DE102010033886A1

DE102010033886A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Homogenität einer Futtermischung

Info

Publication number: DE102010033886A1
Application number: DE102010033886A
Authority: DE
Inventors: Dr. Marquering Johannes
Original assignee: B Strautmann and Sohne GmbH and Co KG
Current assignee: B Strautmann and Sohne GmbH and Co KG
Priority date: 2010-08-10
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2030-08-11
Also published as: DE102010033886B4

Abstract

Die Aufbereitung von Viehfutter, insbesondere für Rind- und Milchvieh, erfolgt häufig in stationären oder verfahrbaren Mischbehältern. Das in diese eingebrachte Futter setzt sich im Allgemeinen aus verschiedenen Futterarten, wie Gras, Mais, Kraftfutter etc. zusammen. Die Nährstoffgehalte dieser Futterarten sind unterschiedlich. Auch in den Futterarten selbst bestehen oft deutliche Unterschiede in der Nährstoffkonzentration, da diese zum Beispiel durch den Erntezeitpunkt, die Feuchtigkeit und die Lagerzeit beeinflusst werden. Eine gleichmäßige Verteilung der Nährstoffe im Futter ist aus tierphysiologischen Gründen, bei wirtschaftlicher Ausnutzung des Futters, anzustreben. Eine lange Mischzeit stellt die Erreichung einer homogenen Nährstoffzusammensetzung sicher, es besteht jedoch die Gefahr einer Vermusung. Bei zu kurzer Mischzeit ist die Nährstoffverteilung ungleichmäßig. Zur Erreichung einer gleichmäßigen Nährstoffverteilung, ohne Vermusung des Futters, wird vorgesehen, über Sensoren die Nährstoffkonzentration durch laufende Messungen festzustellen, wobei die Messwerte laufend einem Rechner übermittelt werden, der den jeweiligen Istzustand der Nährstoffverteilung in einer Datenanzeige ablesbar darstellt. Bei Erreichung einer, in einer Spannweite vorgegebenen; Nährstoffhomogenität, wird vom Rechner ein Signal an ein Steuerventil übermittelt, welches den Antrieb der Mischschnecken stillsetzt. Ein Bediener kann jederzeit eingreifen und über in der Datenanzeige dargestellte Werte die Arbeitsabläufe überwachen und schalten.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Homogenität einer Futtermischung, die aus mehreren Komponenten zusammengesetzt wird. Solche Futtermischungen werden aus tierernährungsphysiologischen Gründen insbesondere zur Fütterung von Rind- bzw. Milchvieh eingesetzt und in den entsprechenden Fachkreisen allgemein als Totale-Misch-Ration (TMR) bezeichnet, bei welcher eine homogene Nährstoffverteilung angestrebt wird.
In der Regel erfolgt diese Fütterung mit sogenannten Futtermischwagen. Es sind aber auch automatischen Fütterungssysteme bekannt, bei denen ohne Verwendung eines Futtermischwagens das Futter zunächst in sogenannten „Futterküchen” bereit gestellt, dann aus diesen entnommen, gemischt und mit Hilfe eines Gondel-Fördersystems den Tieren vorgelegt wird.
Futtermischwagen sind sowohl als selbstbefüllende und als fremdbefüllte Systeme bekannt. Bei den selbstbefüllenden Systemen, dargestellt beispielsweise in DE 20 2004 007 874 , wird das Futter dem Mischbehälter über eine an der Maschine installierte Entnahmevorrichtung zugeführt, bei den fremdbefüllten Systemen erfolgt die Befüllung in der Regel mit einem an einem Traktor installierten Entnahmewerkzeug, wie beispielsweise einer Schneidzange. In beiden Fällen werden die aus einem Flachsilo oder einem Vorratslager entnommenen Futtermassen in einen Mischbehälter gefördert, der mit einer oder mehreren, vorzugsweise vertikalen, Mischschnecken ausgerüstet ist.
Ebenfalls bekannt sind automatische Fütterungssysteme. DE 60 2006 000 974 zeigt ein Vorrichtung zum Abtrennen und Mischen von Viehfutter und ein Verfahren hierzu. Hierbei wird das Futter in einem oder mehreren Vorratsräumen, der sogenannten „Futterküche” in größeren Mengen bereitgestellt. In diesen Vorratsräumen wird das Futter einer Entnahmevorrichtung in Form eines beweglichen Schneidapparates zugeführt. Der Schneidapparat entnimmt die Futterkomponenten portionsweise, führt sie über eine Förderrichtung einem Misch- und Verteilbehälter in Form einer an einem Schienensystem aufgehängten Gondel zu. In diesem Mischbehälter werden die zugeführten Futterkomponenten vermischt, zur Futterstelle transportiert und dort abgelegt.
Sowohl bei der Fütterung mit Futtermischwagen als auch bei der Fütterung mit automatischen Fütterungssystemen besteht das Ziel, die eingefüllten Futterkomponenten einerseits ausreichend lange zu Mischen, um so die gewünschte Homogenität der Gesamtmasse zu erhalten, andererseits aber auch die Struktur des Futters zu erhalten. Die Futterstruktur leidet jedoch umso mehr, je langer der Mischvorgang dauert. Da eine Überprüfung der Homogenität des Mischvorganges, insbesondere auf eine gleichmäßige Verteilung der im Futter enthaltenen Nährstoffe, bei beiden Systemen nicht vorgesehen ist, besteht somit die Gefahr, dass der Mischvorgang entweder zu früh abgebrochen oder zu lange ausgedehnt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen es möglich ist, in optimaler, in der Regel kürzest möglicher Mischzeit, die Homogenität des Nährstoffgehaltes der TMR-Futtermasse festzustellen und dem Bediener in Echtzeit zur Anzeige zu bringen.
Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen beschriebenen Verfahren und den dort genannten Vorrichtungen gelöst.
