Доильное устройство в соответствии с изобретением содержит, по меньшей мере, гибкий рукав для надевания на сосок и приспособленный для размещения на соске коровы и охватывающий сосок. Первая часть гибкого рукава содержит материал, выбранный из группы, включающей термопластичные эластомеры (термоэластопласты), как они определены в стандарте ISO 18064, а его вторая часть содержит материал, выбранный из группы, включающей термопласты. Способ изготовления доильного устройства, в частности, вкладыша доильного устройства представляет собой процесс отливки, выполняемый в две или более операций. При осуществлении первой операции термопласт, предпочтительно полипропилен или полиамид, подают в литьевую форму, имеющую конфигурацию только тех частей устройства, которые должны обладать более высокой жесткостью или твердостью, как, например, соединительные элементы. Более жесткие части затем извлекают из литьевой формы и размещают во второй литьевой форме, куда в процессе второй операции отливки вводят соответствующий термоэластопласт. Необходимость последующих операций определяется конструктивными особенностями устройства.

 

(57) Реферат / Формула:
устройство в соответствии с изобретением содержит, по меньшей мере, гибкий рукав для надевания на сосок и приспособленный для размещения на соске коровы и охватывающий сосок. Первая часть гибкого рукава содержит материал, выбранный из группы, включающей термопластичные эластомеры (термоэластопласты), как они определены в стандарте ISO 18064, а его вторая часть содержит материал, выбранный из группы, включающей термопласты. Способ изготовления доильного устройства, в частности, вкладыша доильного устройства представляет собой процесс отливки, выполняемый в две или более операций. При осуществлении первой операции термопласт, предпочтительно полипропилен или полиамид, подают в литьевую форму, имеющую конфигурацию только тех частей устройства, которые должны обладать более высокой жесткостью или твердостью, как, например, соединительные элементы. Более жесткие части затем извлекают из литьевой формы и размещают во второй литьевой форме, куда в процессе второй операции отливки вводят соответствующий термоэластопласт. Необходимость последующих операций определяется конструктивными особенностями устройства.

 

---

WO2005/120217 PCT/SE2005/000824
ДОИЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Настоящее изобретение относится, в общем, к устройствам и элементам доильных аппаратов и, в частности, к элементам таких устройств как устройства отбора молока и вкладыши доильных стаканов. В частности, изобретение относится к вкладышу, содержащему гибкий рукав для надевания на сосок коровы, и молочный патрубок, выполненный предпочтительно, но необязательно, как одно целое с вкладышем, и сделанные из термопластичных эластомеров (термоэластопластов) в комбинации с термопластичными полимерами.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Машинная дойка известна на протяжении века. Основная конструкция доильного устройства, которое используется и в наше время, основана на изобретении, запатентованном Гиллисом в 1902 году, и содержит доильный стакан с двумя камерами, предназначенный для работы в режиме пульсирующего вакуума. Доильный стакан содержит гибкий рукав, выполненный из резины и образующий одну гибкую стенку камеры, в то время как гильза доильного стакана образует другую стенку. В зазоре между двумя стенками создается пульсирующий вакуум, благодаря чему рукав расширяется и сжимается, таким образом, оказывая массирующее воздействие на сосок, на который надет доильный стакан.
Гибкий рукав является частью так называемого вкладыша доильного стакана.
Доильный аппарат в целом содержит большое количество различных элементов, например шланги, наконечники, вкладыши и т.п., многие из которых сегодня изготавливаются из различных видов резины.
В качестве примера современной доильной системы можно привести систему Петтерсона, описанную в патенте США 6, 176,200.
Устройство содержит трубчатую головку, надеваемую на сосок, и трубку, образующую внутреннюю стенку камеры пульсирующего вакуума. Трубка является эластичной и, как правило, изготавливается из резиновой смеси.
Для того, чтобы получить признание потребителей, устройства, входящие в состав доильного аппарата, такие как доильные стаканы и вкладыши, должны обладать определенными свойствами. В качестве примеров можно перечислить следующие:
хорошие характеристики доения, например скорость отбора молока, производительность отбора молока, удобство надевания и снятия устройства;
хорошее воздействие на сосок;
длительный срок эксплуатации устройства и способность обеспечивать стабильно высокие рабочие характеристики на протяжении всего срока эксплуатации;
постоянство качественных характеристик устройств; устойчивость к воздействию химических и физических факторов; простота очистки устройств; простота замены устройств;
соответствие экологическим требованиям, т.е. обеспечение возможности повторной переработки материалов; низкая энергоемкость производства.
Изделие должно соответствовать требованиям, предъявляемым к материалам, предметам и средствам, предназначенным для контакта с пищевыми продуктами.
Используемые в настоящее время элементы доильных аппаратов, такие как вкладыши доильных стаканов и шланги, очень часто изготавливаются из материалов на основе резины, которые не вполне соответствуют перечисленным выше требованиям.
В международной заявке PCT/SE03/0204, поданной заявителями настоящей заявки, описывается новая методика изготовления доильных устройств с использованием материалов типа термоэластопласт. Описываемое изобретение обеспечивает ряд преимуществ относительно известных устройств и способов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Помимо усовершенствований, обеспечиваемых вышеописанным изобретением, всегда существует возможность дополнительных усовершенствований.
Целью настоящего изобретения, поэтому является создание усовершенствованных устройств и элементов для использования в доильном аппарате, которые соответствуют перечисленным выше требованиям. Изобретение также позволяет сделать устройства еще более универсальными. В соответствии с первым аспектом изобретения это достигается путем создания доильного устройства, описанного в пункте 1 формулы изобретения, т.е., благодаря изготовлению доильного устройства из комбинации мягких и твердых материалов, а именно, соответственно термоэластопласта и термопластичного материала.
