[0001] 本发明涉及挤奶设备，即用于从诸如母牛、绵羊、山羊、马、水牛或骆驼的动物的奶头中取奶的设备。本发明还涉及使用这种设备的方法。

[0002] 在常规的挤奶设备中，弹性材料的圆筒形衬里被容纳在刚性外部主体内。衬里通常以使其沿外部主体的纵轴处于张力下的方式安装，例如通过在其相对的纵向端处的附接点之间拉伸。动物奶头通过外部主体中的开口插入到圆筒形衬里中。在圆筒形衬里的插入奶头的那端的另一端施加抽吸，以在衬里内产生部分真空。这种部分真空从奶头中吸奶，但也会由于血液及其它流体的积聚而导致奶头组织充血。为了缓解这种充血，将外部主体与衬里之间的区域(通常被称为脉动容积)在大气压力与真空状态之间周期性地切换。当外部主体与衬里之间的区域处于比衬里内的容积更高的压力下时，衬里围绕奶头收缩，从而提供抽吸的释放。

[0003] EP 1 647 183 A2描述了一种挤奶设备，其中衬里具有保持在横向张力下的膜片，即在通常垂直于奶头的筒(barrel)的伸长方向的方向上的张力。膜片在其正常静止状态时保持在这种横向张力下，即，即使当挤奶设备不工作并且不施加抽吸或过压时也是这样。横向张力的目的是防止当挤奶设备工作时膜片围绕奶头末端收缩得太过紧密。因此，可以避免过高的力和对奶头末端的损伤，而同时将奶头经受的抽吸力保持在足够高的水平，以实现有效的挤奶动作。

[0004] 衬里中的横向张力允许施加于奶头的筒的压力被保持在可用于挤奶的水平，而同时防止当衬里围绕奶头收缩时损伤奶头末端以缓解奶头内的充血。实际上，相比上述常规挤奶设备中的情况，衬里的横向张力允许衬里在挤奶期间沿奶头的长度更均匀地收缩，因此挤奶过程部分地模拟了小牛的吮吸动作。

[0005] US 6,997,136公开了一种挤奶杯组件，其中衬里具有多个纵向的外部肋状物，它们被接纳在刚性壳体的内表面上的纵向通道内。肋状物松弛地保持在通道中，以允许衬里在切换压力时径向铰接。

[0006] US 8,001,928公开了一种挤奶设备，其中衬里保持在外部主体内容纳的支承结构内。支承结构提供附接点，衬里的弹性膜片在附接点之间延伸以限定用于接纳奶头的容积。

[0050] 图1是作为本发明的实施方案的挤奶设备100的透视图。挤奶设备100也可以被称为挤奶杯组件。该设备包括安装在支承壳体104上的衬里102。

[0051] 衬里102由可弹性变形的材料(诸如硅橡胶)制成，并且优选被模制成单件。衬里102包括圆筒形腹板形式的外罩103，该外罩远离衬里一端的开口106延伸。开口106用于将动物奶头接纳到衬里的内部容积中。内部容积由设置在由外罩103限定的空间内的可弹性变形的筒116(图1中不可见)限定。图2中示出筒116的底部部分从罩103下方突出。

[0052] 如下面更详细地讨论的那样，筒116沿一条或多条纵向延伸的附接线附接到外罩103的内表面。筒116的在相邻附接线之间延伸的部分各自形成可弹性变形的膜片，所述膜片被构造成当设备在使用时可周期性地收缩到插入内部容积中的奶头上。

[0053] 在图1中所示的示例中，衬里102包括挤奶管段110，该挤奶管段连接到筒116的与开口116相对的一端(或与其一体地形成)。挤奶管段110适于连接到抽吸装置，用于施加负压力(例如真空或部分真空)以从插入在内部容积中的奶头吸取奶。

[0054] 支承壳体104由刚性材料制成，并且适于在使用时对衬里提供物理支承。例如，支承壳体104可由热塑性塑料、不锈钢等形成。

[0055] 图2示出衬里102和支承壳体104的分解图，该图更详细地示出了支承壳体104的特征。支承壳体104包括基座105，其在此实施方案中具有半球形状。基座105可例如在围绕其上周边形成的唇缘107处附接到外罩103的底边缘。

