-
Die Erfindung betrifft entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine Melkmaschine zum zitzenschonenden und effektiven Melken von Milchvieh, wobei beim hierzu verwendeten Melkzeug biegeelastische Zitzengummis die Milchzitzen des Tieres umschließen und mit einem Melkbecher um sie herum druckdicht einen Zwischenraum bilden, die sogenannte Pulskammer, die per Unterdruckleitung mit einem sogenannten Pulsator verbunden ist, der ein pulsierendes Vakuum erzeugt, wodurch sich die biegeelastischen Zitzengummis in dieser Pulszyklusfrequenz öffnen und schließen. Der Raum innerhalb der Zitzengummis ist dabei während des Melkvorgangs mit einem konstanten Unterdruck, dem sogenannten Melkvakuum beaufschlagt, üblicherweise etwa –50 kPa, während im Zwischenraum zwischen Melkbecher und Zitzengummi, der Pulskammer, der Druck zyklisch üblicherweise zwischen Umgebungsdruck und dem Melkvakuum wechselt. Bei diesem Pulszyklus können dabei vier Phasen unterschieden werden, eine Öffnungsphase (a), in der der Pulskammerdruck üblicherweise von Umgebungsdruck auf Melkvakuumdruck verringert wird, wodurch sich der biegeelastische Zitzengummi öffnet, eine offene Phase (b), in der der Zitzengummi geöffnet ist und die Milch aus der Zitze gesaugt wird, eine Schließphase (c), in der der Pulskammerdruck üblicherweise von Melkvakuumdruck auf Umgebungsdruck erhöht wird, wodurch sich der biegeelastische Zitzengummi schließt, und eine geschlossene Phase (d), in der die Zitze mechanisch zusammengequetscht und der Milchgang dadurch verschlossen ist. Dieser Pulszyklus dauert üblicherweise etwa 1 Sekunde.
-
Neue Zitzengummis haben normalerweise im nicht eingebauten und nicht druckbeaufschlagten Zustand einen kreisrunden Querschnitt. Wird der Druck im Zwischenraum zwischen dem Zitzengummi und dem Melkbecher nun in der Schließphase über das Melkvakuum erhöht, so wird das Zitzengummi bei der sogenannten kritischen Kollapsdruckdifferenz relativ abrupt zusammengequetscht und nimmt dabei einen länglichen bzw. ovalen Querschnitt an, durch Druckverringerung in der Öffnungsphase öffnet sich das Zitzengummi bei der sogenannten Berührungsdruckdifferenz relativ abrupt, und zwar bei neuen Zitzengummis in eine nahezu kreisrunde Querschnittsform. Altern Zitzengummis, so werden diese biegeweicher, wodurch die Zitzengummis sich schon bei einer geringeren kritischen Kollapsdruckdifferenz schließen und sich beim Kollaps der Zitzengummis die Quetschkraft auf die Zitze vergrößert. Darüber hinaus entspannt sich der Zitzengummi in der Öffnungsphase bei Alterung nicht mehr schnell und vollständig genug, d. h. auch im geöffneten Zustand behält er immer mehr eine ovale Querschnittsform, so dass ein mechanischer Restdruck auf die Zitze vorhanden bleibt und somit das Nachschießen der Milch in die Zitze behindert wird, wodurch bei Alterung der Zitzengummis der Melkprozess länger dauert. Dies und die größere Quetschbelastung der Zitzen hat zur Folge, dass die Belastung des Euters bei Zitzengummialterung höher als notwendig ist und zu Zitzenkrankheiten wie Entzündungen (z. B. Mastitis) führen kann. Beim Stand der Technik werden die Zitzengummis entweder nach festgelegten Betriebszeiten oder nach Inaugenscheinnahme ausgewechselt.
