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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Maschinenmelken für einen
Milchwirtschaftsbetrieb und insbesondere ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Erfassen von Einlageschlüpfen während des Maschinemelkens,
das heißt,
wenn die Einlage an der Zitze eines Tieres aufgrund von Luftentweichen über die Zitze
und die Einlage hinausrutscht.
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Beschreibung
des Standes der Technik und Hintergrund der Erfindung
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In
der modernen Milchwirtschaftsindustrie gibt es fortgesetzte Forschungs-
und Entwicklungsaktivitäten,
um die Wirksamkeit von Melkmaschinen zu verbessern, die unter anderem
eine gesteigerte Milchausbeute und reduzierte Melkzeit einschließen, während weiter
eine gute Eutergesundheit aufrechterhalten wird.
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Einer
dieser Parameter in jeder Hinsicht ist die Anwesenheit von Einlageschlüpfen. Diese
Schlüpfe, die
gelegentlich auftreten, können
eine Steigerung des Auftretens von Euterinfektionen bewirken, was
zu einer verschlechterten Milchqualität führt. Außerdem erzeugen viele Einlageschlüpfe ein
irritierendes Geräusch
und, wenn der Schlupf groß ist,
kann die Melkausrüstung
auch von dem Tier abfallen. Deshalb sollte die Melkausrüstung ausgebildet
sein, so wenige Einlageschlüpfe
wie möglich,
und bevorzugt überhaupt
keine Einlageschlüpfe
einzubringen. Folglich wird die Anzahl von Einlageschlüpfen während der
Entwicklung und des Testens verschiedener Ausrüstung überwacht.
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Manuelles
Zählen
von Einlageschlüpfen
durch Zuhören
des Geräusches,
das diese bewirken, wurde in Testbetrieben durchgeführt, aber
ein derartiges Verfahren ist zeitraubend, laborintensiv, teuer und
zu einem bestimmten Grad unzuverlässig, da man sich auf die menschliche
Wahrnehmung zu verlassen hat.
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Bemühungen wurden
unter Verwendung verschiedener Ansätze unternommen, um das Problem
des Fehlens eines zuverlässigen
Einlageschlupfmesssystems zu lösen.
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Messen
eines erhöhten
Luftstroms durch das System als eine Messung des Grades eines Einlageschlupfes
ist offenbart durch G.A. Mein et al. in "Air leakage past the teat and teatcup
liner during milking",
Aus. J. Dairy Tech., März
1973 und durch E.J. O'Callaghan
in "Measurement
of liner slips, milking time and milk yield", J. Dairy Sci. 79:390, 1995. Ein Einlageschlupf
wurde von O'Callaghan
als ein Lufteinlass größer als
35 l/min definiert. Nachteile, die mit diesem Verfahren assoziiert
sind, schließen
u. a. zeitaufwendiges Rekalibrieren während der Messung und das Erfordernis
einer voluminösen
Ausrüstung
ein.
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Messen
des Unterdruckabfalls in dem Greifer wurde von S.B. Spencer und
C. Volz in "Measuring
milking machine liner slips",
J. Dairy Sci. 73:1000, 1989, vorgeschlagen. Sie empfohlen einen
Unterdruckabfall von 8 kPa in weniger als 0,25 Sekunden als ein
Kriterium für
einen Einlageschlupf. Im Anschluss an einen erfassten Einlageschlupf
war der Detektor für
5 Sekunden blockiert, um nachfolgende Fluktuationen, die auftreten
können,
als keinen weiteren Einlageschlupf zu erfassen. Dieser Ansatz kann
allerdings nicht immer einen adäquaten
Schutz vor mechanischer Beschädigung
der Messausrüstung
bereitstellen; beispielsweise werden externe elektrische Verbindungskabel
zu dem Greifer benötigt,
was weiter zur Folge hat, dass sie langfristig nicht zufrieden stellend
arbeitet. Der Ansatz setzt auch Einschränkungen für die Größe des einzusetzenden Sensors.
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Ein ähnliches
Messsystem ist auch in der WO-A-96/17509 offenbart.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Folglich
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
Erfassen von Einlageschlüpfen
in einer Melkmaschine bereitzustellen, die für jede Melkeinheit ein Greifelement
und ein Bündel
von Zitzenschalen aufweist, die mit dem Greifelement verbunden sind,
wobei jede Zitzenschale einen Gehäusekörper und eine innere flexible
Einlage hat, die Einlage ein Mundstück und einen Körper aufweist,
wobei sich die Einlage durch den Boden des Gehäusekörpers als ein kurzer Melkschlauch
erstreckt und mit dem Greifelement und ferner über einen langen Melkschlauch
mit einer Quelle für
gleichmäßigen Unterdruck
verbunden ist, während
der ringförmige
Raum zwischen dem Gehäusekörper der
Zitzenschale und der Einlage der Zitzenschale mit dem Greifelement
durch einen Pulsschlauch und ferner mit einer Quelle pulsierenden
Unterdrucks verbunden ist, was zumindest einige der vorstehend diskutierten
Probleme vermeidet.
