Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Reinigen eines Kot- oder Laufganges eines Freilaufstalls, wozu ein Reinigungsschieber über dem Kot- oder Laufgang rechnergesteuert hin- und herbewegt wird, sowie eine Entmistungsanlage zur Durchführung des Verfahrens.
Die Kot- oder Laufgänge in grossen Tierstallungen werden seit Jahrzehnten mit motorisch angetriebenen, mechanischen Hilfen entmistet. Der Antrieb der Reinigungsschieber erfolgt z.B. über einfache Seilwinden oder über einen hydraulischen Kolben mit Klinkenübertrieb. Für die mechanische Entmistung muss Rücksicht auf die Stalltypen genommen werden. Der ältere ist der Anbindestall. In Anbindeställen besteht eine sehr klare Ordnung, weil jede Kuh vor sich ihren Futterplatz und hinter sich den Kotgang hat. Beim Anbindestall kann die Entmistung ohne Schwierigkeiten dann durchgeführt werden, wenn sich kein Tier in dem Kotgang befindet, sei es, dass alle Tiere angebunden sind, oder aber sich auf der Weide befinden.
Völlig anders liegt die Situation in Freilaufställen, bei denen die Liegeplätze von den Futterplätzen getrennt angeordnet sind. Das Tier verfügt im Freilaufstall über eine relativ grosse Freiheit für seine Aktivitäten: Liegen, Bewegen sowie Aufnahme der Flüssig- und Festnahrung usw. Es lassen sich hier ohne weiteres durch abschliessbare Abschrankungen alle Tiere auf die eine oder die andere Seite treiben. Wie beim Anbin destall wird nur dann entmistet, wenn keine Tiere im Kot- oder Laufgang stehen. Nachteilig ist dabei, dass eine Überwachperson benötigt wird, die sicherstellen muss, dass wirklich kein Tier dem bewegten Reinigungsschieber im Wege steht.
Gemäss einer bekannten Lösung wird im Bereich des Antriebsmotores ein Endschalter angeordnet und eine bestimmte, maximale Zugkraft für den Reinigungsschieber mit der entsprechenden Positionierung des Endschalters eingestellt. Wird dann die Bewegung des Schiebers durch irgend ein Hindernis, insbesondere durch ein Tier aufgehalten, so werden durch die Begrenzung der Zugkraft Schäden und Unfälle durch diese technischen Sicherheitseinrichtungen vermieden. Die meistverbreitete Lösung weist für den Seilzug eine Seiltrommel auf, die ausserhalb des Kotganges in einer Grube montiert wird. Der Seilzug wird als Baugruppe mit Antriebsmotor, Getriebe und Seiltrommel und mit einem wippfähigen Rahmen ausgebildet, der über Druckfedern abgestützt ist.
Wird der Seilzug zu gross, so wird die Druckfeder zusammengedrückt und gleichzeitig ein Endschalter betätigt, der den Steuerbefehl für den zuvor beschriebenen Stopp oder Rücklauf auslöst. Bei den einfachsten Ausführungen wurde durch das Schaltsignal des Endschalters über die elektrische Steuerung nur ein rascher Stopp der Schieberbewegung eingeleitet. Gemäss der gängigen, fortschrittlicheren Praxis wird nach dem Stopp der Reinigungsschieber automatisch wieder zurück in die Ausgangslage gefahren. In der Folge bleibt aber irgendwo auf der Länge des Kotganges ein Haufen Mist so lange liegen, bis der Mensch eingreift, das Hindernis beseitigt und im Handbetrieb die Entmistung beendet.
Durch die DE-OS 2 018 340 wird vorgeschlagen, die durch die mechanischen Widerstände der Endstellungen des Reinigungsschiebers bedingte Motorstromerhöhung zu erfassen und in Folge dieser den Motor um- oder abzuschalten. Zwischen den Endstellungen liegende Widerstände werden nicht erwähnt. Dies liegt daran, dass sich der Reinigungsschieber innerhalb einer Förderrinne bewegt, die nicht als Laufgang dient und in der kaum mit Widerständen, insbesondere nicht mit Tieren oder auch Menschen zu rechnen ist, die vor Unfällen zu schützen sind.
Weiterhin ist es aus der DD-Zeitschrift Agrartechnik 1986, Seite 267f., bekannt, die Drehzahl des Antriebsmotors eines Reinigungsschiebers zu erfassen und auf diese Weise Störungen wie Seilriss, Seilschlupf oder Blockierungen der Schleppschaufel zu erkennen und den Antrieb beim Absinken der Drehzahl auszuschalten. Der Zweck dieser Vorrichtung ist es, auf massive Hindernisse, welche die Motorkräfte übersteigen, mit einer dem Maschinenschutz dienenden Abschaltung zu reagieren. Dass weniger massive Hindernisse, wie Tiere oder Menschen nicht in Betracht gezogen werden, liegt daran, dass der Reinigungsschieber auch bei dieser Anlage in einem Kanal läuft, welcher nicht als Laufgang dient.
Alle bekannten Lösungen haben den gemeinsamen Nachteil, dass immer nur ein Problemkreis optimal gelöst wird. Ohne Zweifel hat der Aspekt der Unfallverhütung einen grösseren Stellenwert gegenüber einer perfekten Reinigungsautomatik.
Von den Erfindern ist festgestellt worden, dass die Gesamtproblematik eigentlich nicht gut gelöst und für den Anwender unbefriedigend ist. Es wurde deshalb als Aufgabe nach besseren Lösungswegen und einer tiergerechten Lösung gesucht. Dabei wurde erkannt, dass bisher die Stallentmistung zu sehr als rein mechanistische Aufgabe betrachtet wurde. Die allerhäufigste Störung bzw. Behinderung des Entmistens liegt aber nicht in einem mechanischen Fehler sondern darin, dass ein Tier, also ein Lebewesen, mit eigener Intelligenz, im Wege steht. Die Intelligenz des Tieres hat in der Konfrontation mit rein mechanischer Technik Mühe. Anderseits ist und bleibt das Ziel das Reinigen des Kot- oder Laufganges. Das Tier mit seiner eigenen Verhaltensweise muss respektiert, und allenfalls mit seinem eigenen Reaktionsvermögen sogar mitberücksichtigt werden.