[0056] 支承壳体104包括从基座105内延伸的多个直立支承翅片112。相邻的支承翅片112由纵向槽114分开，该纵向槽的位置对应于筒116与衬里102中的外罩103之间的附接线。

[0057] 每个支承翅片112是刚性元件，其被构造成位于外罩102的内表面与筒116的外表面之间。当支承壳体104被安装在衬里102中时，在支承翅片112与筒116的外表面之间形成空间。安装在基座105上的控制管108提供此空间(其可以被称为脉动室)与压力产生装置(未示出)之间的流体连通。压力产生装置是可控的，以切换或以其它方式改变脉动室中的压力，从而改变跨越桶(即内部容积与脉动室之间)的压力降。在一个示例中，脉动室在大气压力与真空之间切换。当脉动室处于大气压力下时，筒的膜片将收缩到奶头上。

[0058] 支承翅片112可与基座105一体地形成。然而，在其它示例中，翅片可以是可拆卸的。支承壳体104因此可具有模块化形式，由此根据衬里的类型或所需的性能，具有不同形状或物理特性的翅片可以被安装在基座中。

[0059] 在使用中，筒116可处于纵向张力下。这可以通过衬里102与支承壳体104之间的连接来完成。例如，衬里102可包括筒116下方的周向凹口118。凹口118可以被构造成与围绕支承壳体的基座105中的孔口形成的相应唇缘(未示出)接合，挤奶管段110穿过所述孔口延伸。衬里102和支承壳体104的尺寸可以被选择成要求筒116被纵向拉伸，以便使唇缘位于凹口118中。唇缘与凹口之间的接合使筒保持这种拉伸构造。

[0060] 图3是图1中所示的挤奶设备100的侧视图。图4是沿图3中的线A‑A截取的纵向截面图。图5是沿图3中的线B‑B截取的横向截面图。截面图更详细地示出了筒116的特征。

[0061] 图4示出外罩103的底部周边边缘，其位于由围绕基座105的顶部边缘形成的唇缘107形成的凹部中。筒116底部处的凹口118具有位于其中的基座105的底部边沿。

[0062] 如图5中最佳所示，此示例中的筒包括围绕内部容积120的管状(例如圆筒形)主体。在此示例中，筒包括在相邻的成对径向延伸肋状物126之间延伸的三个可弹性变形的膜片128。围绕筒116的圆周同等设置有三个肋状物126。如下面所讨论的那样，本发明允许膜片128和肋状物126有多种构造。

[0063] 每个肋状物126从筒116(即多个膜片128)径向延伸到外罩103。如图4中所示，每个肋状物126基本上沿外罩103的整个长度延伸。筒116因此具有沿长度130与外罩103的直接(即一体的)物理连接，该长度130限定用于接纳奶头的内部容积120。

[0064] 外罩103通过支承翅片112保持远离膜片128。这在每个膜片128的外表面与每个支承翅片112的内表面之间产生空间124。在此示例中有三个空间124。在肋状物126于筒116的底部之前终止处，空间124经由基座105内的空间132彼此流体连通。

[0065] 外罩103可围绕支承翅片112被拉伸，由此肋状物126处于径向张力下。此径向张力可通过肋状物被传递到膜片，使得它们当在跨越筒没有压力差时处于横向张力下。然而，提供横向张力不是必需的。即使没有被拉伸，肋状物126结合支承翅片112也限定了限制使用中的膜片的形状或变形程度的边界条件。

[0066] 如上面所讨论的那样，在使用中，内部容积120保持在低压力下，例如真空或部分真空。压力产生装置(未示出)附接到控制管108。控制管108通过孔口122与基座105内的空间132连通。压力产生装置因此可操作以改变空间124中的压力，以便控制膜片128的行为。因此，当在空间124中施加大气压力时，膜片128将收缩到奶头上。当对空间124施加真空时，筒116将重新形成，并且膜片128将从奶头上脱离。