Предпочтительно доильное устройство представляет собой усовершенствованный вкладыш доильного стакана.
Таким образом, заявлено доильное устройство, содержащее, по меньшей мере, гибкий рукав для надевания на сосок, приспособленный для размещения на соске коровы и охватывающий сосок. Отличительной особенностью устройства является то, что первая часть рукава содержит материал, выбранный из группы, включающей термопластичные эластомеры (термоэластопласты), как они определены в стандарте ISO 18064, а также то, что вторая часть рукава содержит материал, выбранный из группы, включающей термопластичные материалы.
Доильный аппарат представлен в пункте 15 формулы.
В качестве третьего объекта изобретения предлагается способ изготовления доильного устройства, описанный в пункте 16 формулы.
Устройства в соответствии с изобретением обладают следующими преимуществами:
Благодаря выбору материалов в их комбинации в соответствии с изобретением обеспечивается практически полное устранение или, по меньшей мере, значительное уменьшение количества раковин и облоя,
обычно возникающих при отливке, что позволяет исключить трудоемкие операции по окончательной обработке изделий и тем самым снизить производственные издержки.
Двухступенчатая отливка в соответствии с настоящим изобретением опять же, благодаря особому выбору материалов в соответствии с изобретением позволяет обеспечить исключительно плавный переход между различными материалами в соединительных частях литого изделия, т.е. различные материалы объединяются в одно целое, не образуя при этом канавок или вмятин, где могут размножаться бактерии или другие микроорганизмы, что создает опасность возможного загрязнения. Благодаря этому оборудование этого типа соответствует строгим гигиеническим показателям, намного превышающим требования действующих стандартов.
Кроме того, благодаря использованию более твердых или более жестких материалов для тех деталей, которые подвергаются воздействию больших усилий, количество необходимого материала может быть уменьшено по сравнению с известными устройствами. Например уменьшается количество материала, необходимого для изготовления защелкивающихся соединительных элементов. Использование более твердых материалов позволяет также снизить допуски элементов. Кроме того, обеспечивается большая свобода возможностей конструирования и проектирования.
Особо следует отметить, что благодаря выбору материалов в соответствии с изобретением уменьшается разброс параметров, влияющих на массирующее воздействие на сосок.
Вкладыш современной конструкции состоит из разных деталей, выполняющих различные функции. Рукав работает в динамическом режиме, а соединение с коллектором работает в статическом режиме и выполняет функцию уплотнения. В соответствии с одной из форм осуществления изобретения предлагается выполнение молочного патрубка и крепления по центру доильного стакана из жесткого (твердого) материала. Это позволяет во многих отношениях упростить установку устройства благодаря быстрому соединению, что значительно легче обеспечить при использовании твердого материала, а не мягкой
резины. Рукав, наоборот, выполняется из мягкой резины для достижения оптимального массирующего действия и отбора молока.
Использование термоэластопласта в качестве специального материала для вкладышей доильных стаканов в соответствии с изобретением обеспечивает ряд особых и неожиданных преимуществ.
К ним относятся производственные преимущества, например снижение производственных издержек; возможность получения изделий с более жесткими допусками, в результате чего легче предвидеть свойства готовых получаемых изделий; снижение потерь материала; получение более однородных характеристик изделий от партии к партии за счет большей стабильности технологического процесса; возможность использования сварки в процессе производства благодаря выбору материалов в соответствии с изобретением. Однако наиболее неожиданным преимуществом оказалась высокая усталостная прочность.
В качестве экологических преимуществ можно перечислить такие как: возможность рециркуляции производственных отходов непосредственно в процесс производства путем гранулирования остатков и меньшее количество потенциально вредных добавок, например отсутствие газов вулканизации, что повышает безопасность работы персонала.
Область применения настоящего изобретения будет более очевидной из приводимого ниже подробного описания и прилагаемых чертежей, которые носят только иллюстративный характер и поэтому не должны рассматриваться как ограничивающие сущность настоящего изобретения, где
Фиг. 1 показывает пример известного устройства для доильного аппарата, а именно доильный стакан и вкпадыш.
Фиг. 2 является схематичной иллюстрацией примера осуществления изобретения в виде вкладыша доильного стакана, показанного в поперечном сечении, для пояснения сущности настоящего изобретения, а именно использование разных материалов для разных частей.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Используемый в данной заявке термин "доильное устройство" означает любое устройство, используемое в доильных системах.
Выражение "вкладыш" или "вкладыш доильного стакана" означает устройство в составе доильного аппарата или доильной системы, которое предназначено для использования на молочной ферме, например в контакте с молоком, и поэтому должно соответствовать требованиям, предъявляемым к материалам и предметам, предназначенным для контакта с пищевыми продуктами. Вкладыш содержит, по меньшей мере, гибкий рукав для надевания на сосок, приспособленный для размещения на соске коровы и охватывающий сосок с плотным прилеганием. На торце рукава, ближнем к концу, надеваемому на сосок, может устанавливаться молочный патрубок, который крепится к центру доильного стакана. Вкладыш может также включать шланг подачи пульсирующей среды. Следует иметь в виду, что вкладыш в соответствии с настоящим изобретением может использоваться для доения различных животных, например коров, буйволиц, овец, коз и других жвачных животных.