Die neue Erfindung schlägt ein Verfahren zum tiergerechten Reinigen eines Kot- oder Laufganges eines Freilaufstalls vor, wozu ein Reinigungsschieber über dem Kot- oder Laufgang rechnergesteuert hin- und herbewegt wird, wobei bei einer Erhöhung des Verschiebewiderstandes zwischen den Endlagen (z.B. wenn eine Kuh vor dem Schieber steht), die Weiterbewegung des Reinigungsschiebers behindert ist, die Schieberbewegung gestoppt und ein Reversierspiel von Rückwärts- und Vorwärtsbewegung eingeleitet oder durch mehrfaches Anlaufen oder Stupsen wiederholt versucht wird, die Entmistung fortzusetzen. Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt, die Unfallgefahr weitgehend auszuschalten, und das eigentliche Ziel, nämlich das Reinigen des Kot- oder Laufganges durchzuführen.
Die Automatik wird nicht nur zur Unfallverhütung sondern gleicherweise für die Beendigung der Arbeit eingesetzt, wobei der Unfallverhütung trotzdem der Vorrang gegeben wird, da der Kraftaufbau bzw. die Art des Krafteingriffes beeinflussbar ist. Insbesondere ist es gelungen, mit der neuen Erfindung, wie mit weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltungen gezeigt wird, eine tiergerechte Technik zu entwikkeln, die sogar erlaubt, die Sensorik des Tieres und auch sein Lernvermögen auszunutzen.
Die bisherigen Lösungen nutzten die Erhöhung des Verschiebewiderstandes insofern aus, als beim Überschreiten eines bestimmten Wertes entweder ein Stopp oder eine Umkehr eingeleitet wurde. Das gleiche Signal des Endschalters wurde für beide Fälle für den Notstopp wie für den Bahnendestopp genutzt. Dadurch wurde eine sinnvollere Automatisierung behindert.
Die neue Erfindung erlaubt eine ganze Anzahl besonders vorteilhafter Ausgestaltungen. Es wird vorgeschlagen, dass die ungefähre Lage des Reinigungsschiebers innerhalb beider Gangenden vorzugsweise in Funktion der Zeit erfasst wird, wobei die Zeit für eine Schieberbewegung über der ganzen Kotganglänge bei Inbetriebnahme erstmalig und danach periodisch nachgeeicht und die Lage aus der Fahrzeit errechnet wird. Von den Erfindern ist erkannt worden, dass in erster Linie nicht die präzise Position des Schiebers von Interesse ist, sondern dass der Schieber sich irgendwo zwischen den beiden Enden des Kotganges befindet. In Weiterausgestaltung ist es denkbar, dass je nach Bereich wo der Schieber gestoppt wird, am Anfang, in der Mitte oder am Ende des Kotganges, unterschiedliche Bewegungsbefehle gegeben werden.
Vorzugsweise erfolgt die Reinigung des Kot- bzw. Laufganges über eine selbstlernende Steuerung bzw. einen Rechner, in welchem mehrere Programme speicherbar sind, durch Auswahl eines bestimmten Programmes. Gemäss einer weiteren besonders vorteilhaften Lösung wird erst nach einem erfolglosen Spiel von Rückwärts- und Vorwärtsbewegungen die Bewegung des Schiebers angehalten, und gegebenenfalls erst nach mehreren Spielwiederholungen ein Alarmsignal ausgelöst. Es wird aber wenn immer möglich versucht, den Stall zu reinigen. Übergeordnet wird jedoch Rücksicht genommen auf eine allfällige Verletzung des Tieres bzw. das Verhindern von unnötigen Schmerzen. Erst wenn die automatischen Mittel das Ziel nicht mehr erreichen, muss der Mensch eingreifen. Die Erfindung knüpft damit wieder an der alten Tradition der Tierhaltung an. Denn auch früher standen die Tiere bei der Entmistung im Wege.
Ein spürbarer Druck oder zwei, drei leichte Stösse veranlassen das Rindvieh fast immer, die Stelle zu verlassen. Die neue Lösung geht auch von einer Lernfähigkeit des Tieres aus und nutzt diese, um die Arbeit in der Mehrzahl der Fälle nach aus- oder vorwählbaren, automatischen Zeitprogrammen zum Ende führen zu können.
Die Erfindung betrifft ferner eine Entmistungsanlage mit einem über der Kotplatte eines Kot- oder Laufganges angeordneten, über eine Steuereinrichtung von motorischen Antriebsmitteln hin- und herbewegbaren Reinigungsschieber und ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Steuerungs-Rechner zur automatischen Steuerung der Bewegung des Reinigungsschiebers mit Einschluss der Reversierbewegung und/oder des Reinigungsbefehls aufweist.
Mit der neuen Erfindung wurde ein generelles Vorurteil beseitigt, das darin bestand, dass das Stall-Entmisten eine Arbeit ist, die gleichsam keine Intelligenz erfordert. Die völlige Umsetzung der Tätigkeit des Menschen in rein technische Vorgänge zeigt auch hier, dass jede menschliche Tätigkeit eine beachtliche Intelligenz, sei es für die zeitliche Arbeitsplanung oder für die Durchführung der Arbeit oder beides, verlangt. Von seiten der Erfinder wurde ferner versucht, insbesondere auch die Schwachstellen der bisherigen Lösungen nach Möglichkeit ausschalten zu können. In vielen Anwendungen war eine der Störquellen die in ungünstiger Lage montierten Endschalter für die Begrenzung der Bewegung.