[0067] 膜片128收缩到奶头上的方式受肋状物126的影响。除了提供可施加横向张力的机制外，肋状物126还作为限制膜片128变形的边界条件。通过将膜片128、肋状物126和外罩103设置为单个模制制品，与其中筒通过其它方式张紧的挤奶设备相比，可以改善对筒变形方式的控制。

[0068] 如上面所提到的那样，本发明允许改变膜片和肋状物的构造。示例在图6至图8中示出。

[0069] 图6A、图6B和图6C示出具有不同数目的肋状物的衬里的示例。图6A、图6B和图6C中的每一者是类似于图5中所示的衬里的横向截面图，但略去了支承壳体。

[0070] 图6A示出具有两个径向相对的肋状物的示例。图6B示出类似于图5的示例的具有围绕筒的圆周等距隔开的三个肋状物的示例。图6C示出具有围绕筒的圆周等距隔开的四个肋状物的示例。

[0071] 图7A、图7B和图7C示出具有不同的筒几何形状的衬里的示例。在图5中所示的示例中，筒具有圆形截面，即其限定圆筒形内部容积120。图7A、图7B和图7C中的每一者示出具有非圆形截面的衬里的横向截面图。

[0072] 图7A示出具有由三个肋状物支承的三角形筒截面的示例。肋状物设置在三角形的顶点处。图7B示出具有由两个肋状物支承的椭圆形筒截面的示例。肋状物沿椭圆的主轴设置在筒的相对侧。图7C示出具有由四个肋状物支承的正方形(或菱形)筒截面的示例。肋状物设置在正方形的拐角处。

[0073] 图8A、图8B和图8C示出其中筒被构造成展现出不对称变形特性的衬里的示例。图8A、图8B和图8C中的每一者是类似于图5中所示的横向截面。

[0074] 图8A示出其中肋状物不是围绕筒对称设置的示例。在图8A中，围绕具有圆形截面的筒有三个肋状物。肋状物围绕筒彼此隔开90°，使得筒的一侧没有任何肋状物。没有肋状物的一侧比有肋状物的侧更倾向于变形。

[0075] 图8B示出其中筒壁厚度变化的示例。在此示例中，有支承具有圆形截面的筒的两个径向相对的肋状物。筒壁包括在衬里的第一侧上的肋状物之间延伸的第一膜片和在衬里的第二侧上的肋状物之间延伸的第二膜片。第一膜片比第二膜片厚。因此第二膜片将倾向于比第一膜片变形更多。

[0076] 图8C示出类似于图8B的示例，但其中两个肋状物分开120°而不是180°。因此较厚的第一膜片相比第二膜片围绕筒的圆周的较小部分延伸。

[0077] 不对称变形特性的优点在于其允许提供通气通道，当内筒处于收缩状态时，该通气通道允许空气沿奶头流动。在常规上，这种通气通道是通过为筒选择三角形截面形状而形成的。然而，在本发明中，内筒与外罩之间的连接区域使得能够设置边界条件，使得内筒的任何截面形状可以被构造成以使通气通道敞开的优先方式变形。这对于圆形截面形状可能是特别有用的，圆形截面形状通常不能用于提供通气通道，因为其密封了奶头的整个圆周。

[0078] 可以理解的是，上面讨论的筒构造仅是示例，通过结合上面概述的概念可以很容易地获得其它构造。图9A至图9C、10A至图10D和11A至图11C中示出了这样的构造的示例。

[0079] 在图9A、图9B和图9C中，筒由两个或更多个膜片形成。在此示例中，膜片不是在从外罩的内表面突出的肋状物之间延伸，而是在外罩本身上的接合处彼此会合。筒的截面形状可采取任意合适的形式。例如其可以是如图9A中所示的对称椭圆形、如图9B中所示的三角形或如图9C中所示的不对称形状。

[0080] 在图10A、图10B、图10C和图10D中，外罩的内表面本身可形成筒的一部分。在这些示例中，构成筒的一部分的膜片彼此不连结。而是，它们在独立的(例如分开的)位置处连结到外罩的内表面。这样的布置的优点在于，它们便于例如传感器等进入由筒限定的内部容积，而不干扰膜片或刚性支承壳体的操作。