"Доильный стакан" означает устройство, содержащее гильзу, в которой устанавливается вкладыш или с которой он выполняется как одно целое, как указано выше,. В частности, доильным стаканом может быть устройство отбора молока, т.е. устройство, являющееся частью или элементом доильного аппарата и воздействующее на сосок животного или взаимодействующее с другими частями доильного аппарата таким образом, что вымя будет отдавать молоко в управляемом режиме. Доильный стакан содержит вкладыш, который в свою очередь содержит, по меньшей мере гибкий рукав для надевания на сосок, приспособленный для размещения на соске коровы и охватывающий сосок с плотным прилеганием.
Выражение "термопластичный полимер" в данной заявке имеет обычное значение, характерное для использования этого термина в области технологии полимеров. В настоящей заявке предпочтение
отдается полу-кристаллическим термопластичным полимерам, хотя возможны и другие типы термопластичных полимеров. Типичными примерами предпочтительных термопластичных полимеров являются полиолефины (полипропилен, полиэтилен и т.п.) и полиамиды. Эта группа может также включать сополимеры мономеров полиолефина, а также различные типы наполнителей, такие как стекловолокно, углеродное волокно, минеральное волокно, металлическое волокно и т.п. или другие наполнители, обычно используемые в полимерах. Следует отметить, что термопластичные материалы представляют собой отдельный класс материалов, отличающихся от термоэластопластов.
На фиг. 1 представлен пример известного из уровня техники доильного стакана. Стакан содержит вкпадыш 1, который установлен в гильзе 2. Вкладыш 1 симметричен относительно продольной оси 3 и содержит часть, выполненную в виде верхней трубчатой головки 4, и отходящий от нее вниз трубчатый гибкий рукав 5, предназначенный для надевания на сосок. Головка 4 имеет первый (верхний) торец 6 и второй (нижний) торец 7. На верхнем торце 6 трубчатой головки 4 имеется загнутая часть 8, выступающая вовнутрь и образующая круглое центральное отверстие. Трубчатая головка 4 формирует сквозной проход во внутренний объем вкладыша доильного стакана для размещения соска в рукаве 5. Нижний торец 7 снабжен кольцевой выемкой 9, в которую входит верхний торец доильного стакана 2. Нижняя часть рукава 5 содержит периферическую круглую выемку 10, в которую входит нижний торец гильзы 2 доильного стакана. Форма выемок 9 и 10 выполнена таким образом, чтобы между вкладышем доильного стакана и гильзой 2 доильного стакана образовалось замкнутое пространство 11, которое формирует камеру пульсирующего вакуума доильного стакана. Нижняя часть вкладыша 1 доильного стакана соединена с патрубками 12 и 13, образующими молочный шланг, который может подключаться к коллектору (в описании не представлен). Вкладыш 1 доильного стакана изготавливается из гибкого материала, например натурального или синтетического каучука.
В соответствии с настоящим изобретением разнообразные возможности использования описываемого класса материалов, широко представленного описанием особых свойств материала и примерами термоэластопластов в комбинации с термопластами, такими как полиолефины (полипропилен, полиэтилен и т.п.) или полиамиды, обеспечивают возможность изготовления устройств, в которых их отдельные части и участки выполнены с различными механическими и физико-химическими характеристиками, что позволяет изменять характеристики с учетом особенностей использования. Таким образом, разные части устройств, например первая часть, вторая часть и т.п. могут выполняться из различных материалов. В частности, термоэластопласт первой части может содержать термопластичный материал, который совместим и предпочтительно подобен термопластичному материалу второй части.
Термин "совместимый" используется в широком значении, соответствующем его пониманию специалистами в области технологии полимеров.
В Интернете на сайте http://www.fiberset/cjv/html/glossary/glos-c.htm дается следующее значение слова "совместимый": "способность различных резиновых смесей подвергаться обработке в контакте друг с другом без ухудшения свойств готового изделия".
Другое значение слова "совместимый": "позволяющий использование в комбинации или в соединении с другими устройствами или элементами без модификации".
Эти дополнительные значения охватываются определением, обычно используемого для заявляемого полимера.
В конкретном случае настоящего изобретения результатом совместимости является то, что два материала, из которых выполнены разные части устройства, образуют соединение, очень напоминающее сварное соединение. Предпочтительно материалы подобны или даже практически одинаковы.
В предпочтительных формах выполнения термоэластопласт имеет твердость по Шору 50-90 А и предел прочности при растяжении 4 -8 МПа.
В основе изобретения лежит вывод о том, что, хотя термоэластопласты, используемые для доильных устройств, как описано в международной заявке PCT/SEO3/02024, улучшают возможности проектирования доильных устройств в целом и вкладышей доильных стаканов в частности, они, тем не менее, не настолько универсальны с точки зрения проектирования или конструирования, как хотелось бы.
Авторы данного изобретения неожиданно обнаружили, что термопласты (такие как полипропилен, полиэтилен и/или полиамид) в комбинации с термоэластопластом открывают новые возможности конструирования и проектирования. Таким образом, путем подбора соответствующих свойств термоэластопласта и термопласта обеспечивается возможность самых разнообразных комбинаций этих материалов. С одной стороны, разные элементы можно изготавливать из различных материалов и комбинировать и объединять в одно целое, т.е. путем механического (физического) соединения отдельных элементов, но можно также посредством технологии совместного литья под давлением изготавливать сложные изделия с превосходными свойствами.
Далее приводится краткое описание термоэластопластов, подходящих для использования в настоящем изобретении.
Термопластичные эластомеры (термоэластопласты)
До появления термоэластопластов имелись только жесткие или полужесткие изделия, которые могли изготавливаться и обрабатываться с помощью новой технологии термопластов. Производство термопластов характеризуется более высокой скоростью, меньшей энергоемкостью, более высокими стандартами чистоты и более простым повторным использованием отходов.