Der ganze Antrieb wurde sehr häufig mit den Endschaltern in einer Grube montiert, in der auch mitgeschleppte Exkremente in flüssiger Form aufgefangen und von dort in einen Güllekasten zurückgeleitet werden. Die Endschalter als Schalt- und Sicherheitselemente plazierte man so in einer Umgebung mit vielen schädlichen Einflüssen. Sehr nachteilig sind z.B. Einflüsse von aggressiven Gasen und Flüssigstoffen, Feststoffen, Temperaturwechseln, Wechsel von feuchten und trockenen Kot- oder Laufgängen.
Bevorzugt weist die Steuerung Eichmittel auf, zur Aufnahme und Speicherung der Zeit für eine ungestörte Schieberbewegung über der ganzen Kotganglänge, so dass innerhalb des Reinigungsweges die Lage des Reinigungsschiebers aufgrund der Bewegungszeit für den oder die folgenden Reinigungszyklen ermittelbar ist. Bei der erstmaligen Inbetriebnahme, bzw. nach Reparaturarbeiten, wird die Bewegungszeit des Schiebers von einer Endlage zur anderen genau erfasst und als Skalierwert dem Speicher für einen jederzeitigen Abruf eingegeben. Die anfängliche Eichung der maximalen Bewegung des Reinigungsschiebers genügt wohl für eine gewisse Zeit. Es hat sich aber gezeigt, dass jeder Stopp der Schieberbewegung besonders im Falle eines Seilwindenantriebes durch unterschiedliches Aufwickeln des Seiles eine gewisse Abweichung der Laufzeit über der ganzen Länge ergibt.
Das selbe trifft auch zu, wenn extrem viel oder extrem wenig Festmist ausgeräumt werden muss. Eine ganz besonders interessante Lösung konnte nun gefunden werden, in dem der Rechner derart konzipiert ist, dass er jeden gestörten Reinigungsablauf feststellt und diesen zur Nacheichung der Fahrzeit für den maximalen Fahrweg ablehnt. Dagegen wird bevorzugt jeder ganze ungestörte Reinigungsablauf als neuer Eichwert an Stelle des alten für die Zeit-Wegfunktion für die Berechnung des oder der nachfolgenden Reinigungsabläufe benutzt. Der alte Eichwert kann nach einer Plausibilitätsüberprüfung gelöscht werden.
Ganz besonders bevorzugt weist die Steuereinrichtung eine Messeinrichtung zur Feststellung des Verschiebewiderstandes auf, welche als Messeinrichtung für die Feststellung des Antriebsmotorstrom- oder Antriebsmotor-Leistungsaufnahme ausgebildet ist. Damit kann die Messeinrichtung in einer sauberen Umgebung innerhalb eines Steuerschrankes angeordnet werden, so dass die störenden Umwelteinflüsse für die Messeinrichtung ausgeschaltet sind. Die Messeinrichtung zur Feststellung des Verschiebewiderstandes kann auch als Sensor für die Verschiebekraft des Reinigungsschiebers z.B. für die Zugkraft eines Reinigungsschieber-Zugseiles oder als eine Druckmesseinrichtung eines hydraulischen Antriebes ausgebildet werden.
Erfahrungsgemäss setzen sich in der Praxis diejenigen Lösungen durch, die zwar eine bestimmte Komfortstufe garantieren, jedoch nicht auf allzu komplexe Steuer- und Regeleinrichtungen beruhen. Es ist ferner bekannt, dass gerade sicherheitstechnische Einrichtungen oft versagen, wenn diese zu starken Umwelteinflüssen ausgesetzt sind. Sind gute Voraussetzungen in einer Tierstallung gegeben, so ist es möglich, zusätzlich oder an Stelle des Sensors für den Verschiebewiderstand einen optischen oder elektromagnetischen Sensor zur räumlichen Überwachung des Kot- oder Laufganges vorzusehen. Der grosse Vorteil der Messeinrichtung für den Verschiebewiderstand liegt aber darin, dass diese in der Steuerung der Antriebsmittel oder allenfalls in dem Reinigungsschieber direkt einbaubar ist.
Die Steuerungs-Intelligenz weist bevorzugt eine Anzahl wählbarer Programme auf, z.B. für den Hand- oder Automatikbetrieb eines Wochenprogrammes, eines Wochenendprogrammes, eines Programmes für Frost-Intervallbetrieb, eines Parameterprogrammes, eines Eichprogrammes usw. Die Hardware für die einzelnen Programme kann für eine feste oder für eine freie Programmierbarkeit ausgebildet sein. Jeder Tierhalter kann, wenn er dies wünscht, seine eigene spezifische Betriebsweise aufbauen, und seine täglichen Erfahrungen und Beobachtungen über das Verhalten bzw. nach den jeweiligen Reaktionen seiner Tiere verwerten. Z.B. kann er auch die Anspruchsemfindlichkeit dem Gewicht des leichtesten Tieres anpassen. Sehr vorteilhaft ist es, wenn der Reinigungsschieber sowohl für die Rückwärtsbewegung wie auch für die Reversierbewegung vom Boden abhebbare Reinigungsplatten aufweist.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Intelligenz frei programmierbare Reversierschaltungen aufweist, wobei vorzugsweise die Anzahl und/oder die Wegstrecke der Reversierbewegung und besonders vorzugsweise eine Kurz -Reversierung (bis zu einer Wegstrecke = 0) sowie eine Lang-Reversierung wählbar sind. Bei einer Kurzreversierung ist es möglich, die Bewegung an sich nicht eigentlich umzukehren. Es wird viel mehr ein Spiel von Zugkraftaufbau auf einen zulässigen Grenzwert und zurück auf eine Zugkraft gleich Null mehrfach wiederholt. Die Kurzreversierung kann verwendet werden, wenn ein örtlicher kleiner Widerstand überwunden werden muss, oder um das Tier zu stupsen und dadurch zum Weglaufen zu bewegen. Die Steuerung kann auch so ausgelegt werden, dass die Kraft bei wiederholtem Stopp und Reversierbewegungen verändert, z.B. gesteigert wird.