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Es
ist in dieser Hinsicht eine bestimmte Aufgabe der Erfindung, ein
derartiges Verfahren bereitzustellen, dass wirksam, genau, zuverlässig, einfach
zu installieren und zu warten und insbesondere preiswert ist.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, das Verfahren in der
Weise bereitzustellen, dass es einfach rekonfigurierbar ist, um
wechselnde Anforderungen zu berücksichtigen.
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Diese
Aufgaben unter anderen werden gemäß einem Aspekt der Erfindung
durch ein Verfahren nach Anspruch 1 erfüllt.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung
zum Ausführen
des Verfahrens gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung bereitzustellen.
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In
dieser Hinsicht ist es noch eine weitere Aufgabe der Erfindung,
in einem bestehenden Melkmaschinensystem integrierbar zu sein.
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Folglich
wird gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung nach
Anspruch 11 bereitgestellt.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum Erfassen von Einlageschlüpfen
in einem Melkmaschinensystem bereitzustellen, das für jede Melkeinheit
Zitzenschalen mit jeweils einem Gehäusekörper und einer inneren flexiblem
Einlage aufweist, die innere flexible Einlage ein Mundstück und einen
Körper
aufweist, wobei sich jede Einlage durch den Boden des entsprechenden
Gehäusekörpers erstreckt
und über
einen entsprechenden langen Melkschlauch mit einer Quelle eines
gleichmäßigen Unterdruckes
verbunden ist, während
der entsprechende ringförmige
Raum zwischen dem Gehäusekörper und der
Einlage mit einer Quelle eines pulsierenden Unterdrucks verbunden
ist, was die vorstehend genannten Eigenschaften aufweist.
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Folglich
wird gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren nach Anspruch
21 bereitgestellt.
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Schließlich ist
eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Ausführen des
Verfahrens gemäß dem dritten
Aspekt der Erfindung bereitzustellen, und deshalb wird eine Vorrichtung
nach Anspruch 25 bereitgestellt.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass, obwohl sein Sensor
stromabwärts
der langen Melkleitung(en) implementiert ist, er vor mechanischer
Belastung geschützt
ist und keine elektrischen Verbindungen oder dergleichen stromaufwärts zu diesem
Punkt benötigt
werden, was einen zuverlässigen
Betrieb derselben liefert.
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Weitere
Eigenschaften der Erfindung und Vorteile derselben werden aus der
folgenden, detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung
offenbar, die in den beigefügten
Zeichnungen gezeigt werden.
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Kurze
Beschreibung der Zeichnungen Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus
der detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung, die nachfolgend gegeben wird, und den beigefügten 1 bis 4 verstanden,
die lediglich beispielhaft sind und deshalb nicht einschränkend für die Erfindung
sind.
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1 zeigt
schematisch eine Vorrichtung zum Erfassen von Einlageschlüpfe gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
in einem Diagramm das Unterdruckniveau als eine Funktion der Zeit
während
eines typischen Einlageschlupfes, wobei verschiedene Erfassungskriterien
angezeigt werden, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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3 zeigt
in einem Diagramm Unterdruckniveaus, die während eines induzierten Einlageschlupfes an
verschiedenen Punkten in einer Melkmaschine gemessen wurden, in
der die vorliegende Erfindung angewandt werden kann.
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4 zeigt
vier Linienschreiberaufnahmen des Unterdruckniveaus in dem Greifer
der Melkmaschine während
des Auftretens von Einlageschlüpfen,
wobei alle als Einlageschlüpfe
durch die Einlageschlupferfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung erfasst wurden.
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Detaillierte
Beschreibung der Ausführungsformen
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In
der folgenden Beschreibung werden zum Zwecke der Erklärung und
nicht der Einschränkung
bestimmte Details ausgeführt,
beispielsweise bestimmte Hardware, Anwendungen, Techniken etc.,
um ein gründliches
Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu liefern. Es ist allerdings für einen
Fachmann offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung in anderen
Ausführungsformen
praktiziert werden kann, die von diesem bestimmten Details abweichen.