Для получения эластомерных материалов сначала использовался только термоотверждаемая резина. Для случаев применения, не связанных с воздействием предельных температур, нет особой необходимости в наличии устойчивых к воздействию температур мест
сшивки. Использование же термоотверждающихся резин сопровождается недостатками, сопутствующими сшивке.
Поэтому возникла острая необходимость в разработке термопластичных материалов, проявляющих упругие свойства, но не имеющих каких либо постоянных центров сшивки.
Термоэластопласты - это материалы, которые сочетают в себе технологические свойства термопластичного материала и упругие свойства резины.
Термоэластопласты являются двухфазными системами. Одной из фаз является твердый полимер, имеющий необходимую механическую прочность при рабочих температурах, но переходящий в текучее состояние при нагреве выше температуры плавления или температуры стеклования (Тд). Другой фазой является мягкий каучукообразный полимер.
Для достижения желаемых свойств существуют принципиально два способа, а именно получение материала в виде блок-сополимеров или полимерных смесей.
Блок-сополимеры, соответствующие определению
термоэластопластов, состоят из двух фаз, твердой и мягкой, образуемых сегментами одной и той же молекулярной цепи. Более твердый сегмент может быть кристаллическим материалом с высокой температурой плавления или аморфным материалом с высокой температурой стеклования. Мягкий сегмент всегда является аморфным с очень низкой температурой стеклования.
Термоэластопласты, полученные из смесей полимеров, представляют собой смеси твердого почти исключительно полукристаллического материала с высокой температурой плавления, находящегося в непрерывной фазе, с мягким, по меньшей мере большей частью аморфным материалом с очень низкой температурой стеклования.
В соответствии со стандартом ISO 18064 термоэластопласты обозначаются аббревиатурой ТПЕ. Точное определение, представленное в стандарте ISO 18064:2003(Е), имеет следующий вид:
"Термоэластопласт - это материал, состоящий из полимера или смеси полимеров, который при рабочей температуре имеет свойства, схожие со свойствами вулканизированного каучука, но может обрабатываться и подвергаться повторной переработке при повышенных температурах, как и термопласт".
Термопластичные вулканизаты
Термопластичные вулканизаты являются двухфазными системами, состоящими из термопластичной непрерывной фазы и сшитого каучука в качестве дисперсной фазы. Преобладающей является система полипропилен/этиленпропипендиеновый каучук, но используются также системы полипропилен/бутадиенакрилонитрильный каучук.
Каучуковая фаза вулканизирована в большей степени, чем термопластичные олефины, в которых каучуковая фаза вулканизирована лишь частично или вообще не вулканизирована. Вулканизация каучуковой фазы обеспечивает улучшение целого ряда свойств. Общие свойства термопластичного вулканизата:
плотность (кг/дмЗ) 0.9 - 1.0;
твердость по Шору 35A-50D;
нижний температурный предел °С -60; верхний температурный предел(непрерывный) °С 135;
сопротивление сжатию при 100°С G;
устойчивость к углеводородным жидкостям G/E;
устойчивость к жидкостям на водной основе G/E;
ценовое соотношение 2.5-3.0.
Термопластичные олефины
Термопластичные олефины, как указано в ISO, являются смесями полипропилена (РР) и сополимера этилена и пропилена (ЕРМ) или этиленпропилендиенового полимера (EPDM). Термин EP(D)M включает как EPDM так и ЕРМ.
Смеси полипропилена и этиленпропилендиенового полимера РР-EP(D)M получают при интенсивном смешивании РР и EPDM и/или ЕРМ.
Полипропилен обычно является изотактическим гомополимером или изотактическим полипропиленом с низким содержанием этилена. Точка плавления этих полу-кристаллических полимеров находится в диапазоне 145-165 °С.
Поэтому термопластичный олефин при высоких температурах может сохранять многие из своих механических свойств.
Этиленпропилендиеновый полимер EP(D)M с соотношением этилена и пропилена 50:50 является почти полностью аморфным, хотя и полиэтилен и полипропилен являются полу-кристаллическими полимерами. Изменение, например содержания этилена в сторону увеличения придает определенную степень кристалличности. Общее воздействие кристалличности этиленового типа значительно изменяет прочность резины.
Свойства.
Поскольку полипропилен (РР) и сополимер этилена и пропилена (ЕРМ) или этиленпропилендиеновый полимер (EPDM), имеющие общее обозначение EP(D)M, могут смешиваться в любом соотношении, то теоретически существует бесконечный спектр свойств от слегка модифицированного термопластичного полипропилена до EP(D)M, усиленного термопластом.
Таблица 3. Сравнение типов термопластичных олефинов
Свойства/
термопластичный
олефин
EP(D)M/PP 80/20
EP(D)M/PP 67/33
ЕР (D) М / РР 50/50
Предел прочности при растяжении (МПа)
9,5
Твердость по Шору А
Температура хрупкости
< - 60 0 С
< - 60 0 С
< - 60 0 С
Преимущества
термопластичного
олефина
Диапазон рабочих температур от - 60 до 125°С, низкая температура хрупкости, высокая ударная прочность, высокий модуль упругости. Хорошая устойчивость к воздействию полярных органических жидкостей.
Недостатки
термопластичного
олефина
Низкая эластичность, малое удлинение при разрыве, высокое усадка при сжатии. Плохая устойчивость к углеводородам и галоидоуглеродам. Перед обработкой необходима сушка.