Oft haften Verkrustungen an der Kotplatte, die die Entmistbewegung hindern. Auch diese lassen sich durch mehrfaches Ansetzen manchmal leichter lösen. In jedem Fall kann eine unnötige Steigerung der Zugkraft verhindert werden, denn eine Steigerung der Zugkraft ohne menschliche Überwachung kann immer auch eine Unfallgefahr darstellen. Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn der Reinigungsschieber für alle Rückfahrbewegungen vom Boden abhebbare Reinigungsplatten aufweist. Besonders bevorzugt wird die Abhebebewegung durch das Zugseil selbst über einen entsprechenden mechanischen Mitnehmer verursacht. Die Abhebung soll aber nur dann erfolgen, wenn der Reinigungsschieber wenigstens etwa um die Breite des Reinigungsschiebers (in Zugrichtung) zurück bewegt wird, so dass die Reinigungsplatte nochmals richtig nachgreifen kann.
Die bisherige Praxis mit mechanischen Entmistungsanlagen zeigt, dass immer dann Probleme entstehen, wenn man den Mist auf der Kotplatte austrocknen lässt. Durch Wasseraufspritzen und Befeuchten des Mistes werden die Verkrustungen wieder gelöst. Die Erfindung erlaubt nun aber auch hier auf Grund der Erhöhung des Verschiebewiderstandes, einen Befeuchtungsvorgang eventuell sogar automatisch auszulösen. In der Folge wird die Erfindung nun an Hand einiger Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten erläutert.
Es zeigen:
die Fig. 1 eine Doppelanlage mit Breitschieber und zwei Einzelwinden im Grundriss;
die Fig. 2 einen Schnitt A der Fig. 1;
die Fig. 3 die Frontseite eines Programmsteuergerätes;
die Fig. 4 schematisch Kurven für die Stromaufnahme über der Zeit;
die Fig. 4a, 4b, 4c verschiedene Diagramme der Stromaufnahme des Antriebsmotores bei einem Testlauf;
die Fig. 5 einen Grundriss eines Reinigungsschiebers in grösserem Massstab;
die Fig. 6 einen Schnitt VI-VI der Fig. 5 bei einer Rückwärtsbewegung und abgehobenen Reinigungsplatten;
die Fig. 7 einen Schnitt VI-VI der Fig. 5 bei einer Vorwärtsbewegung und den Reinigungsplatten in Arbeitsstellung;
die Fig. 8 ist eine Ansicht gemäss Pfeil IIX-IIX der Fig. 5.
In der Folge wird nun auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen, welche eine Doppel-Entmistungsanlage darstellen. Da die Ausgestaltung der mechanischen Entmistung als Doppelanlage oder als Einfachanlage schon seit Jahrzehnten gängiger Stand der Technik ist, wird auf diesen Teil nicht speziell eingegangen.
Die dargestellte Doppelanlage hat eine Kotplatte 1 sowie eine Kotplatte 2, welche je den Fussboden des Kot- oder Laufganges 3 darstellen. Auf beiden Kotplatten gleitet je ein Reinigungsschieber 4 resp. 5, welche auf dem Kot- bzw. Laufgang längsgeführt sind. Der Reinigungsschieber 4 ist in der Arbeitsfunktion. Er entmistet die Kotplatte 1. Dazu wird ein Zugseil 6, von einer Seiltrommel 7 in Richtung des Pfeiles 8 gezogen, wobei Mist 9 und die flüssigen Anteile der Exkremente einem Fallschacht 10 zugeführt werden. Von dort kann z.B. der Festmist 9 über einen Querförderer (Pfeil 11) auf einen Miststock geführt werden. Die Seiltrommel 7 ist Teil einer Baugruppe 12, welche ferner einen Antriebsmotor 13 sowie ein Getriebe 14 aufweist. Eine zweite Baugruppe 15 ist der Kotplatte 2 zugeordnet.
Die Zugkraft des Zugseiles 6 zieht über zwei Umlenkrollen 16 resp. 17 den Reinigungsschieber 5 rückwärts, wobei gleichzeitig die Seiltrommel 18 abgewickelt wird. Motor 19 und Getriebe 20 laufen dabei im Leerlauf mit. Zur Entmistung der Kotplatte 2 wird das Seil in die umgekehrte Richtung von der Seiltrommel 18 gezogen.
Die Fig. 3 zeigt die Frontseite eines Programm-Schaltgerätes 21. Die entsprechende Elektronik kann als geschlossene Einheit in einem Schaltkasten im Stall angeordnet werden. Bevorzugt weist die Einheit die Hardware zur Steuerung aller funktionswesentlichen Parameter auf. Mit entsprechenden Programmen in einem allenfalls vorhandenen PC können Programmbefehle auch von einem Bureauraum aus dem Programmschaltgerät übermittelt werden. Die für den Bediener veränderbaren Programmteile sind an dem Schaltkasten selbst durch die entsprechenden Anzeigen resp. Betätigungsknöpfe bedien- bzw. zuschaltbar: z.B. über einen Ein-Ausschalter 30, einer Schaltung für Einstellung der Zeituhr. Der Betrieb kann durch Betätigung eines Schalters Aut. 31 automatisch, oder manuell durch Tastatur 32 gewählt werden.
Bei manuell kann über Druckknöpfe 33, 34, 35 eine Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung und Stopp eingestellt werden. Ein Schalter 36 "Frost" erlaubt die Wahl eines speziellen Programmes, nach welchem bei Frostgefahr in sehr kurzen Zeitabschnitten, z.B. jede halbe Stunde, eine Reinigung durchgeführt wird. Damit wird verhindert, dass die Exkremente vereisen. Es kann ferner jeder Wochentag (Mo, Di usw.) individuell programmiert werden. P bedeutet die Programmwahl und E eine Eichaufnahme bei einem ersten Probelauf oder nach Montageeingriffen.
