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Die
vorliegende Erfindung betrifft den dauerhaften zitzennahen Einbau
eines Drucksensors in den Milchschlauch von Melkanlagen.
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Viele
Melkanlagen sind mit Sensortechnik zur Datenaufzeichnung ausgestattet.
Derzeit verfügbare Melkanlagen bieten jedoch keine Möglichkeit
zur kontinuierlichen Messung und Speicherung des zitzennahen Vakuumverlaufes
am Melkbecher. Die Erzeugung stabiler Vakuumverhältnisse
in der Melkanlage ist jedoch eine der wichtigsten Voraussetzungen,
um befriedigende Melkeigenschaften der Anlage zu gewährleisten (Hoefelmayr,
T., Maier, J., „Vom klassischen Zweiraumbecher und seinen
Funktionsmängeln", Milchpraxis 17, S. 62–64
(1979)). Negative Auswirkungen auf die Eutergesundheit
werden dem Blindmelken und der uneingeschränkten Vakuumeinwirkung
auf das Zitzengewebe zugeschrieben („Teat tissue
reactions to machine milking and new infection risk", Bulletin
of the international dairy foundation, IDF (1994)). Viertelindividuell über den
gesamten Melkprozess gemessene Vakuumdaten für das zitzennahe
Melkvakuum können zur gezielten Steuerung des Vakuums an
dieser Stelle verwendet werden. Damit könnten gezielt stabile
Vakuumverhältnisse an der Zitze erzeugt werden.
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Der
Strichkanal der Zitze ist empfindlich und bildet die Öffnung
für Keime und Bakterien. Durch eine Verminderung der mechanischen
Belastung der Zitze, auf das gerade noch notwendige Maß für
einen zügigen Milchentzug, kann die Zitze gesund und damit
widerstandsfähig gegen Krankheits erreger gehalten werden. Die
Anzahl von Ringbildungen und Hyperkeratosen, welche Eutererkrankungen
begünstigen, könnte durch eine zitzennahe Vakuumsteuerung
vermindert werden. Außerdem könnte eine solche
Steuerung auf lange Sicht so optimiert werden, dass tierindividuell,
unter Berücksichtigung von Kuhrasse, Euterkondition, Eutergesundheitszustand
und Laktationsstadium, für jede Kuh die optimale Vakuumapplikation
errechnet und anschließend erzeugt wird. Der für
die Eutergesundheit bzw. für die Wirtschaftlichkeit des
Betriebes optimale Vakuumverlauf an der Zitzenspitze einer Kuh ist
bisher nicht bekannt und darüber hinaus von Tier zu Tier
unterschiedlich. Dieser Verlauf kann nur dann ermittelt werden,
wenn erstens eine präzise zitzennahe Vakuummessung im oder
am Melkbecher entwickelt wird und wenn zweitens weitere Melk- und
Tiergesundheitsdaten automatisch per Computer verarbeitet und bewertet
werden können.
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Aufgabe
der Erfindung war es daher, eine technische Lösung für
den dauerhaften Einbau eines Drucksensors zur Verfügung
zu stellen, wobei der eingebaute Drucksensor zur Aufzeichnung des
Melkvakuums über den gesamten Melkprozess fähig
sein muss.
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Die
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung
und Speicherung des zitzennahen Vakuumverlaufes am Melkbecher von
Melkanlagen gelöst, die einen in einer Testhülse
eingebauten Drucksensor enthält. Die Testhülse
mit dem Drucksensor ist am Melkbecherende in jedem der vier Milchschläuche
eingebaut.
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Bevorzugt
beträgt der Innendurchmesser der Testhülse mit
dem Drucksensor und des Milchschlauchs 10 mm. Die Testhülse
mit Drucksensor kann jedoch für jeden gängigen
Milchschlauch von 8 mm bis 20 mm Durchmesser hergestellt und verwendet
werden. Bei dem Drucksensor handelt es sich bevorzugt um einen hochwertigen,
kalibrierten, piezoresistiven Drucksensor.
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Ferner
sollte durch die Erfindung ermittelt werden, ob beim Einbau eines
Drucksensors Messabweichungen im Vergleich zur konventionellen zitzennahen
Vakuummessung vorkommen, welche für die Entwicklung einer
Vakuumsteuerung bedeutend sind.
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Die
Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren näher
erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine Skizze des Versuchsaufbaus mit einer Testhülse am
Melkbecher (Messreihe A) und Messung mit zwei Messnadeln (Messreihe
B).