В соответствии с настоящим изобретением доильное устройство и, в частности, вкладыш доильного устройства, как указывалось ранее, выполнен из материала, содержащего один или более материалов в их комбинации, выбранных из группы материалов, включающих материалы, описанные выше, и термопластичные материалы. Рассматриваемые термопластичные материалы содержат любой материал, выбранный из полиолефинов, таких как полипропилен, полиэтилен и т.д. и полиамидов. Эти материалы отличаются от термоэластопластов своими свойствами, в основном своей гибкостью. Таким образом, те участки или детали устройства, которые должны быть мягкими, например элементы вкладыша доильного стакана для доильного аппарата, надеваемые на сосок, как, например мембрана с отверстием для надевания на сосок, расположенная в верхней части устройства, выполняются из термоэластопластов. Кроме того, если устройство имеет молочный патрубок, соединяемый или выполненный как одно целое с ним, то при изготовлении такого патрубка предпочтение также отдается термоэластопластам.
Детали, выполняющие соединительную функцию, т.е. муфты и т.п., в частности, защелкивающиеся соединительные элементы для подсоединения молочного шланга к вкладышу, или детали, выполняющие опорную функцию, изготавливают из более жестких
материалов, таких как термопласт, например полиолефин (например полипропилен, полиэтилен) или полиамид.
Далее приводится примерный перечень свойств, которыми должен обладать вкладыш с гибким рукавом, выполненным из термоэластопласта, который подсоединяется к соску (животному) и к доильной системе в целом:
- способность обеспечивать сдаивание молока из вымени животного с помощью вакуума;
- способность транспортировки молока в пределах замкнутых систем;
- возможность подсоединения через устройство сопряжения к доильной системе в целом;
- оказание массирующего воздействия на сосок;
- обеспечение стимулирования животного гибким рукавом;
- соответствие гибкого рукава требованиям, предъявляемым к материалам и предметам, предназначенным для контакта с пищевыми продуктами;
- выполнение гибким рукавом функции барьера при отсутствии взаимодействия с молоком;
- обеспечение гибким рукавом постоянного или переменного растяжения или сжатия;
- выполнение гибким рукавом функции уплотнения;
- возможность автоматического или ручного крепления гибкого рукава к соску;
- функционирование гибкого рукава в управляемом режиме;
- возможность изготовления гибкого рукава из материала, способного выдерживать воздействие молочной среды;
- возможность изготовления гибкого рукава из материала, способного подвергаться санитарной обработке;
- обеспечение возможности крепления с уплотнением гибкого рукава к внешней жесткой гильзе доильного стакана;
- соответствие гибкого рукава соскам любых размеров;
- возможность изготовления гибкого рукава предпочтительно из одного или нескольких материалов или их комбинаций;
- возможность изготовления гибкого рукава из материала, который включает термоэластопласт или термоэластопласт в комбинации с другими материалами;
- обеспечение плавной транспортировки молока.
Вышеуказанным критериям соответствует вкладыш, имеющий, по меньшей мере, гибкий рукав, выполненный из материала, который содержит термоэластопласт, как он определен стандартом ISO 18064.
Термоэластопласт, используемый для доильного устройства в соответствии с изобретением, должен обладать (по меньшей мере) следующими характеристиками:
- твердость по Шору от 25 А до 50 D;
- модуль упругости от 0.1 МПа до 50 МПа;
- предел прочности при растяжении более 0.5 МПа;
- минимальное удлинение без разрыва 50%;
- предпочтительно диапазон рабочих температур доильного устройства от - 60°С до + 200°С.
Материал должен быть устойчив к воздействию кислот, в частности муравьиной кислоты, пропионовой кислоты, перуксусной кислоты, и/или Н2О2. Предпочтительно материал должен быть устойчив к воздействию щелочи, в частности, аммиака, NaOH и КОН в концентрациях, обычно используемых в процессах мойки или очистки в молочной промышленности.
Материал также должен быть устойчив к воздействию хлора, озона, ультрафиолетовому облучению и тепловому окислению.
В предпочтительных формах осуществления изобретения материал имеет прочность на разрыв от 5 до 50 кН/м, предпочтительно 15-35 кН/м.
В предпочтительных формах осуществления изобретения материал имеет предел прочности при растяжении от 0.5-40 МПа, предпочтительно 5-20 МПа.
В предпочтительной форме осуществления материал также имеет удлинение без разрыва более 200%, предпочтительно более 300%.
В качестве материала может использоваться термопластичный вулканизат, содержащий две фазы, включающие термопластичную
непрерывную фазу и сшитый каучук в качестве дисперсной фазы, где термоэластопласт содержит каучук, выбранный из бутадиенового каучука, силикона, этиленпропилендиенового полимера (EPDM), бутадиенакрилонитрильного каучука (NBR), возможно привитого акрилатами или ангидридами.
Термоэластопласт предпочтительно также содержит кристаллический полиолефин, выбранный из полиэтилена (ПЭВП/полиэтилен высокой плотности, ПЭНП/полиэтилен низкой плотности, ПЭКНП/полиэтилен критически низкой плотности), полипропилена или их смеси, например сополимеров. Благодаря высокой технологичности материалов, выбранных в соответствии с изобретением, появляется возможность изготовления вкладышей с учетом разнообразного использования и потребностей в области доения. Таким образом, с помощью обычной технологии отливки можно изготавливать вкладыши с высокой точностью размеров, комбинируя при этом различные материалы в разных частях изделия. Например можно придать головке и молочному патрубку большую жесткость, чем эластичному рукаву.