Die Fig. 4 zeigt rein schematisch zwei typische Messkurven, wobei die Motorstromaufnahme I über der Zeit t dargestellt ist. Ein erster Kurventeil 60 zeigt den Anfahrvorgang ohne Entmistungsarbeit mit Stromaufnahme IN, welcher mit dem Beginn des Mistwegstossens gemäss Kurventeil 61 auf IM (140) steigt, und bis zu Punkt 62 etwa konstant bleibt. Bei 62 trifft der Schieber auf einen harten Widerstand. Die Stromaufnahme steigt sehr steil gemäss Kurve 63 an. Bei Erreichung des Punktes 64 bricht der Widerstand abrupt zusammen, weil z.B. eine leichte Verklemmung sich gelöst hat. Die Stromaufnahme reduziert sich entsprechend Kurve 65 wieder auf den vorangehenden Wert und bleibt gemäss Kurve 66 etwa auf dem Wert der Kurve 61.
Bleibt nun aber der Widerstand bei Punkt 64 und blockiert die weitere Bewegung des Schiebers, so steigt die Stromaufnahme auf Punkt 67 weiter an, erreicht einen Stromwert Is (180), bei dem der Antriebsmotor sofort gestoppt wird. Befindet sich der Schieber irgendwo auf dem Kotgang, kann z.B. ein Reversierspiel beginnen. Handelt es sich bei Punkt 67 um das Bahnende, bewegt sich der Schieber rückwärts in die Ausgangslage.
Ein zweites Beispiel ist mit Kurve 70 dargestellt. Der dargestellte Stromanstieg entspricht einem eher nachgebenden Widerstand, z.B. weil eine grössere Mistansammlung die Weiterbewegung verzögert. Nach einer halben Sekunde wurde bei Punkt 71 die Mistansammlung erfasst und wird darauf mit nur geringer Mehrkraft weiterbefördert. Entsprechend fällt die Stromaufnahme ab und bleibt gemäss Kurve 76 wenig über dem Wert gemäss Kurve 61 konstant. Die Reinigung wird gemäss Kurve 77 fortgesetzt.
Punkt 72 zeigt nun einen dritten Fall an, gemäss dem ein Tier die Weiterbewegung verhindert und sich nicht von der Stelle bewegt. Die Schieberkraft steigt deshalb an bis zu einem Stromaufnahmewert von Ir (160). Aus der Zeit und dem sanfteren Stromanstieg wird die Störung erkannt und gemäss dem Bewegungsprogramm ein Reversierungsspiel eingeschaltet, beginnend Kurve 71/73. Steigt aber aus irgend welchen Störungen der Stromwert auf Is (180) an, so tritt sofort eine Sicherheitsabschaltung des Antriebsmotors ein. Zur Absicherung von Störungen innerhalb der Steuereinrichtung kann durch Ermittlung der Motorleistungsaufnahme die ganze Anlage bei Erreichen eines Wertes von IGL sofort abgeschaltet werden.
Die Fig. 4a zeigt eine Messwertaufnahme eines Probelaufes. Senkrecht ist dabei die Stromaufnahme I und horizontal die Zeitachse dargestellt. Die Länge der Zeitachse entspricht von A nach B auch der totalen Ganglänge L. Der ganze Ablauf benötigt ca. 100 Sekunden. Während den ersten 8 Sekunden lag kein Mist auf der Kotplatte, so dass die Stromaufnahme einen Wert IN für Leerlauf anzeigt. Nach 8 Sekunden Lauf trifft der Schieber auf Festmist, was mit einem plötzlichen Stromanstieg auf den etwa 3fachen Wert zum Ausdruck kommt (Punkt 64). Nach weniger als einer Zehntelsekunde fällt die Stromaufnahme wieder ab und die Bewegung wird fortgesetzt. Wichtig ist dabei, dass auch der maximale Stromanstieg, der angenähert proportional mit dem Verschiebewiderstand steigt, einen einstellbaren Wert von z.B. 10% des durchschnittlichen Stromwertes nicht übersteigt.
Anschliessend begann gemäss Fig. 4a eine normale Entmistung, wobei nach einem ersten Haufen überhaupt kein zusätzlicher Mist auf der Bahn lag. Auf der ganzen Dauer des Entmistungslaufes war keine Störung vorhanden, die zu einem Stopp führte, so dass die Zeitdauer in ein Verhältnis gesetzt werden kann mit der Bahnlänge bzw. der Lage des Schiebers über der Bahnlänge. Vorausgesetzt wird dazu eine konstante Motordrehzahl.
Die Fig. 4b zeigt einen weiteren Testlauf, wobei die Anfahrbewegung etwa der Fig. 4a entspricht. Bei 80 wurde Mist auf die Kotplatte gelegt, der jedoch von dem Schieber erfasst und vorwärts befördert wurde. Bei 81 wurde der Schieber von der Testperson mit dem Fuss gestoppt, was sofort zur Einleitung eines Reversierspieles führte. Das gleiche wurde bei 82 wiederholt. In den Zeitabschnitten RB1 und RB2 bewegte sich der Reinigungsschieber jeweils rückwärts über einen gewählten Weg bzw. eine entsprechende Zeit.
Die Fig. 4c zeigt einen weiteren Testversuch, wobei der Schieber erst im letzten Drittel des Laufganges von der Testperson bei Punkt 90 gestoppt wird.
In den Fig. 5 bis 8 ist ein Reinigungsschieber 4 resp. 5 in grösserem Massstab dargestellt. Beidseits ist je ein Gleitschuh 40 angebracht, welcher eine Parallelführung sowie eine genaue Führung über der Kotplatte 1 resp. 2 garantiert. Die beiden Gleitschuhe 40 sind durch einen Querträger 41 verbunden. Eine Zuggruppe 42 mit dem durchgehenden Seil 6 ist in der Mitte des Querträgers 41 angeordnet, so dass beide Hälften 43 und 44 gleichmässig gezogen werden. Das Seil 6 geht durch die ganze Zuggruppe hindurch und wird durch Seilklemmen 45 resp. 46 mit dem Reinigungsschieber verbunden. Durch einen Riegel 47 werden über eine mechanische Verbindung die Reinigungsplatten 48 entweder in eine Arbeitsposition Fig. 7 oder in eine abgehobene Position Fig. 6 gebracht. Die Position ist allein davon abhängig, in welcher Richtung der Reinigungsschieber gezogen wird.
