrieben. Alle Variationen und Abwandlungen sind auf alle Vorrichtungen innerhalb der Gattungsdefinition der Vorrichtung gemäß der Erfindung anwendbar.
Es ist somit möglich, eine erfindungsgemäße Vorrichtung (zum Beispiel einen Gummi, der möglicherweise einen kurzen Milchschlauch und/oder einen kurzen Pulsschlauch umfasst) unter Verwendung von verschiedenen Variationen oder Abwandlungen im Hinblick auf Materialkombinationen herzustellen, um geeignete Eigenschaften für jede konkrete Verwendung oder Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu gewährleisten. Unterschiedliche Teile einer Vorrichtung können auch mit unterschiedlichen Eigenschaften ausgestattet werden, die an die Art der Umgebung angepasst sind, mit der der bestimmte Teil oder Abschnitt der Vorrichtung in Kontakt kommen wird.
Besonders bevorzugte TPEs für die Verwendung mit Gummis in Übereinstimmung mit der Erfindung, die wichtige und unerwartete Vorzüge gegenüber Materialien nach dem Stand der Technik verleihen, sind TPVs (thermoplastische Vulkanisate).
Diese Materialklasse sorgt aufgrund einer Dichte, die etwa 20% niedriger ist als die von Kautschuken nach dem Stand der Technik, für ein geringeres Gewicht.
Die Ermüdungsbeständigkeit ist höher als erwartet. Das bedeutet, dass ein Gummi über eine längere Zeit verwendet werden kann, ohne dass er ausgetauscht werden muss. Das Risiko hygienischer Probleme wird reduziert. In den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik würden viel eher Risse auftreten, wodurch sich Bakterien ansammeln könnten und dadurch eine Quelle für Verunreinigungen geschaffen werden könnte.
TPVs führen zu weniger „Anlauf”problemen, d. h. die Veränderung von Eigenschaften während der allerersten Betriebsstunden wird auf ein niedriges Maß gesenkt. So ist beispielsweise das Phänomen der Hysterese viel geringer ausgeprägt. Das bedeutet, dass das Pulsverhalten besser vorhersagbar ist.
Unter den zuvor vorgeschlagenen möglichen Variationen und Abwandlungen bestünde eine erste Alternative in der Verwendung einer Kombination aus zwei weichen Materialien. Eine solche Kombination wäre anwendbar auf eine Vorrichtung, die unterschiedliche Arten von chemischen Beständigkeiten aufweist. So kommt beispielsweise die Innenseite der Vorrichtung möglicherweise mit Milch in Berührung, was bestimmte Eigenschaften erforderlich macht, wie etwa Beständigkeit gegen Fette sowie gegen Wasser und Waschmittel (hauptsächlich der kurze Milchschlauch), und die Außenseite kann der Umgebung in einem Kuhstall oder einer Scheune oder einer Außenumgebung ausgesetzt sein, wodurch andere Anforderungen an das Material gestellt werden, zum Beispiel Beständigkeit gegen Ammoniak, UV-Licht, Ozon.
Diese bestimmte Art von Vorrichtung könnte aus einem NBR-basierten TPV für die Innenseite der Vorrichtung in Kombination mit einem EPDM-basierten TPV für die Außenseite zusammengesetzt sein, wobei letzteres Ozon- und witterungsbeständig ist.
Eine weitere Abwandlung dieser Kombinationsart besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung mit einer Oberflächensperrbeschichtung (innen und/oder außen) auf einem Kern- oder Vollmaterial, wobei letzteres für die mechanischen Eigenschaften sorgt. Die Sperreigenschaften könnten zum Beispiel Beständigkeit gegen Fette und Reinigungsmittel auf den Innenflächen und Witterungsbeständigkeit sowie Beständigkeit gegenüber Einflüssen der Scheune auf der Außenfläche der Vorrichtung sein. Die Eigenschaften des Kern- oder Vollmaterials könnten zum Beispiel eine hohe Elastizität und niedrige Dämpfung sein, um ein schnelles Melken zu erreichen, und/oder eine hohe Kriechfestigkeit, damit sich im Laufe der Zeit das Melkverhalten/die Melkeigenschaften nicht ändern. Die Dämpfung wird durch den tanδ des Materials quantifiziert, der ein Maß für die Inelastizität des Materials ist. In diesem Fall sollte tanδ < 0,20 sein.
Ein Beispiel für eine geeignete Materialkombination wäre SBS, SEBS oder SIS im Vollmaterial und ein EPDM- oder NBR-basiertes TPV in der Oberflächenschicht, sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite der Vorrichtung.
Eine zweite Alternative ist eine Kombination aus einem weichen und einem harten Material.