Класс термоэластопластов, подходящих для целей настоящего изобретения, представлен материалами SANTOPRENE(r) (Сантопрен), поставляемыми компанией "Эдванст Эластомер Системз" (Advanced Elastomer Systems). Эти материалы являются термоэластопластами, подходящими для использования в контакте с пищевыми продуктами на водной основе и соответствующими требованиям Директивы 90/128/ЕС (с изменениями). Материалы могут обрабатываться литьем под давлением и полностью подлежат повторному использованию.
Ниже перечислены результаты стандартных испытаний трех материалов SANTOPRENE(r) (для заготовок, полученных литьем под давлением с литьевыми отверстиями 100 мм х 150 мм х 2 мм).
X2271-73EU
Свойство Значения Единицы Метод испытаний
измерения .
Твердость 74 Твердость 78 Предел прочности
при растяжении 7.0 Удлинение 380 по Шору A ASTM D 2240 (5s)
по Шору A ISO 868 (15s)
МПа ISO 37 Тип 1
% ISO 37 Тип 1
X271-64EU Свойство
Твердость Твердость
Значения
66 70
Предел прочности 5/5
при растяжении Удлинение 370
Единицы Метод испытаний измерения .
по Шору A ASTM D 2240 (5s) по Шору A ISO 868 (15s) МПа ISO 37 Тип 1
ISO 37 Тип
X271-55EU Свойство
Значения
Твердость 58 Твердость 62 Предел прочности
при растяжении 5,0 Удлинение 350
Единицы Метод испытаний измерения .
по Шору A ASTM D 2240 (5s) по Шору A ISO 868 (15s)
МПа
ISO 37 Тип ISO 37 Тип
Предпочтительными значениями для термоэластопласта в доильном устройстве в соответствии с изобретением являются твердость по Шору 50-90 А и предел прочности при растяжении 4-8 МПа.
Термопласт, используемый для изготовления более жестких деталей устройства в соответствии с изобретением, должен предпочтительно иметь следующие свойства:
модуль упругости от 800 до 8500 МПа, предпочтительно от 1000 до 6500 МПа, наиболее предпочтительно от 1100 до 1300 МПа
предел прочности при растяжении, как правило, от 25 до 140 МПа, предпочтительно 30-60 МПа, наиболее предпочтительно 35-90 МПа.
Термопластичный материал можно по желанию усиливать стекловолокном, причем, в этом случае суммарный предел прочности при растяжении будет находиться в верхней части указанных пределов значений. С учетом конкретных случаев применения при необходимости могут использоваться другие наполнители, выбираемые из таких материалов как углеродное волокно, минеральное волокно и другие виды обычно используемых волокон.
В конкретном примере осуществления настоящего изобретения предлагается вкладыш доильного стакана, в котором именно гибкий рукав для надевания на сосок выполнен из такого материала или комбинации материалов. Вкладыш 20 в соответствии с изобретением схематично показан в поперечном сечении на Фиг. 2 установленным в гильзу доильного стакана 21, также показанную схематично. Вкладыш содержит головку 22 и гибкий рукав 24 для надевания на сосок с плотным прилеганием. Под "плотным прилеганием" подразумевается, что в процессе работы, т.е. во время доения, между соском и рукавом не будет сколько-нибудь значительных утечек воздуха. Рукав проходит от головки 22 к соединительному элементу 27, где к рукаву 24 присоединен молочный патрубок. По желанию молочный патрубок может быть выполнен как одно целое с рукавом.
Соединительный элемент 27 выполнен преимущественно из более жесткого материала (термопласта) для того, чтобы обеспечить жесткое крепление вкладыша к гильзе доильного стакана 21 во избежание утечек. Важно, чтобы рукав крепился к гильзе точно в заданном положении.
Кроме того, чтобы рукав вкладыша мог выполнять свою функцию, гильза доильного стакана должна быть соединена с источником пульсирующей среды. Подключение источника осуществляется через шланг подачи пульсирующей среды, подсоединяемый к гильзе доильного стакана 21 посредством входного разъема 23 так, чтобы пульсации могли воздействовать на рукав 24.
Наиболее важным элементом вкладыша является гибкий рукав 24 в том смысле, что именно этот элемент выполняет функцию попеременного смыкания и раскрытия (расширения) под воздействием
пульсирующего вакуума. Таким образом, для того чтобы вкладыш мог выполнять свою техническую функцию, по меньшей мере, гибкий рукав должен удовлетворять определенным критериям с точки зрения свойств материала.
С учетом подбора материала и комбинаций материалов возможны различные варианты осуществления изобретения. Все эти варианты и усовершенствования применимы ко всем устройствам, охватываемым общим определением устройства в соответствии с изобретением.
Таким образом, можно изготовить устройство в соответствии с изобретением (например вкладыш, возможно содержащий молочный патрубок и/или шланг подачи пульсирующей среды), используя несколько вариантов или усовершенствований комбинаций материалов для того, чтобы обеспечить необходимые свойства для каждого конкретного случая использования или применения устройства в соответствии с изобретением. Кроме того, разные части устройства могут иметь различные свойства в зависимости от типа среды, с которой будет контактировать определенная часть устройства.
В частности, следует отметить, что изобретение предусматривает также возможность использования более чем одного термоэластопласта в комбинации с одним или более термопластичным материалом. Таким образом, например внешней поверхности эластичного рукава могут быть приданы иные свойства, чем его внутренней поверхности, например гидрофобные и гидрофильные свойства. Благодаря использованию различных классов материалов, например полиолефинов, можно также получить различные степени жесткости материалов.
Далее будет представлено описание способа в соответствии с изобретением.