Bei Unebenheit des Kotganges passen sich die beiden Hälften 43 oder 44 über ein Gelenk 50 optimal an den Boden an (Fig. 8).
The invention relates to a method for automatically cleaning a manure or walkway in a free-range pen, for which purpose a cleaning slide is moved back and forth under computer control over the manure or walkway, and a manure removal system for carrying out the method.
The feces or walkways in large animal stalls have been dung with mechanical mechanical aids for decades. The cleaning slides are driven e.g. via simple cable winches or via a hydraulic piston with pawl overdrive. For the mechanical manure removal, consideration must be given to the types of barn. The older one is the tethering stall. There is a very clear order in tethering stables because every cow has its feeding place in front of it and the droppings behind it. In the tie-up barn, the manure removal can be carried out without difficulty if there is no animal in the manure, be it that all the animals are tied up or on the pasture.
The situation is completely different in free-range stables, where the berths are separated from the feeding places. The animal has a relatively large freedom in its free-range stable for its activities: lying, moving and taking in liquid and solid food, etc. All animals can be easily driven to one side or the other by means of lockable barriers. As with the connecting stall, dung is only removed when there are no animals in the feces or walkway. The disadvantage here is that a surveillance person is required who must ensure that no animal really stands in the way of the moving cleaning slide.
According to a known solution, a limit switch is arranged in the area of the drive motor and a specific, maximum pulling force is set for the cleaning slide with the corresponding positioning of the limit switch. If the movement of the slide is stopped by any obstacle, in particular by an animal, the limitation of the tractive force prevents damage and accidents caused by these technical safety devices. The most widespread solution has a rope drum for the wire rope hoist, which is installed outside of the manhole in a pit. The cable pull is designed as an assembly with a drive motor, gearbox and cable drum and with a rocking frame that is supported by compression springs.
If the cable pull becomes too large, the compression spring is compressed and, at the same time, a limit switch is actuated, which triggers the control command for the stop or return described above. In the simplest versions, the switching signal of the limit switch via the electrical control only initiated a quick stop of the slide movement. According to current, more advanced practice, the cleaning slide is automatically moved back to the starting position after the cleaning slide has stopped. As a result, however, a bunch of manure remains somewhere along the length of the manure until man intervenes, removes the obstacle and ends the manure removal in manual mode.
DE-OS 2 018 340 proposes to detect the motor current increase caused by the mechanical resistances of the end positions of the cleaning slide and, as a result, to switch the motor on or off. Resistances between the end positions are not mentioned. This is due to the fact that the cleaning slide moves within a conveyor trough that does not serve as a walkway and in which resistance, in particular not animals or people, that are to be protected against accidents can hardly be expected.
Furthermore, it is known from the DD magazine Agrartechnik 1986, page 267f., To record the speed of the drive motor of a cleaning slide and in this way to identify faults such as cable break, rope slip or blockages of the dragline and to switch off the drive when the speed drops. The purpose of this device is to respond to massive obstacles that exceed the engine forces with a shutdown serving to protect the machine. The fact that less massive obstacles such as animals or people are not taken into account is due to the fact that the cleaning slide also runs in this system in a channel that does not serve as a walkway.
All known solutions have the common disadvantage that only one problem area is optimally solved. Without a doubt, the aspect of accident prevention is more important than perfect automatic cleaning.
The inventors have found that the overall problem is actually not solved well and is unsatisfactory for the user. The task was therefore to find better solutions and an animal-friendly solution. It was recognized that so far manure removal was too much a purely mechanistic task. The most common disturbance or hindrance to manure removal, however, is not a mechanical error but the fact that an animal, i.e. a living being, with its own intelligence, is in the way. The animal's intelligence struggles when confronted with purely mechanical technology. On the other hand, the goal is and remains to clean the feces or walkway. The animal with its own behavior has to be respected and possibly even taken into account with its own ability to react.
The new invention proposes a method for animal-friendly cleaning of a manure or walkway of a free-range pen, for which a cleaning slide is moved back and forth under computer control over the manure or walkway, with an increase in the displacement resistance between the end positions (e.g. if a cow in front of the Slide is stopped), the further movement of the cleaning slide is impeded, the slide movement is stopped and a reversing game of backward and forward movement is initiated, or repeated attempts are made to continue the manure removal by repeated starts or nudges. The method according to the invention makes it possible to largely eliminate the risk of accidents and to carry out the actual aim, namely the cleaning of the feces or walkway.
The automatic system is not only used for accident prevention but also for ending work, whereby accident prevention is given priority because the build-up of force or the type of force intervention can be influenced. In particular, it has been possible with the new invention, as is shown with further particularly advantageous configurations, to develop an animal-friendly technology which even allows the animal's sensor technology and also its learning ability to be used.
The previous solutions took advantage of the increase in the displacement resistance in that either a stop or a reversal was initiated when a certain value was exceeded. The same signal from the limit switch was used in both cases for the emergency stop and for the web stop. This hindered more meaningful automation.
The new invention allows a number of particularly advantageous configurations. It is proposed that the approximate position of the cleaning slider within both aisle ends is preferably recorded as a function of time, the time for a slider movement over the entire length of the droppings being adjusted for the first time and then periodically and the position being calculated from the travel time. The inventors have recognized that the precise position of the slide is not of primary interest, but that the slide is located somewhere between the two ends of the manure. In a further development, it is conceivable that, depending on the area where the slide is stopped, different movement commands are given at the beginning, in the middle or at the end of the manure.
The manure or walkway is preferably cleaned by means of a self-learning control or a computer in which several programs can be stored by selecting a specific program. According to a further particularly advantageous solution, the movement of the slide is stopped only after an unsuccessful play of backward and forward movements, and if necessary an alarm signal is only triggered after several repetitions of the game. Whenever possible, however, an attempt is made to clean the barn. However, overriding consideration is given to any injury to the animal or the prevention of unnecessary pain. Only when the automatic means no longer reach the goal do people have to intervene. The invention continues the old tradition of animal husbandry. Because the animals used to stand in the way of mucking out.