An anderen Stellen werden detaillierte Beschreibungen von bekannten
Verfahren, Protokollen, Vorrichtungen und Schaltung weggelassen,
um die Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht mit unnötigen Details
unverständlich
zu machen.
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Die
vorliegende Erfindung ist zur Erfassung von Einlageschlüpfen in
einer Melkmaschine anzuwenden, die üblicherweise für jede Tiermelkeinheit
ein Greifelement und ein Bündel
von vier Zitzenschalen aufweist, die mit dem Greifelement verbunden
sind. Jede Zitzenschale weist ein festes Gehäuse und eine innere flexible
Einlage auf. Diese Einlage weist ein oberstes Mundstück und einen
Körperteil
innerhalb des Gehäusekörpers auf.
Die Einlage erstreckt sich durch den Boden des Gehäusekörpers als
ein kurzer Melkschlauch. Diese Leitung ist mit dem Greifelement
verbunden und daher durch einen langen Melkschlauch mit einer Quelle von
gleichmäßigem Unterdruck.
Ein ringförmiger
Raum zwischen dem Zitzenschalengehäuse und der Zitzenschaleneinlage
ist mit dem Greifelement durch einen Pulsschlauch verbunden und
daher mit einer Quelle von pulsierendem Unterdruck. Eine Milchmessvorrichtung
bzw. ein Milchmesser kann an dem stromabwärtigen Ende des langen Melkschlauchs
befestigt sein.
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Zum
Melken werden die vier Zitzenschalen um die Zitzen des Tieres angeordnet
und das Einlagemundstück
jeder Zitzenschale über
jede entsprechende Zitze angebracht. Die Zitzenschalen werden während des
Melkens durch Adhäsion
in Position gehalten aufgrund des gleichmäßigen Unterdrucks, der zum
Melken angelegt ist. Der pulsierende Unterdruck, der zwischen der
Zitzenschaleneinlage und dem Gehäuse
angelegt wird, bewirkt, dass der Einlagekörper sich ausdehnt und wieder
zusammenzieht, um dadurch den Milchfluss durch eine Saugsimulation
zu fördern.
Nach der Vollendung des Melkens wird das Zitzenschalenbündel entweder
manuell oder durch eine automatische Vorrichtung von den Zitzen
des Tieres entfernt.
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Während des
Melkens können
die Einlagen an den entsprechenden Zitzen des Tieres aufgrund von Luftentweichen
an der Zitze und die Einlage vorbei rutschen. Dieses unerwünschte Phänomen, mit
Einlageschlupf bezeichnet, kann zu Euterinfektionen führen, siehe
beispielsweise J. O'Shea "Machine milking and mastitits", Bulletin of the
international dairy federation, 215, Sec 2, 1987. Wenn überdies
der Einlageschlupf groß ist,
kann die Zitzenschale von der Zitze abrutschen, was bewirken kann,
dass das gesamte Bündel
abfällt. Einlageschlüpfe treten
gewöhnlich
während
des Ende des Melkens auf, wenn die Zitze leer ist, und die Einlage rutscht
von der Zitze ab.
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Einlageschlüpfe steigern
den Luftstrom in das Melksystem, was einen Unterdruckabfall bewirkt.
Der Luftstrom wird mit der Milch gemischt, was zu einem turbulenten
Milchfluss führt,
wobei sich größere Fettpartikel
in kleinere Partikel aufteilen, was anschließend zu einer kürzeren Haltbarkeit
der frischen Milch führen kann.
Wichtiger ist allerdings, dass die turbulente Luft- und Milchtröpfchenmischung
gegen die Zitzenenden geschleudert werden kann und teilweise oder
vollständig
in den Zitzenkanal eindringt. Dadurch können Pathogene und andere Partikel
in gesunde Zitzen eingeführt
werden und eine Reizung oder Euterinfektion, eine sogenannte Mastitis,
bewirken.
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Der
Unterdruckabfall in der Einlage kann einen schnellen Fluss, bezeichnet
mit Querfluss, der Milch von der rutschenden Einlage in eine andere
Einlage bewirken, oder einen Fluss, bezeichnet mit Strahlausfluss, von
vermischter Luft und Milch von dem Greifer in Richtung der Zitzenspitze.
Diese Flüsse
können
weiterhin auf die Zitzen in einer ungewünschten Weise aufschlagen.
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Ein
Einlageschlupf kann als ein Schlupf aufgrund eines ziemlich großen und
schnellen Lufteinlasses definiert werden und sollte bevorzugt keine
geringen Lufteinlässe
einschließen,
die mehr oder weniger kontinuierlich an den Zitzen vorbei lecken
(näherungsweise
0,2 l/min), da diese letztgenannten Lufteinlässe weniger kritisch für die Zitzengesundheit
sind. Die vorliegende Erfindung ermöglicht anwenderdefinierte Einlageschlüpfe, die
geändert
werden können,
wie nachstehend diskutiert wird.