Как правило, вышеописанные устройства изготавливаются литьем под давлением одного или более материалов в соответствии с требуемыми свойствами. Если же конструкция является более сложной, то кроме литья под давлением могут быть выбраны другие способы литья. Таким образом, устройство, содержащее два или более материалов в их комбинации, т.е. образующее композитный материал, может быть создано как одно целое несколькими способами. Может
использоваться двойное введение двух (или более) материалов последовательно в одну и ту же литьевую форму. Другим вариантом является изготовление "предшественника" из одного материала в первой форме и затем перемещение "предшественника" во вторую форму, в которую вводятся один или более последующих материалов. Можно также методом литья под давлением или экструзии изготавливать разные элементы отдельно, используя различные материалы, и затем сваривать отдельные элементы вместе. Некоторые элементы или части могут соединяться простым совмещением друг с другом.
Однако детальная разработка процессов для получения требуемых конструкций и необходимой оснастки является задачей специалистов в данной области, и поэтому эти способы в данной заявке рассматриваться не будут.
Способ изготовления доильного устройства в соответствии с изобретением, в частности вкладыша доильного стакана, в предпочтительном примере осуществления представляет собой двухступенчатый процесс отливки. Однако выполнение более чем двух операций для изготовления более сложных конструкций также входит в объем изобретения.
Таким образом, в соответствии с предпочтительной формой выполнения изобретения, на первом этапе термопласт, предпочтительно полипропилен или полиамид, подают в литьевую форму, имеющую конфигурацию только тех частей устройства, которые должны иметь более высокую жесткость или твердость, таких как разъемные соединения. Форма имеет литьевой стержень, выполненный по конфигурации внутреннего канала устройства.
Далее стержень с вышеуказанными более жесткими элементами, извлекают из формы и устанавливают во вторую форму, в которую при осуществлении второй операции отливки подают соответствующий термоэластопласт. Литьевой стержень может быть установлен во второй полости той же самой литьевой формы или даже в той же самой полости, если форма выполнена с возможностью подгонки под конфигурацию литья второй структуры или элемента.
Вторая (и если необходимо последующие) операция отливки обеспечивает изготовление остальных элементов устройства. Поскольку термоэластопласт и термопласт являются совместимыми вследствие того, что матричный материал термоэластопласта подобен, если не полностью идентичен термопласту, используемому на первой операции, то между материалами будет очень хорошее соединение, что на практике означает, что они как бы "свариваются" друг с другом. Переходы между двумя материалами, т.е. между более жесткими и более мягкими участками, будут почти идеальными. Под "почти идеальным" имеется в виду отсутствие каких-либо заметных выступов или канавок в месте сопряжения двух материалов. Таким образом, исключается возможность попадания на эти участки переходов бактерий или других микроорганизмов, а также органических материалов, таких как остатки молока, служащих питательной средой для размножения бактерий. Это является существенным с точки зрения гигиены и представляет собой важную особенность способа и устройства в соответствии с изобретением.
В верхней части вкладыша доильного стакана, где при доении располагается сосок, можно выполнить более жесткий элемент для обеспечения соединительной функции, оставив при этом мягкой поверхность, фактически контактирующую с соском с тем, чтобы опасность травм сосков была минимальной или вообще была исключена.
В предпочтительном примере осуществления, представленном на Фиг.2, вкладыш доильного стакана состоит из двух отдельных частей, соединяемых посредством защелкивающегося соединительного элемента 28. Соответственно, верхняя часть головки, включая отверстие 26 для размещения соска, выполнена как "крышка" 22, которая может соединяться с остальной частью, фактически представляющей собой гибкий рукав вкладыша. При этом крышку изготавливают по двухступенчатой технологии. Таким образом, предпочтительно твердый соединительный элемент в форме кольца, изготовленный на первом этапе и еще теплый, не снятый с литейного стержня, размещают во
второй форме, куда подают термоэластопласт для формирования мембраны, имеющей отверстие для надевания на сосок.
Часть рукава, имеющая два соединительных элемента, один в верхней части (в головке) для подсоединения к крышке, а другой в нижней части для подсоединения к молочному шлангу или к гильзе доильного стакана, также выполняют, как указано выше, по двухступенчатой технологии.
Хотя в вышеописанном способе предпочтительным является то, что жесткие или твердые части отливают на первом этапе, а мягкие или гибкие части - на втором этапе, можно делать это наоборот, т.е. отливать мягкие части перед твердыми частями. Между этими двумя подходами нет существенных различий, и специалист в данной области может легко изменить параметры литья в соответствии с используемой технологией.
Для некоторых случаев применения может потребоваться использование более чем одного термоэластопласта для разных частей устройства и/или более чем одного термопласта для разных частей. В этом случае может потребоваться выполнение технологического процесса более чем в две операции, когда каждому материалу соответствует одна операция процесса. Однако существует возможность одновременного введения двух различных материалов в разные участки формы. Такие изменения технологии хорошо известны специалистам и сами по себе к существу данного изобретения отношения не имеют.
Следует отметить, что благодаря выбору материалов, т.е. термоэластопластов в комбинации с термопластами, а также благодаря совместимости между этими материалами значительно упрощается проектирование элементов конструкции в зависимости от потребностей использования.
В качестве примера можно привести конструктивный вариант введения уплотнительных колец непосредственно в более твердые части устройства путем отливки термоэластопласта в соответствующие каналы, имеющие конфигурацию в виде кольца. Благодаря хорошему соединению материалов в одно целое обеспечивается хорошее качество уплотнения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Доильное устройство, содержащее, по меньшей мере, гибкий рукав для надевания на сосок, размещаемый на соске коровы и охватывающий сосок, отличающееся тем, что, по меньшей мере первая часть рукава выполнена из материала, выбранного из группы, включающей термоэластопласты, как они определены в стандарте ISO 18064, а также тем, что, по меньшей мере второй элемент рукава выполнен из материала, выбранного из группы, включающей термопластичные материалы.