A noticeable pressure or two or three light pushes almost always cause the cattle to leave the place. The new solution also assumes that the animal is able to learn and uses this to be able to complete the work in the majority of cases according to automatic time programs that can be selected or selected.
The invention further relates to a manure removal system with a cleaning slider arranged above the manure plate of a manure or walkway, which can be moved back and forth via a control device of motor drive means, and is characterized in that it comprises a control computer for automatically controlling the movement of the cleaning slider, including the Reversing movement and / or the cleaning command.
With the new invention, a general prejudice was eliminated, which consisted in the fact that the manure removal from the stable is a job that does not require any intelligence, as it were. The complete implementation of human activity in purely technical processes also shows that every human activity requires considerable intelligence, whether for scheduling work or for carrying out work, or both. On the part of the inventors, attempts were also made to eliminate, in particular, the weaknesses of the previous solutions as far as possible. In many applications, one of the sources of interference was the limit switches for limiting the movement, which were mounted in an unfavorable position.
The entire drive was very often installed with the limit switches in a pit, in which also carried-over excrements are collected in liquid form and from there are returned to a slurry tank. The limit switches as switching and safety elements were placed in an environment with many harmful influences. For example, very disadvantageous Influences of aggressive gases and liquids, solids, changes in temperature, changes of damp and dry faeces or walkways.
The control preferably has calibration means for recording and storing the time for an undisturbed slide movement over the entire length of the manure, so that the position of the cleaning slide can be determined within the cleaning path on the basis of the movement time for the subsequent cleaning cycle or cycles. When starting up for the first time or after repair work, the movement time of the slide from one end position to the other is recorded exactly and entered as a scaling value in the memory for immediate recall. The initial calibration of the maximum movement of the cleaning slide is sufficient for a certain time. However, it has been shown that each stop of the slide movement, in particular in the case of a winch drive, results in a certain deviation of the running time over the entire length due to different winding of the rope.
The same applies if extremely much or extremely little solid manure has to be cleared. A particularly interesting solution has now been found, in which the computer is designed in such a way that it detects every faulty cleaning process and rejects it for re-verifying the travel time for the maximum travel distance. In contrast, each entire undisturbed cleaning process is preferably used as the new calibration value instead of the old one for the time-distance function for the calculation of the subsequent cleaning process or processes. The old calibration value can be deleted after a plausibility check.
The control device very particularly preferably has a measuring device for determining the displacement resistance, which is designed as a measuring device for determining the drive motor current or drive motor power consumption. The measuring device can thus be arranged in a clean environment within a control cabinet, so that the disturbing environmental influences for the measuring device are eliminated. The measuring device for determining the displacement resistance can also be used as a sensor for the displacement force of the cleaning slide, e.g. be designed for the tensile force of a cleaning slide traction cable or as a pressure measuring device of a hydraulic drive.
Experience has shown that in practice those solutions prevail that guarantee a certain comfort level, but are not based on overly complex control and regulation devices. It is also known that safety-related devices in particular often fail if they are exposed to severe environmental influences. If there are good conditions in an animal stall, it is possible to provide an optical or electromagnetic sensor for spatial monitoring of the manure or walkway in addition to or instead of the displacement resistance sensor. The great advantage of the measuring device for the displacement resistance lies in the fact that it can be installed directly in the control of the drive means or at most in the cleaning slide.
The control intelligence preferably has a number of selectable programs, e.g. for manual or automatic operation of a weekly program, a weekend program, a program for frost interval operation, a parameter program, a calibration program etc. The hardware for the individual programs can be designed for fixed or free programmability. Each animal owner can, if he so wishes, set up his own specific mode of operation and utilize his daily experiences and observations about the behavior or after the respective reactions of his animals. E.g. he can also adjust the sensitivity to the weight of the lightest animal. It is very advantageous if the cleaning slide has cleaning plates which can be lifted off the floor both for the backward movement and for the reversing movement.
It is further proposed that the intelligence have freely programmable reversing circuits, preferably the number and / or the distance of the reversing movement and particularly preferably a short reversing (up to a distance = 0) and a long reversing being selectable. With a short reversal, it is possible not to actually reverse the movement itself. Rather, a game of tensile force build-up to a permissible limit and back to a tensile force equal to zero is repeated several times. The short reversal can be used when a small local resistance has to be overcome or to nudge the animal and thereby cause it to run away. The control can also be designed so that the force changes with repeated stops and reversing movements, e.g. is increased.
There are often encrustations on the manure plate, which prevent the manure movement. These, too, can sometimes be more easily solved by repeated application. In any case, an unnecessary increase in traction can be prevented, because an increase in traction without human supervision can always pose a risk of an accident. It has also proven to be advantageous if the cleaning slide has cleaning plates which can be lifted off the floor for all return movements. The lifting movement is particularly preferably caused by the pull rope itself via a corresponding mechanical driver. However, the lifting should only take place if the cleaning slide is moved back at least approximately by the width of the cleaning slide (in the direction of pull), so that the cleaning plate can properly grip again.
The previous practice with mechanical manure removal systems shows that problems always arise when the manure is allowed to dry out on the manure plate. The incrustations are loosened again by spraying water on and moistening the manure. However, due to the increase in the displacement resistance, the invention now also allows a moistening process to be triggered automatically. The invention will now be explained in more detail with reference to some exemplary embodiments.
Show it:
1 shows a double system with wide slide and two single winches in the plan.
2 shows a section A of Fig. 1.
3 shows the front of a program control device;
4 schematically shows curves for the current consumption over time;
4a, 4b, 4c show various diagrams of the current consumption of the drive motor during a test run;
5 shows a plan view of a cleaning slide on a larger scale;
FIG. 6 shows a section VI-VI of FIG. 5 during a backward movement and raised cleaning plates;
Figure 7 is a section VI-VI of Figure 5 with a forward movement and the cleaning plates in the working position.