Ein heutzutage ausgestalteter Gummi weist unterschiedliche Teile auf, die unterschiedliche Funktionen haben. Die Hülse arbeitet dynamisch, wohingegen die Verbindung zum Sammelstück statisch arbeitet und die Funktion einer Dichtung hat. In einer Ausführungsform wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der kurze Milchschlauch und die Befestigung an der Mitte des Zitzenbechers aus einem steifen/starren Material sind. Damit würde sich die Befestigung mittels einer Schnellverbindung im weiteren Sinne vereinfachen, was mit einem starren Material viel leichter zu erreichen ist als mit einem weichen kautschukartigen Material.
Die Hülse andererseits ist aus einem weichen kautschukartigen Material hergestellt, um optimale Massage- und Melkeigenschaften zu erreichen.
Beispiele für Materialien, die sich für die letztere Anwendung eignen, sind verschiedene Härtegrade von EPDM- oder NBR-basiertem TPV. Es ist auch möglich, Weich-EPDM-basiertes TPV in Kombination mit TPU (TPE auf Urethanbasis), TPA (TPE auf Amidbasis) oder TEEE (TPE auf Esterbasis) zu verwenden.
Für die konkrete Anwendung des Erfindungsgedankens auf (Zitzen-)Gummis bietet die Verwendung von TPV mehrere spezifische und unerwartete Vorzüge.
So sind produktionsbezogene Vorteile zum Beispiel: Die Produktionskosten sind attraktiver; es wird leichter, engere Toleranzen bei den gefertigten Artikeln zu erhalten, womit es leichter wird, die Eigenschaften des Endproduktes vorherzusagen; der Materialabfall kann reduziert werden; weniger Variationen im Herstellungsprozess führen zu einheitlicheren Produkteigenschaften von Charge zu Charge; die Verwendung der erfindungsgemäßen Materialien ermöglicht Schweißen als Produktionsmittel. Die am wenigsten erwartete Eigenschaft ist jedoch die hohe Ermüdungsbeständigkeit.
Zu erwähnende Vorteile im Hinblick auf die Umwelt sind: mögliche direkte Rückführung von Produktionsabfallmaterial in die Produktion durch Granulieren des Abfalls; geringere Mengen von möglicherweise schädlichen Zusatzstoffen, wodurch der Umgang für den Benutzer weniger gefährlich ist, zum Beispiel sind keine Vulkanisationsgase vorhanden.
Zweckmäßigerweise werden die oben beschriebenen Vorrichtungen durch Spritzgießen eines oder mehrerer Materialien entsprechend den gewünschten Eigenschaften hergestellt. Falls der Aufbau komplizierter ist, werden alternativ Spritzguss- oder andere Formverfahren bevorzugt. Vorrichtungen, die zwei oder mehr Materialien in Kombination umfassen, d. h. einen Verbundwerkstoff bilden, können so auf verschiedene Weisen miteinander verbunden werden. Das Doppeleinspritzen von zwei (oder mehr) Materialien nacheinander in ein und dieselbe Form kann verwendet werden. Eine weitere Option besteht darin, einen „Vorläufer” aus einem Material in einer ersten Form herzustellen und den „Vorläufer” dann an eine zweite Form zu übergeben, in die ein oder mehrere weitere Materialien eingespritzt werden. Ebenfalls möglich ist es, die unterschiedlichen Komponenten separat unter der Verwendung unterschiedlicher Materialien mittels Spritzgießen oder Extrusion zu fertigen und dann die Komponenten miteinander zu verschweißen. Bestimmte Komponenten oder Teile können durch einfaches Zusammensetzen des einen mit dem anderen verbunden werden.
Es gehört jedoch in das Gebiet des Fachmanns, die Formprozesse im Detail so auszugestalten, dass die gewünschten Strukturen erhalten werden, und die dafür notwendigen Ausgangsbedingungen zu schaffen, und solche Verfahren werden deshalb hier nicht weiter diskutiert.

Claims

Melkvorrichtung, umfassend mindestens eine flexible Hülse zum Aufnehmen einer Zitze, die auf/über einer Zitze positioniert wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster Abschnitt davon ein thermoplastisches Elastomermaterial (TPE) umfasst, wie es in der ISO 18064 definiert ist, wobei das Material die folgenden Eigenschaften aufweiset: a) eine Härte zwischen 25 Shore A und 50 Shore D; b) ein Elastizitätsmodul zwischen 0,1 MPa und 50 MPa; c) eine Zugfestigkeit oberhalb 0,5 MPa; und d) eine minimale Ausdehnung von 50% ohne Bruch.
Melkvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Material ein thermoplastisches Vulkanisat (TPV) ist, das zwei Phasen umfasst, nämlich eine thermoplastische kontinuierliche Phase und einen vernetzten Kautschuk als diskontinuierliche Phase.
Melkvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die diskontinuierliche Phase einen Butadienkautschuk Silikon; EPDM; oder NBR umfasst, wahlweise mit Pfropfacrylaten oder -anhydriden, oder eine Kombination beliebiger oder sämtlicher dieser Stoffe.
Melkvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Kautschuk ausgewählt ist aus Nitrilkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Butylkautschuk, Halobutylkautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Polyisopren, Polychloropren, Polybuten-Copolymeren, chlorsulfoniertem Polyethylen.
Melkvorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei die kontinuierliche Phase ein kristallines Polyolefin umfasst, das ausgewählt werden kann aus Polyethylen (HDPE, LDPE oder LLDPE), Polypropylen oder Copolymeren oder Mischungen davon.
Melkvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei mindestens ein weiterer Abschnitt ein TPE-Material umfasst das sich von demjenigen des ersten Abschnittes unterscheidet.
Melkvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der erste Abschnitt ein Kernmaterial umfasst und wobei der weitere Abschnitt mindestens eine teilweise Oberflächenbeschichtung auf dem Kernmaterial ist.
Melkvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Kernmaterial einen tanδ < 0,20 hat.
Melkvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Kernmaterial ein SBS oder SEBS ist und wobei die Oberflächenbeschichtung ein EPDM-basiertes TPV oder NBR ist.
Melkvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der erste Abschnitt aus einem Material hergestellt ist, das eine höhere Steifigkeit/Härte hat als der weitere Abschnitt.
Melkvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Material mit einer höheren Steifigkeit/Härte ein Hart-EPDM-basiertes TPV oder ein Hart-NBR-basiertes TPV, TPU, TPA oder TEEE ist und wobei der weichere Teil ein Weich-EPDM-basiertes TPV oder ein Weich-NBR-basiertes TPV ist.
Melkvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einer Gebrauchstemperatur zwischen –60 und +200°C.
Melkvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Material bei solchen Konzentrationen säurebeständig ist, wie sie gewöhnlich bei Wasch- oder Reinigungsprozeduren für Melkausrüstungen in der Molkereiindustrie verwendet werden.
Melkvorrichtung nach Anspruch 14, wobei das Material gegen Ameisensäure, Propionsäure, Peressigsäure und/oder H₂O₂ beständig ist.
Melkvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Material in solchen Konzentrationen alkalibeständig ist, wie sie gewöhnlich bei Wasch- oder Reinigungsprozeduren für Melkausrüstungen in der Molkereiindustrie verwendet werden.
Melkvorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Material gegen Ammoniak, NaOH und KOH beständig ist.
Melkvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Material gegen Chlor, Ozon und UV-Strahlung sowie thermische Oxidation beständig ist.
Melkvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Material eine Reißfestigkeit zwischen 5 und 50 kN/m hat, vorzugsweise 15–35 kN/m.
Melkvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Zugfestigkeit des Materials 0,5–40 MPa beträgt, vorzugsweise 5–20 MPa.
Melkvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Dehnung des Materials größer als 200% ist, bevor Brüche auftreten, vorzugsweise mehr als 300%.
Melkvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der es sich um einen Zitzengummi handelt, der eng anliegend auf/über einer Zitze positioniert wird.
Melkvorrichtung nach Anspruch 21, umfassend einen Kopfabschnitt (22), eine Hülse (24) und einen Milchschlauch (26), die in einer einheitlichen Struktur integriert sind.
Melkvorrichtung nach Anspruch 21, umfassend einen Kopfabschnitt (22), eine Hülse (24) und einen getrennten Milchschlauch (26), der mit der Hülse (24) verbunden werden kann.
Zitzenbecheranordnung, umfassend eine Melkvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche.
Verwendung eines thermoplastischen Elastomermaterials (TPE), wie es in der ISO 18064 definiert ist, wobei das Material die folgenden Eigenschaften aufweist: a) eine Härte zwischen 25 Shore A und 50 Shore D; b) ein Elastizitätsmodul zwischen 0,1 MPa und 50 MPa; c) eine Zugfestigkeit oberhalb 0,5 MPa; und d) eine minimale Ausdehnung von 50% ohne Bruch, bei der Herstellung eines Zitzengummis.
Verwendung eines thermoplastischen Elastomermaterials (TPE), wie es in der ISO 18064 definiert ist, wobei das Material die folgenden Eigenschaften aufweist: a) eine Härte zwischen 25 Shore A und 50 Shore D; b) ein Elastizitätsmodul zwischen 0,1 MPa und 50 MPa; c) eine Zugfestigkeit oberhalb 0,5 MPa; und d) eine minimale Ausdehnung von 50% ohne Bruch, bei der Herstellung einer Hülse zum Aufnehmen einer Zitze für einen Zitzengummi.
Verwendung eines thermoplastischen Elastomermaterials (TPE), wie es in der ISO 18064 definiert ist, wobei das Material die folgenden Eigenschaften aufweist: a) eine Härte zwischen 25 Shore A und 50 Shore D; b) ein Elastizitätsmodul zwischen 0,1 MPa und 50 MPa; c) eine Zugfestigkeit oberhalb 0,5 MPa; und d) eine minimale Ausdehnung von 50% ohne Bruch, bei der Herstellung eines kurzen Milchschlauchs, der mit einem Zitzengummi verbunden werden kann.