Die genannten Verfahren und Vorrichtungen basieren darauf, dass ein oder mehrere spezielle Sensoren, vorzugsweise ein oder mehrere Nah-Infrarot-Spektroskopie-Sensoren (NIRS-Sensoren), oder Magnet-Resonanz-Tomographie-Sensoren (MRT-Sensoren) in den Mischbehälter und in das Mischverfahren integriert werden. Dabei arbeiten die beispielsweise verwendeten NIRS-Sensoren auf Basis eines chemometrischen Messverfahrens, bei dem die zu vermessende Probe mit einer definierten Lichtquelle angestrahlt wird und wobei nur ein Teil des Lichtes von der Probe absorbiert wird, der Rest jedoch reflektiert wird und vom NIRS-Sensor im Zusammenwirken mit einem angeschlossenen Rechner im Bereich des nahen Infrarots analysiert werden kann. Vor dem Hintergrund, dass bei einzelne organische Gruppen unterschiedliche Absorptionscharakteristika auftreten, die über einen breiten Wellenbereich charakteristische Reflexionsspektren aufweisen, können so Datensätze als Referenzdaten ermittelt werden, die bei der Durchführung des Verfahrens mit den vom NIRS-Sensor ermittelten Ist-Daten verglichen werden und Rückschlüsse auf die Bestimmung der interessierenden Parameter zulassen.
Zwar ist dieses Prinzip grundsätzlich bekannt, jedoch waren die vorhandenen Grundlagen bzw. die bekannten Reflexionsspektren bisher nicht in der Lage, die speziell für die Fütterung von Milchvieh eingesetzten Nährstoff- bzw. Futterkomponenten zu analysieren. Auch war der Einsatz dieser Sensoren unter den im Feldeinsatz vorherrschenden rauen Bedingungen bisher nicht möglich.
Analog zur Analyse des Nährstoffgehaltes mit NIRS-Sensoren sind auch andere Sensoren grundsätzlich einsetzbar, wenn dieses geeignet sind, unter Ausnutzung physikalischer Eigenschaften der Futterkomponenten deren Inhaltsstoffe zu analysieren. In Frage kommen insofern beispielsweise auch MRT-Sensoren, die auf dem Prinzip der Kernspinresonanz arbeiten.
Die Erfindung wird im Folgenden mit Hilfe der in den Zeichnungen aufgeführten Figuren anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt:
1 einen selbstfahrenden Futtermischwagen mit Fräs-Entnahme-Vorrichtung in Seitenansicht
2 einen selbstfahrenden Futtermischwagen in Draufsicht
Das von der Fräswalze (1) entlang einer Schnittlinie (S) aus dem Flachsilo (9) abgefräste und dem Förderband (3) zugeführte Futter wird durch den Förderkanal (2) in den Mischbehälter (4) gefördert. Dort wird es von den Mischschnecken (5) erfasst und durchgemischt. In analoger Weise erfolgt die Entnahme weiterer Futterkomponenten aus anderen Flachsilos oder Vorratslagern.
Innerhalb des Mischbehälters (4) sind ein oder mehrere NIRS-Sensoren (10) installiert. Jeder NIRS-Sensor sendet gegen den kontinuierlich an ihm vorbeigeleitetem Gutstrom einen Infrarotstrahl. In Abhängigkeit von der Futtersorte und den darin enthaltenen Nährstoffen wird ein Teil des Lichtes von dem bestrahlten Futterpaket absorbiert und ein weiterer Teil auf den NIRS-Sensor (10) reflektiert. Die so erfassten Daten werden an einen Rechner (11) weitergeleitet und von diesem ausgewertet.
Innerhalb des Mischraumes kommt es darauf an, die Futterkomponenten zu einer homogenen TMR-Ration zu verarbeiten. Dieser Zustand ist dann erreicht, wenn die kontinuierlich ermittelten Reflexionsspektren nur noch geringe Abweichungen voneinander aufweisen. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn nicht nur an einer Stelle im Mischbehälter (4) ein NIRS-Sensor (10) installiert ist, sondern an mehreren Stellen, beispielsweise im Bereich einer vorderen Mischschnecke (5) und im Bereich einer hinteren Mischschnecke (5), um so zu ermitteln, ob die gewünschte Homogenität auch innerhalb des ganzen Mischbehälter besteht.
Aus den gemessenen Reflexionsspektren lässt sich der mit den eingefüllten Futtermenge maximal erzielbare Homogenitätswert errechnen. Die Abweichung der jeweils aktuellen Messungen von diesem theoretisch maximal möglichen Homogenitätswert wird vom Rechner (11) bestimmt und innerhalb der Fahrerkabine (8) in der Datenanzeige (12) dargestellt.
Soweit die mittlere Abweichung einen gewünschten Wert erreicht hat, kann der Mischvorgang durch Stoppen des nicht nähr dargestellten Mischschneckenantriebes, manuell oder durch Rechnerunterstützung automatisch, beendet werden.
Der Rechner (11) leitet jeweils die von den Sensoren (10) momentan gemessenen Messwerte der Datenanzeige (12) zu, wo diese in einem Display angezeigt werden. Schaltvorgänge und Einstellungen werden dem Rechner (11) mittels der Dateneingabe (13) vorgegeben.
Die Meßwertimpulse der Sensoren (10) werden über die Verbindungsleitung (15) der Sensoren (10) dem Rechner (11) übermittelt, sie können jedoch auch alternativ per Funksteuerung übertragen werden.
Wenn die von den Sensoren (10) gemessenen Nährstoffwerte mit den im Rechner (11) vorgegebenen nahezu gleich sind, wird ein Steuerventil (17) beaufschlagt, welches zum Beispiel über die Hydroleitungen (16) eine Schalteinheit betätigt, welche die Getriebe (14) der Mischschnecken (5) selbsttätig abschaltet. Eine manuelle Abschaltung ist ebenso, wie ein manueller Eingriff im Bedarfsfall, jederzeit möglich.
Nach dem Mischen wird das Futter durch die geöffnete Luke (6) einem Förderband (7) zur Futterablage in einem Futtergang übergeben.
Bezugszeichenliste