8 is a view according to arrow IIX-IIX of FIG. 5.
In the following, reference is now made to FIGS. 1 and 2, which represent a double manure removal system. Since the design of mechanical manure removal as a double system or as a single system has been the state of the art for decades, this part is not dealt with specifically.
The double system shown has a manure plate 1 and a manure plate 2, which each represent the floor of the manure or walkway 3. A cleaning slide 4 slides on each of the two manure plates. 5, which are longitudinally guided on the feces or walkway. The cleaning slide 4 is in the work function. He clears the manure plate 1. For this purpose, a pull rope 6 is pulled by a rope drum 7 in the direction of arrow 8, manure 9 and the liquid portions of the excrement being fed to a chute 10. From there, e.g. the solid manure 9 on a cross conveyor (arrow 11) on a manure stick. The cable drum 7 is part of an assembly 12 which also has a drive motor 13 and a gear 14. A second assembly 15 is assigned to the manure plate 2.
The tensile force of the pull cable 6 pulls over two pulleys 16 and. 17 the cleaning slide 5 backwards, with the cable drum 18 being unwound at the same time. Engine 19 and transmission 20 run at idle. To remove the manure plate 2, the rope is pulled in the opposite direction by the rope drum 18.
3 shows the front of a program switching device 21. The corresponding electronics can be arranged as a closed unit in a switch box in the barn. The unit preferably has the hardware for controlling all functionally essential parameters. With appropriate programs in a possibly existing PC, program commands can also be transmitted from a office space from the program switching device. The program parts that can be changed by the operator are indicated on the switch box itself by the corresponding displays. Operating buttons can be operated or activated: e.g. via an on-off switch 30, a circuit for setting the timer. The operation can be done by operating a switch Aut. 31 can be selected automatically or manually using keyboard 32.
For manual, a forward or backward movement and stop can be set via push buttons 33, 34, 35. A switch 36 "Frost" allows the selection of a special program according to which there is a risk of frost in very short time periods, e.g. every half hour, a cleaning is done. This prevents the excrement from icing up. Each day of the week (Mon, Tue, etc.) can also be individually programmed. P means the program selection and E a calibration recording during a first test run or after assembly work.
4 shows, purely schematically, two typical measurement curves, the motor current consumption I being shown over time t. A first curve part 60 shows the start-up process without manure removal with current consumption IN, which increases to IM (140) with the beginning of the manure bumping according to curve part 61 and remains approximately constant up to point 62. At 62 the slider encounters hard resistance. The current consumption increases very steeply according to curve 63. When point 64 is reached, the resistance breaks down abruptly because e.g. a slight jam has come off. In accordance with curve 65, the current consumption is reduced again to the previous value and, according to curve 66, remains approximately at the value of curve 61.
If, however, the resistance remains at point 64 and blocks the further movement of the slide, the current consumption increases further at point 67 and reaches a current value Is (180) at which the drive motor is stopped immediately. If the pusher is somewhere on the manure, e.g. start a reversing game. If point 67 is the end of the path, the slide moves backwards to the starting position.
A second example is shown with curve 70. The current increase shown corresponds to a rather yielding resistance, e.g. because a larger accumulation of dung delays further movement. After half a second, the manure accumulation was recorded at point 71 and is then conveyed on with only little additional force. Correspondingly, the current consumption drops and, according to curve 76, remains a little constant above the value according to curve 61. Cleaning continues according to curve 77.
Point 72 now shows a third case, according to which an animal prevents further movement and does not move from the spot. The slide force therefore increases up to a current consumption value of Ir (160). The disturbance is recognized from the time and the gentle current rise and a reversing game is switched on according to the movement program, starting curve 71/73. However, if the current value rises to Is (180) due to any disturbances, the drive motor is immediately switched off. To safeguard against malfunctions within the control device, the entire system can be switched off immediately when an IGL value is reached by determining the motor power consumption.
4a shows a measurement of a test run. The current consumption I is shown vertically and the time axis horizontally. The length of the time axis also corresponds to the total length L from A to B. The whole process takes about 100 seconds. During the first 8 seconds there was no manure on the manure plate, so the current consumption indicates an IN value for idling. After 8 seconds of running, the slider hits solid manure, which is expressed by a sudden increase in current to about 3 times the value (point 64). After less than a tenth of a second, the power consumption drops again and the movement continues. It is important that the maximum current increase, which increases in proportion to the displacement resistance, also has an adjustable value of e.g. Does not exceed 10% of the average current value.
Then, according to FIG. 4a, normal manure removal began, with no additional manure lying on the track after a first heap. During the entire duration of the manure removal run, there was no disturbance that led to a stop, so that the duration can be related to the length of the track or the position of the slider over the length of the track. A constant engine speed is required.
FIG. 4b shows a further test run, the start-up movement corresponding approximately to FIG. 4a. At 80, manure was placed on the manure plate, but the slider caught it and carried it forward. At 81, the slider was stopped by the test person's foot, which immediately led to the initiation of a reversing game. The same was repeated at 82. In the time periods RB1 and RB2, the cleaning slide moved backwards in each case over a selected path or a corresponding time.
4c shows a further test attempt, the slide being stopped by the test person at point 90 only in the last third of the walkway.
5 to 8 is a cleaning slider 4, respectively. 5 shown on a larger scale. On both sides a slide shoe 40 is attached, which a parallel guide and a precise guide over the manure plate 1, respectively. 2 guaranteed. The two sliding shoes 40 are connected by a cross member 41. A train group 42 with the continuous rope 6 is arranged in the middle of the cross member 41, so that both halves 43 and 44 are pulled evenly. The rope 6 goes through the entire train group and is by rope clamps 45 respectively. 46 connected to the cleaning slide. By means of a bolt 47, the cleaning plates 48 are brought either into a working position FIG. 7 or into a raised position FIG. 6 via a mechanical connection. The position depends solely on the direction in which the cleaning slide is pulled.
If the manure is uneven, the two halves 43 or 44 adapt optimally to the floor via a joint 50 (FIG. 8).