-
In der
DE 69613578 ist ein Verfahren zum Überwachen der Zitzengummis zur Bestimmung des Zeitpunktes beschrieben, bei dem die Zitzengummis ersetzt werden müssen. Hierbei werden die schlagartigen Bewegungen des Zitzengummis in der Öffnungs- und Schließphase sensorisch erfasst, z. B. durch Messung der Druckfluktuationen in der Pulskammer oder dem Abstand zwischen Zitzengummi und Melkbecher, und durch eine elektronische Verarbeitungseinheit Fehlfunktionen wie die fehlerhafte Öffnung und Schließung des Zitzengummis angezeigt. D. h., dass mit dem hier beschriebenen Verfahren lediglich die Anzeige einer Fehlfunktion bzw. der Alterung der Zitzengummis erfolgt, nicht aber mittels der Messwerte der Melkvorgang regelungs- oder steuerungstechnisch beeinflusst wird.
-
Die
WO 1993014625 beschreibt eine Melkvorrichtung, in der die Pulszykluscharakteristika in Abhängigkeit des Öffnens bzw. Schließens der Zitzengummis durch eine Steuereinheit beeinflusst werden, d. h. es wird hier durch einen Sensor in jedem Pulszyklus die Volumenänderung des Pulsraums gemessen und so das Öffnen und Schließen des Zitzengummis detektiert. Es wird hier also nicht ermittelt, ob die Zitzengummis in der Öffnungsphase statt einer ovalen wieder eine kreisrunde Querschnittsform erreichen, sondern nur, ob und wann die Zitzengummis öffnen oder schließen. Durch die Steuereinheit werden hier lediglich die Pulszykluscharakteristika, also die Pulsationsfrequenz sowie innerhalb jedes Pulszyklus der Zeitpunkt der Öffnungs- und Schließphasen beeinflusst, nicht aber der Druck in den Pulskammern.
-
Beim vorbekannten Stand der Technik sind keine Melkvorrichtungen bekannt, bei denen zum zitzenschonenden und effektiven Melken von Milchvieh für jeden Pulszyklus sichergestellt wird, dass die Zitzengummis in der Öffnungsphase statt einer ovalen wieder eine kreisrunde Querschnittsform erreichen bzw. in der Schließphase nur mit dem zum Schließen des Zitzengummis notwendigen Pulskammerdruck beaufschlagt werden.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine Melkmaschine bereitzustellen, die die genannten Nachteile vermeidet und mit deren Hilfe während der Lebensdauer der Zitzengummis zum zitzenschonenden und effektiven Melken von Milchvieh für jeden Pulszyklus sichergestellt wird, dass die Zitzengummis in der Öffnungsphase statt einer ovalen wieder eine kreisrunde Querschnittsform erreichen, bzw., wenn dies bei zu großer Alterung der Zitzengummis nicht mehr möglich ist, ein entsprechendes Signal zum Zitzengummiaustausch ausgegeben wird, und dass die Zitzengummis in der Schließphase nur mit dem zum Schließen des Zitzengummis notwendigen Pulskammerdruck beaufschlagt werden, da die Zitzengummis bei Alterung biegeweicher werden und somit schon bei einer geringeren kritischen Kollapsdruckdifferenz schließen und die Zitzen stärker quetschen.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Melkmaschine entsprechend der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 vollständig gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Hierzu erfolgt in der vorliegenden Erfindung eine zeitlich hochauflösende Detektion der Zitzengummi-Querschnittsform mittels mindestens eines Sensors an der Melkbecherinnenwand sowie dessen Signalverarbeitung mittels einer geeigneten Steuereinheit in Quasiechtzeit, um bei unvollständiger Wiederherstellung einer kreisrunden Zitzengummi-Querschnittsform in der Öffnungsphase jedes Pulszyklus durch die Steuereinheit sowie durch den Pulsator geregelt mittels einer geeigneten Vakuumpumpe den Unterdruck in den Pulskammern jeweils so lange zu verstärken, bis der Sensor eine kreisrunde Zitzengummi-Querschnittsform signalisiert, und um bei vom Sensor signalisierten vollständigen Zitzengummiverschluss in der Schließphase jedes Pulszyklus durch die geeignete Steuereinheit und den Pulsator geregelt eine weitere, die Zitzen nur unnötig belastende Druckbeaufschlagung der Zitzengummis zu verhindern. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Detektion der Zitzengummi-Querschnittsform mittels eines optischen Sensors an der Innenwand der Melkbecher, wobei hier ringförmig eine Vielzahl von Fotosensoren und LED-Leuchteinrichtungen angeordnet sind, und dabei in einer hohen Frequenz umlaufend jeweils eine LED-Leuchteinrichtung kurz aufleuchtet und die Photosensoren durch entsprechende jeweilige Abschattung mithilfe der Steuereinheit die aktuelle Querschnittsform der Zitzengummis im Inneren des Melkbechers zeitlich hochauflösend detektieren. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind an den Innenseiten der Melkbecher untereinander mehrere Sensor- und LED-Ringe angeordnet, um auch bei unterschiedlichen Eindringtiefen der Milchviehzitzen in die Zitzengummis die aktuelle Zitzengummi-Querschnittsform in einem repräsentativen Querschnitt zuverlässig detektieren zu können. Zusätzlich zur Variation des Pulskammerdrucks kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Steuereinheit und der Pulsator zur Optimierung des Melkvorgangs in Abhängigkeit des Öffnungs- und Schließverhaltens der Zitzengummis auch die Pulszykluscharakteristika, also die Pulsationsfrequenz sowie innerhalb jedes Pulszyklus den Zeitpunkt und den Druckverlauf der Öffnungs- und Schließphasen beeinflussen. In einer weiteren für die Erfindung vorteilhaften Ausführungsform haben schon neue Zitzengummis im druckkraftfreien Zustand eine ovale Querschnittsform und gegebenenfalls eine geringere Wandstärke, welche zudem in Umfangs- und Längsrichtung auch variiert sein kann, so dass sich die Zitzengummis schon bei einer sehr geringen kritischen Kollapsdruckdifferenz schließen und bei einer sehr geringen Berührungsdruckdifferenz öffnen, d. h. dass die jeweilige notwendige Druckdifferenz zur Formänderung beim Öffnen und Schließen der Zitzengummis im Vergleich zum Stand der Technik deutlich reduziert ist und die Druckbelastung auf die Zitzen viel direkter und präziser durch die erfindungsgemäße dynamische Regelung des Pulskammerdrucks eingestellt und optimiert werden kann. Ziel ist es dabei, dass die alterungsbedingten Eigenschaftsänderungen der Zitzengummis ihren Einfluss auf den Melkprozess und die Zitzenbelastung weitestgehend verlieren und somit die Zitzengummis möglichst nur Druckkraft vermittelnd zwischen Zitze und Pulskammer wirken. Die verringerte Biegebelastung bei geringeren Wandstärken sorgt zusätzlich für einen hinausgezögerten Alterungsprozess der Zitzengummis. Diese vorteilhafte Ausführung der Zitzengummis wird erst durch die vorliegende Erfindung ermöglicht, da im Gegensatz zum Stand der Technik erst mit dem hier vorgestellten Verfahren und der hier vorgestellten Vorrichtung beim Öffnen und Schließen der Zitzengummis der Pulskammerdruck bei jedem Pulszyklus und in jeder Pulskammer in Abhängigkeit von der aktuellen Zitzengummi-Querschnittsform tier- und zitzenindividuell geregelt werden kann. Dies schließt auch die Möglichkeit ein, zu einem zitzenindividuell steuerbaren Melkprozess zu gelangen, bei dem beispielsweise die Erschlaffung des Zitzengewebes erkannt wird und durch zwischenzeitlich eingefügte Stimulationszyklen das Ausmelken tierfreundlich und zeitoptimiert erfolgen kann.