[0081] 图11A、图11B和图11C示出上面提到的想法的不同组合。

[0082] 在图11A中，筒由单个膜片限定，该单个膜片在外罩的内表面上的两个周向间隔的附接点之间形成环。外罩的内表面在附接点之间的部分也限定了筒。

[0083] 图11B类似于图11A，但还包括一对径向延伸的肋状物，它们在与附接点隔开约120°的位置处将膜片连接到外罩。与每个肋状物与相应附接点之间的区域相比，膜片在肋状物之间的区域中也更厚。

[0084] 在图11C中，筒由U形膜片限定，该U形膜片在外罩的内表面上的两个周向间隔的附接点之间形成环。U形构件的基座通过单个径向肋状物连接到外罩的内表面。

[0085] 图12A是作为本发明的另一实施方案的挤奶设备200的前视图。图12B是挤奶设备200的侧视图。与上面参考图1至4讨论的实施方案是共同的特征以相同的附图标记给出，并且不再次讨论。

[0086] 图12A和12B中的实施方案与图1的不同之处在于筒的构造(参见图13)以及在外罩103上设置了多个辅助模块132。在此示例中，有三个辅助模块132，它们围绕外罩103的圆周彼此等距隔开。然而，可以设置任意数目的(例如一个或多个)辅助模块132。

[0087] 图13是穿过衬里102沿图12A中的线A‑A截取的横向截面。在此示例中，内部容积120由三个膜片134限定，并且具有三角形截面形状。当以截面观察时，每个膜片134作为由外罩103限定的圆的弦延伸。每个膜片134的外表面与外罩103的内表面之间的空间124接纳刚性支承翅片112，并且形成脉动室的一部分，如上面所讨论的那样。

[0088] 膜片134与外罩103一体地形成。每个膜片134在一对附接点136处邻接外罩。每个膜片134的附接点136彼此独立，使得外罩103的内表面的一部分138位于限定内部容积120的边界上。如图13和图14中所示，每个辅助模块132包括多个传感器探头140，这些传感器探头140穿透外罩103的内表面以暴露在内部容积120中。

[0089] 图14是沿图12B中的线B‑B截取的衬里102的纵向截面图。在此视图中，可以看到每个辅助模块132包括暴露在内部容积120中的探头140的阵列。

[0090] 图12至图14中所示的实施方案的优点在于其使得能够感测内部容积120(接纳奶头之处)内的环境，而不影响膜片134的循环操作，并且不需要调适刚性支承壳体。在常规的衬里中，筒通常被刚性壳体完全包围，该刚性壳体形成与筒分开的部分。这样的布置使得难以或不可能进入内部容积。沿筒的整个纵向范围提供到传感器的通道是特别有用的。

[0091] 辅助模块132可包括具有用于检测内部容积内的环境特性的任意合适的感测模态的传感器。例如，辅助模块132可包括以下中的任何一者或多者：成像装置、光学传感器、温度传感器和压力传感器。辅助模块132可被用来检测奶头长度或感测例如在奶头末端处的压力水平。

[0092] 辅助模块132可包括通信模块，以允许其向远程计算装置发送数据和/或接收数据，例如感测的信息。可采用任意合适的有线或无线通信模式。远程计算装置可以是移动装置，例如智能电话等，或者可以是用于挤奶设备的控制计算机。

[0093] 除了感测之外或者作为感测的替代，辅助模块132可用于其它目的。例如，辅助模块132可包括压力控制装置，例如用于控制内部容积与外罩外部的环境之间的流体连通。压力控制装置可独立于例如通过挤奶管110与内部容积连接的真空源来操作。压力控制装置可操作以允许沿奶头的长度选择性地引入空气。这种布置可允许以不同于常规布置的方式引入用于对内部容积进行通气的空气。特别地，代替从衬里的头部部分进行通气，通气通道可以从安装在外罩的侧表面上的辅助模块132开始延伸。