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2 zeigt
die prozentuale Messabweichung beim Versuchsaufbau von Messreihe
A bei verschiedenen Durchflussraten.
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Der
grundlegende Versuchsaufbau der zwei hier durchgeführten
Messreihen A und B ist in 1 dargestellt.
Bei Messreihe A wurde die Messabweichung zwischen einem Drucksensor
des verwendeten Messgerätes (M) und dem fest eingebauten
externen Drucksensor (S) bestimmt.
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Bei
Messreihe B wurde zum Vergleich die Messabweichung zwischen zwei
Sensoren (M1, M2) eines Messgerätes bestimmt. Dabei waren
die Sensoren wie in 1 ersichtlich, mit Messnadeln
ca. 30 mm unterhalb des Becherendes angeschlossen. Messnadeln sind
stumpfendige Metallkanülen mit einem Innendurchmesser von
2 mm, welche sonst in der Humanmedizin Verwendung finden. Die Nadeln
werden mittels eines 10 mm langen Schlauches direkt auf die Messsensoren
gesteckt.
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Die
Anordnung beider Sensoren zueinander, war bei Messreihe A stets
wie folgt: Der piezoresistive Sensor (S) war fest in eine eigens
hierfür konstruierte Testhülse eingebaut, der
Sensor (M) des Messgerätes war gegenüber angeschlossen.
Der Abstand zwischen Testhülse und Melkbecherende wurde,
wie in Tabelle 1 beschrieben, realisiert. Die Öffnung zur
Druckmessung in der Testhülse liegt für beide
Sensoren parallel zur Strömungsrichtung im Milchschlauch.
Der Innendurchmesser des Milchschlauches wird durch den Einbau der Testhülse
nicht verengt. Innerhalb der Hülse beträgt der
Innendurchmesser, wie der Milchschlauchinndendurchmesser 10 mm.
Der fest in einer Testhülse eingebaute Sensor ist ein hochwertiger,
kalibrierter, piezoresistiver Drucksensor.
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Bei
Messreihe B waren die beiden verwendeten Sensoren, wie in 1 Messreihe
B zu sehen, über Messnadeln am Milchschlauch angeschlossen.
Die Messnadelenden mit Lufteinlass an der Nadelspitze, waren etwa
6 mm von einander entfernt im Milchschlauch 30 mm nach dem Melkbecherende
eingestochen.
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In
Tabelle 1 sind die Daten zu den beiden Messreihen zusammengefasst
dargestellt. Mithilfe von Messreihe B soll ermittelt werden welcher
Messunterschied zwischen zwei Sensoren, bei Nutzung des Verfahrens
mit Messnadel auftreten kann. Tab. 1: Angaben zum Versuchsaufbau bei
Messreihe A und B.
| Messreihe | Sensor
1 | Sensor
2 | Abstand
X der Testhülse vom Melkbecherende in mm | Abstand
Y des Lufteinlasses der beiden Sensoren in mm |
| A | S | M | 140 | 12 |
| B | M1 | M2 | 30 | 6 |
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Die
Drucksensoren M, M1 und M2 sind Sensoren am Vakuummessgeräte
MilkoTest MT52. Nach Herstellerangaben liegt die Genauigkeit des
verwendet Sensors S von Keller GmbH bei 0,5%. Die maximale Messfrequenz
beträgt 2 kHz. Beim Messgerät MilkoTest MT52 liegt
die Genauigkeit der verwendeten Sensoren ebenfalls bei 0,5%, die
maximale Messfrequenz beträgt hier 1 kHz. Gemessen wurde
bei einer Frequenz von 500 Hz. Der Sensor in der Testhülse
war bei der Messung an einen Analog-/Digitalwandler angeschlossen, welcher über
eine Schnittstelle mit einem Computer verbunden war. Zur Datenaufzeichnung
wurde die Software LabView verwendet (National Instruments).
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Alle
Vakuummessungen erfolgten nach Vorgabe der Nassmessmethode DIN
ISO 6690, 2006. Hierbei wird der Melkprozess durch Flüssigkeitszuflussregler
und Kunsteuter mit DIN-ISO-Kunstzitzen simuliert (DIN ISO
6690, 2006). Durchgeführt wurden alle Messungen
an einem viertelindividuellen Melksystem. Dieses System ist das
bisher einzige viertelindividuelle Melksystem für Melkstände.
Es verfügt über periodischen Lufteinlass und wird
mit Niedrigvakuum von 35 kPa betrieben. Alle Messungen wurden jeweils
in der Milchleitung des gleichen Euterviertels durchgeführt.