-
Durch die Erfindung wird daher während der Lebensdauer der Zitzengummis zum zitzenschonenden und effektiven Melken von Milchvieh für jeden Pulszyklus sichergestellt, dass die Zitzengummis in der Öffnungsphase statt einer eingeengten, ovalen wieder eine kreisrunde, offene Querschnittsform erreichen, bzw., wenn unter Gleichdruckbedingungen von Melk- zu Pulskammervakuum bzw. von Pulskammer und Pulskammer-Vakuumpumpe eine zu große Abweichung zur ursprünglichen Querschnittform der Zitzengummis erkannt wird, ein entsprechendes Signal zum Zitzengummiaustausch ausgegeben wird. Durch die Erfindung wird außerdem erreicht, dass zum zitzenschonenden und effektiven Melken von Milchvieh die Zitzengummis in der Schließphase nur mit dem zum Schließen des Zitzengummis notwendigen Pulskammerdruck beaufschlagt werden und die Zitzen dabei weniger stark gequetscht werden, insbesondere sind hierfür dünnere und oval vorgeformte Zitzengummis vorteilhaft, da sie in der Entlastungsphase unterhalb der Zitzenspitze bei einem geringeren Druck auf die Zitze einen kompletteren Verschluss des Melkvakuums bilden und ein Saugen an der abgequetschten Zitze vermieden wird. Zusätzlich können mit der vorliegenden Erfindung weitere Fehlerzustände wie undichte und beschädigte Zitzengummis oder unkorrekt angelegtes Melkzeug angezeigt werden.
-
Somit werden die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben durch die bereitgestellte Melkmaschine vollkommen gelöst.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
-
1 eine erfindungsgemäße Melkmaschine in schematischer Ansicht,
-
2 einen erfindungsgemäßen optischen Sensor zur zeitlich hochauflösenden Detektion der Zitzengummi-Querschnittsform im geschlossenen und geöffneten Zustand des Zitzengummis im Querschnitt,
-
3 eine Darstellung unterschiedlich gealterter Zitzengummis im Querschnitt, und
-
4 ein Diagramm des Pulskammerdrucks in Abhängigkeit der Zeit innerhalb eines Pulszyklus.
-
1 zeigt eine erfindungsgemäße Melkmaschine mit einem Melkzeug, bestehend aus biegeelastischen Zitzengummis 2, die die Milchzitzen 1 des Tieres umschließen, und die mit einem Melkbecher 3 um sie herum druckdicht einen Zwischenraum bilden, die sogenannte Pulskammer 4, die per Unterdruckleitung 6a mit einem sogenannten Pulsator 5 verbunden ist, der ein pulsierendes Vakuum erzeugt, wodurch sich die biegeelastischen Zitzengummis 2 in dieser Pulszyklusfrequenz öffnen und schließen, während der Raum innerhalb der Zitzengummis 2 dabei während des Melkvorgangs mit einem konstanten Unterdruck, dem sogenannten Melkvakuum, üblicherweise etwa –50 kPa, beaufschlagt ist, wodurch die Milch in der Saugphase bei geöffneten Zitzengummis 2 (12) über eine Saugleitung 6b mittels einer Melkvakuumpumpe 7 in einen Milchauffangbehälter 19 gesaugt wird. Da das Melkvakuum ein Abfallen des Melkzeugs vom Euter während des Melkvorgangs verhindert, ist die notwendige Unterdruckhöhe des Melkvakuums vom Gewicht des Melkzeugs abhängig. Beim vorbekannten Stand der Technik wechselt der Druck in der Pulskammer 4 zyklisch üblicherweise zwischen Umgebungsdruck und dem Melkvakuum, während bei der vorliegenden Erfindung der Druck in der Pulskammer 4 sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen der Zitzengummis 2 (12, 13) bei jedem Pulszyklus und in jeder Pulskammer 4 geregelt wird. Hierzu verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich zur üblichen Melkvakuumpumpe 7 über eine zusätzliche Pulskammer-Vakuumpumpe 8, die in der Unterdruckleitung 6a einen höheren