1: Fräswalze
2: Förderkanal
3: Förderband
4: Mischbehälter
5: Mischschnecke
6: Luke
7: Förderband
8: Fahrerkabine
9: Flachsilo
10: NIRS-Sensor
11: Rechner
12: Datenanzeige
13: Dateneingabe
14: Getriebe
15: Verbindungsleitung
16: Hydroleitung
17: Steuerventil
S: Schnittlinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202004007874 [0003]
DE 602006000974 [0004]

Claims

Verfahren zur Ermittlung der Homogenität einer Futtermischung, insbesondere zur Fütterung von Rind- bzw. Milchvieh, bei dem in einem Mischbehälter einen Futtermischers mehrere unterschiedliche Futtermittel zu einer homogenen Futtermasse verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Homogenität der gesamten Futtermasse ermittelt wird, indem • von einem oder mehreren Sensoren (10), ein Messwert für den Nährstoffgehalt des im Bereich des Sensors befindlichen Futters gemessen wird, • der gemessenen Wert in einem Rechner (11) hinterlegt wird • von einem oder mehreren Sensoren (10) eine Vielzahl weiterer Messwerte aufgenommen und im Rechner hinterlegt werden, wobei nach jeder Messung ein Gesamt-Mittelwert berechnet wird • und die durch eine laufende Mittelwertbildung gebildeten Abweichung der Messwerte zum Gesamt-Mittelwert sich innerhalb eines vorgegebenen Abweichungsbereiches bewegt und damit dem idealen Homogenitätswert nahe kommt • die Abweichung der aktuellen Messwerte vom idealen Homogenitätswert als Maß für die Homogenität der gesamten Futtermasse angenommen und von einer Steuereinheit in geeigneter Form zur Anzeige gebracht wird.
Verfahren zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen der vorgegebenen Homogenität der Antrieb der Mischschnecken (5) manuell oder selbsttätig abgeschaltet wird.
Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (10) zur Analyse des Nährstoffgehaltes im Bereich des Mischbehälters (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von einem Sensor (10) gewonnenen Inhaltsstoff-Ist-Daten über eine Verbindungsleitung (15) oder drahtlos an den Rechner (11) übertragen werden.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor Nahinfrarot-Spektroskopie-Sensoren (NIRS-Sensoren) verwendet werden.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor Magnet-Resonanz-Tomographie-Sensoren (MRT-Sensoren) verwendet werden.