Es wurden bei jeder Messreihe mindestens zwei Wiederholungen (Wdh) durchgeführt.
Als Testflüssigkeit wurde Wasser ver wendet. Der Vakuumkurvenverlauf
ist in den 4 und 5 dargestellt.
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Zur
Beurteilung der Eignung des Sensoreinbaus mit Testhülsen
wurden die durchschnittlichen prozentualen Messabweichungen zwischen
beiden Messsystemen für jede Einzelmessung berechnet und
im Ergebnisteil als Maß für den Messunterschied
dargestellt.
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Die
Berechnung erfolgte, indem für jedes der gemessenen Wertepaare
(min. 7000 Wertepaare, bei 500 Hz Aufzeichnungsrate) zuerst der
Betrag der Abweichung in kPa berechnet wird. Weiterhin wird der
Mittelwert des Vakuums der beiden verwendeten Sensoren berechnet.
Folgend wird die prozentuale Messabweichung immer bezogen auf den
Mittelwert des Sensors M bzw. M1/M2 berechnet. Für Messabweichung
und prozentuale Messabweichung werden der Mittelwert und die Standardabweichung
aus einer Messung berechnet. Diese Berechnung wurde für
alle durchgeführten Messungen vorgenommen. Zur statistischen
Auswertung der Messergebnisse wurde die Statistiksoftware SAS Version
9.1.3 mit Service Pack 4 verwendet.
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Es
wurde festgestellt, dass die Messfunktion von zitzennah, mit Testhülse
eingebauten Drucksensoren gewährleistet ist. Der Einbau
kann mit den entwickelten Testhülsen kostengünstig
erfolgen.
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Bei
der durchgeführten Messung wurde festgestellt, dass der
Mittelwert der prozentualen Messabweichung bei Messreihe A, bei
allen Durchflüssen unter 3,5% liegt (2).
Der Mittelwert der prozentualen Messabweichungen bei den beiden
niedrigeren Durchflüssen liegt unter 2,2% und damit niedriger.
Die Standardabweichungen bei allen Durchflussraten sind hoch. Insbesondere
ab einem Durch fluss von 4,8 l/min. Dies zeigt, dass bei hohen Durchflussraten
höhere Maximalwerte für die Messabweichung auftreten.
Die Streuung ist höher, als bei niedrigen Durchflussraten.
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Wird
Messreihe A mit B verglichen so zeigt sich, dass bei Messreihe B
höhere Mittelwerte der prozentualen Messabweichung zwischen
den beiden Sensoren, als bei Messreihe A auftreten. Bei den Durchflussraten
0,8 bis 2,8 l/min liegt der Mittelwert der prozentualen Abweichung
zwischen 4,2% und 5,0%. Für die hohen Durchflussraten 4,8
bis 6,0 l/min liegt der Wert zwischen 8,3% und 8,8%. Auch hier stimmen
die beiden Wiederholungen gut überein. Die Standardabweichungen
sind wie bei Messreihe A hoch. Damit zeigt sich, dass beim gängigen
Messverfahren mit Messnadel, aufgrund von unterschiedlicher Einstichposition
und -art beinahe doppelt so hohe prozentuale Messabweichungen auftreten,
als beim Vergleich zweier Sensoren in einer Testhülse.
Die Messabweichung beim Sensorvergleich mit Testhülse ist
somit deutlich niedriger, als bei der Referenzmessung in Messreihe
B.
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- A
- Aufbau
Messreihe A
- S
- Sensor
(S) in Testhülse
- M
- Anschluss
für Sensor (M) eines Messgerätes an Testhülse
- MB
- Melkbecher
- X
- Abstand
X
- Y
- Abstand
Y
- B
- Aufbau
Messreihe B
- M1
- Messnadel
an Sensor M1
- M2
- Messnadel
an Sensor M2
- Ma
- Messabweichung
in %
- D
- Durchfluss
in l/min
- Wdh1
- Wiederholung
1
- Wdh2
- Wiederholung
2
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Hoefelmayr,
T., Maier, J., „Vom klassischen Zweiraumbecher und seinen
Funktionsmängeln”, Milchpraxis 17, S. 62–64
(1979) [0002]
- - „Teat tissue reactions to machine milking and new
infection risk”, Bulletin of the international dairy foundation,
IDF (1994) [0002]
- - DIN ISO 6690, 2006 [0017]
- - DIN ISO 6690, 2006 [0017]