2. Доильное устройство по пункту 1, отличающееся тем, что термоэластопласт имеет следующие свойства:
а) твердость по Шору от 25 А до 50 D;
б) модуль упругости от 0,1 МПа до 50 МПа
в) предел прочности при растяжении более 0.5 МПа;
г) минимальное удлинение 50% без разрыва,
а также тем, что термопласт имеет следующие свойства:
- модуль упругости от 800 до 8500 МПа, предпочтительно от 1000 до 6500 МПа, наиболее предпочтительно от 1100 до 1300 МПа;
- предел прочности при растяжении, как правило, от 25 до 140 МПа, предпочтительно 30-60 МПа, наиболее предпочтительно 35-90 МПа.
3. Доильное устройство по пунктам 1 или 2, имеющее диапазон рабочих температур от - 60°С до + 200°С.
4. Доильное устройство по любому из пунктов 1-3, отличающееся тем, что термоэластопласт в первом элементе содержит термопластичный материал, который совместим и предпочтительно подобен термопластичному материалу во втором элементе.
5. Доильное устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что термоэластопласт имеет
твердость по Шору 50 - 90 А;
предел прочности при растяжении 4-8 МПа.
6. Доильное устройство по любому из предшествующих пунктов 1-5, отличающееся тем, что термопластичный материал включает материал, выбранный из полиолефинов, таких как полипропилен, полиэтилен, полиамидов или их комбинаций.
7. Доильное устройство по любому из предшествующих пунктов, имеющее, по меньшей мере еще одну часть, выполненную из термоэластопласта, отличающегося от материала первой части.
8. Доильное устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что внешняя поверхность, по меньшей мере части устройства содержит термоэластопласт, отличающийся от материала внутренней поверхности.
9. Доильное устройство по пункту 8, отличающееся тем, что одна из поверхностей имеет гидрофобные свойства, а другая -гидрофильные свойства.
10. Доильное устройство по любому из предшествующих пунктов, содержащее уплотнительные элементы, выполненные как одно целое с устройством, причем указанные уплотнительные элементы, содержат термоэластопласт.
11. Доильное устройство по любому из предшествующих пунктов, содержащее две части, первая из которых содержит гибкий рукав для надевания на сосок, а вторая - верхнюю крышку, имеющую мембрану с отверстием для надевания на сосок, при этом указанные части соединены защелкивающимся соединительным элементом, причем указанная мембрана и указанный рукав выполнены из термоэластопласта, а соединительный элемент выполнен из термопласта.
12. Доильное устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что термопластичный материал дополнительно содержит наполнители, выбираемые из волокнистых материалов, таких как стекловолокно, углеродное волокно, минеральное волокно, металлическое волокно и другие обычные наполнители.
13. Доильное устройство по любому из предшествующих пунктов, представляющее собой вкладыш доильного стакана, содержащий
гибкий рукав, выполненный из термоэластопласта;
верхнюю часть, включающую мембрану с отверстием для надевания на сосок, выполненную из термоэластопласта, при этом указанная верхняя часть и гибкий рукав, соединены защелкивающимся соединительным элементом, выполненным из термопласта;
нижнюю часть, служащую в качестве разъема для молочного шланга.
14. Доильное устройство по пункту 13, дополнительно содержащее молочный патрубок, соединенный с нижней частью защелкивающимся соединительным элементом, который выполнен из термопласта.
15. Доильный аппарат, содержащий доильное устройство по любому из предшествующих пунктов.
16. Способ изготовления доильного устройства, содержащего, по меньшей мере, гибкий рукав для надевания на сосок и приспособленный для размещения на соске коровы и охвата соска, включающий:
подготовку литьевой формы, имеющей полость и литьевой стержень;
отливку, по меньшей мере, первой части устройства в указанной форме с использованием, по меньшей мере, одного первого полимерного материала;
отливку, по меньшей мере, одной последующей части устройства с использованием, по меньшей мере, одного второго полимерного материала;
повторение при необходимости операции отливки в зависимости от конструктивных особенностей устройства с использованием тех же или других полимерных материалов; отличающийся тем, что
полимерные материалы выбирают из термоэластопластов и термопластичных полимеров, причем термоэластопласты используются, по меньшей мере для одной части устройства, а термопластичные полимеры используются, по меньшей мере для еще одной части устройства.
17. Способ по пункту 16, отличающийся тем, что при осуществлении первой операции отливки указанным первым полимерным материалом является термоэластопласт, а при осуществлении второй операции отливки вторым полимерным материалом является термопласт.
18. Способ по пункту 16, отличающийся тем, что при осуществлении первой операции отливки указанным первым полимерным материалом является термопласт, а при осуществлении второй операции отливки вторым полимерным материалом является термоэластопласт.
19. Способ по любому из пунктов 16-18, дополнительно включающий извлечение из формы литьевого стержня, несущего, по меньшей мере, одну часть, и помещение его во вторую форму.
20. Способ по любому из пунктов 16-18, дополнительно включающий извлечение из формы литьевого стержня, несущего, по меньшей мере, одну часть, и помещение его во вторую полость в той же самой форме.
21. Способ по любому из пунктов 16-18, дополнительно включающий подгонку формы в соответствии с конфигурацией, необходимой для отливки последующей части.
Доильные устройства
Доильные устройства
Фиг. 2