Unterdruck als üblich erzeugen kann. Dabei erfolgt eine zeitlich hochauflösende Detektion der Zitzengummi-Querschnittsform mittels mindestens eines Sensors 10, 11 an der Melkbecherinnenwand 3 sowie dessen Signalverarbeitung mittels einer Steuereinheit 9 in Quasiechtzeit, um bei unvollständiger Wiederherstellung einer kreisrunden Zitzengummi-Querschnittsform in der Öffnungsphase jedes Pulszyklus durch die Steuereinheit 9 geregelt mittels des elektronisch gesteuerten Pulsators 5 den Unterdruck in der Pulskammer jeweils so lange zu verstärken, bis der Sensor 10, 11 eine kreisrunde Zitzengummi-Querschnittsform signalisiert, und um bei vom Sensor signalisierten vollständigen Zitzengummiverschluss in der Schließphase jedes Pulszyklus durch die Steuereinheit 9 und den Pulsator 5 geregelt eine weitere, die Zitzen nur unnötig belastende Druckbeaufschlagung der Zitzengummis 2 (13) zu verhindern. Der Pulsator 5 kann dabei als elektronisch gesteuertes Mehrwegeventil ausgeführt sein, das bei noch zu vergrößernden Unterdruck in der Pulskammer 4 die Verbindung der Pulskammer 4 mit der Unterdruckleitung 6a zur Pulskammer-Vakuumpumpe 8 öffnet, während bei zu erhöhendem Druck in der Pulskammer 4 die Verbindung der Pulskammer 4 mit der Umgebungsatmosphäre geöffnet ist. Die 1 zeigt dabei bei der links abgebildeten Zitze 1 den Zitzengummi 2 (12) in der vollständig geöffneten Phase, d. h. bei solange evakuierter Pulskammer 4, bis vom Sensor 10, 11 eine kreisrunde Querschnittsform des Zitzengummis 2 (12) detektiert wurde, während bei der rechts abgebildeten Zitze 1 durch Pulsator 5 und Steuereinheit 9 geregelt der Druck in der Pulskammer 4 nur so lange erhöht wurde, bis vom Sensor 10, 11 ein vollständig geschlossener Zitzengummi 2 (13) detektiert wurde. Sobald der Sensor 10, 11 bei zu großer Alterung der Zitzengummis 2 in der Öffnungsphase der Zitzengummis 2 (12) auch bei Beaufschlagung der Pulskammer 4 mit dem vollen Unterdruck der Pulskammer-Vakuumpumpe 8 detektiert, dass der Zitzengummi statt einer kreisrunden nur noch eine ovale Querschnittsform erreicht, wird ein entsprechendes Signal zum Zitzengummiaustausch z. B. auf einem Display ausgegeben.
-
2 zeigt einen erfindungsgemäßen optischen Sensor 10, 11 zur zeitlich hochauflösenden Detektion der Zitzengummi-Querschnittsform an der Innenwand der Melkbecher 3, wobei hier ringförmig abwechselnd eine Vielzahl von Fotosensoren 11 und LED-Leuchteinrichtungen 10 angeordnet sind, und dabei in einer hohen Frequenz kreisförmig umlaufend jeweils eine LED-Leuchteinrichtung 10 kurz aufleuchtet und die Photosensoren 11 durch entsprechende jeweilige aktuelle Abschattung 14 mithilfe der Steuereinheit 9 die aktuelle Querschnittsform der Zitzengummis 2 im Inneren des Melkbechers 3 zeitlich hochauflösend detektieren. In der oberen Abbildung der 2 ist dabei der erfindungsgemäße Sensor bei vollständig geöffneten Zitzengummi 2 (12), d. h. bei einer kreisrunden Querschnittsform des Zitzengummis 2 (12) dargestellt, während in der unteren Abbildung der 2 der Zitzengummi 2 (13) vollständig geschlossen ist, d. h. der Zitzengummi 2 (13) eine ovale bzw. längliche Querschnittsform hat. Die einzelnen LED-Leuchteinrichtungen 10 blitzen dabei jeweils nur kurz für Bruchteile von Millisekunden auf, und die Umlauffrequenz des Aufblitzens der LED-Leuchteinrichtungen 10 erfolgt etwa im Bereich von 10 Millisekunden, um die für die Druckregelung der Pulskammern 4 notwendige zeitlich hochauflösende Detektion mit etwa 100 Hz präzise zu ermöglichen.
-
3 zeigt, wie in Abhängigkeit mit der Alterung der Zitzengummis 2 die Querschnittsform der Zitzengummis 2 im kraftfreien Zustand immer mehr oval bzw. länglich wird. Die hier angegebenen 1575 Betriebsstunden entsprechen der vom Hersteller angegebenen Lebensdauer der hierbei vermessenen Zitzengummis 2. Dabei wurden 48 Zitzengummis 2 in einem Milchviehbetrieb bei der normalen Melkung eingesetzt und zu den angegebenen Zeitpunkten vermessen. Die Abbildung in 3 ist dabei eine graphische Approximation an die überlagerten Querschnittsformen jeweils aller 48 Zitzengummis 2 zum jeweils angegebenen Zeitpunkt.
-
4 zeigt ein Melkpulsationsdiagramm, d. h. ein Diagramm des Drucks in den Pulskammern 4 in Abhängigkeit von der Zeit innerhalb eines Pulszyklus, bei dem vier Phasen unterschieden werden können, eine Öffnungsphase (a) 15, in der der Pulskammerdruck auf den zur Herstellung einer kreisrunden Zitzengummi-Querschnittsform notwendigen Unterdruck verringert wird, wodurch sich der biegeelastische Zitzengummi 2 öffnet, eine offene Phase (b) 16, in der der Zitzengummi 2 geöffnet ist und die Milch aus der Zitze 1 gesaugt wird, eine Schließphase (c) 17, in der der Pulskammerdruck nur auf den zum vollständigen Verschluss des biegeelastischen Zitzengummis 2 notwendigen Druck erhöht wird, und eine geschlossene Phase (d) 18, in der die Zitze 1 mechanisch zusammengequetscht und der Milchgang dadurch verschlossen ist. Zu unterscheiden ist hier auch die Saugphase des Melkprozesses bei geöffneten Zitzengummis 2 von der Entlastungsphase bei geschlossenen Zitzengummis 2. Dieser gesamte Pulszyklus dauert üblicherweise etwa 1 Sekunde.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Milchzitze des Milchvieh
- 2
- Zitzengummi
- 3
- Melkbecher
- 4
- Pulskammer
- 5
- Pulsator
- 6a
- Unterdruckleitung
- 6b
- Saugleitung
- 7
- Melkvakuumpumpe
- 8
- Pulskammer-Vakuumpumpe
- 9
- elektronische Verarbeitungs- und Steuereinheit
- 10
- LED-Leuchteinrichtung
- 11
- Fotosensor
- 12
- Zitzengummi mit kreisrunder Querschnittsform im Querschnitt
- 13
- Zitzengummi mit ovaler Querschnittsform im Querschnitt
- 14
- Bereich der LED-Licht-Abschattung
- 15
- Öffnungsphase (a) des Pulszyklus
- 16
- Offene Phase (b) des Pulszyklus
- 17
- Schließphase (c) des Pulszyklus
- 18
- Geschlossene Phase (d) des Pulszyklus
- 19
- Milchauffangbehälter
-
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 69613578 [0003]
- WO 1993014625 [0004]