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Es
ist möglich,
den Einlageschlupf als einen Unterdruckabfall in dem System zu messen,
da dieser eine direkte Folge des erhöhten Luftstromes ist, den ein
Einlageschlupf bewirkt. Der Unterdruck in dem Melksystem ist allerdings
niemals konstant; er variiert aufgrund unterschiedlicher Faktoren.
Die Unterdruckfluktuationen können
in azyklische und zyklische Fluktuationen aufgeteilt werden, von
denen die zuerst genannten meistens durch Luftaufnahme in das System,
Transport der Milch und unterdimensionierte Melkinstallationen erzeugt
werden, und die letztgenannten werden durch Volumenwechsel unterhalb
der Zitzenspitzen als eine Konsequenz des Öffnens und Schließens der
Einlagen bewirkt. Die Größe der Fluktuationen
ist abhängig
von dem Milchfluss.
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Die
vorliegende Erfindung weist eine Vorrichtung zum Erfassen von Einlageschlüpfen auf,
die Vorrichtung weist einen Drucksensor, der stromabwärts des
langen Melkschlauchs zum kontinuierlichen oder unkontinuierlichen
Messen des Druckes in dem System stromabwärts des langen Melkschlauchs
angeordnet ist, und eine Erfassungseinrichtung auf, die mit dem
Sensor verbunden und ausgebildet ist, einen Einlageschlupf in Abhängigkeit
einer vorbestimmten Veränderung
in dem gemessenen Druck zu erfassen.
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1 zeigt
schematisch eine Ausführungsform
einer derartigen Vorrichtung zum Erfassen von Einlageschlüpfen. Die
Vorrichtung 1 weist einen Drucksensor oder Wandler 3 auf,
der an dem stromabwärtigen Ende
des langen Melkschlauchs (nicht gezeigt) angeordnet ist. Der Drucksensor 3 kann
ein Absolutdrucksensor sein, aber er ist bevorzugt ein Differenzialdrucksensor,
der die Differenz zwischen dem Druck innerhalb des langen Melkschlauchs
in der Nähe
von dessen stromabwärtigen
Ende und dem Druck außerhalb
des Melkschlauchs misst. Der Sensor kann ferner ein kapazitiver,
Deflektions- oder magnetischer Sensor sein, aber er ist bevorzugt
ein Piezowiderstandstransmitter, der in einer gerippten bündigen Blende
aus Stahl eingeschlossen ist, die mit einem nicht komprimierbaren
Medium, beispielsweise Siliziumöl,
gefüllt
ist.
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Der
Sensor 3 ist bevorzugt durch Verwendung eines T-Stückes aus
beispielsweise rostfreiem Stahl (nicht gezeigt) befestigt. Das T-Stück ist mit
seinem ersten Ende mit dem stromabwärtigen Ende des langen Melkschlauchs
verbunden und mit seinem zweiten Ende mit dem gleichmäßigen Unterdruck
verbunden montiert, beispielsweise über einen Milchmesser und weiteren
Schlauch. Der Drucksensor 3 ist an dem dritten Ende des
T-Stücks
durch eine Befestigungseinrichtung, beispielsweise eine Schraubenmutter,
befestigt.
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Der
Sensor 3 ist mit der Erfassungseinrichtung 5 über eine
elektrische Verbindung 7 verbunden und ausgebildet, ein
elektrisches Ausgabesignal, beispielsweise ein Spannungssignal 0–5V oder
ein Stromsignal 4–20
mA, bevorzugt im Wesentlichen proportional zu dem gemessenen Druck,
an die Erfassungsvorrichtung 5 zu übertragen. Die Erfassungsvorrichtung 5 weist üblicherweise
eine Mikrosteuerung mit geeigneter Software zum Erfassen von Einlageschlüpfen und
zur Kommunikation auf. Die Mikrosteuerung ist in der dargestellten Ausführungsform
mittels einer Verbindung 9 ferner mit einer Eingabe/Ausgabeeinrichtung
verbunden, beispielsweise ein PC 11 zum beispielsweise
Setzen von Parametern, und mittels einer Verbindung 13 mit
einer Hauptsteuerung 14 des Maschinenmelksystems zum Übertragen
der Anzahl der erfassten Einlageschlüpfe während des Melkens. In einer
alternativen Ausführungsform
können
die Eingabe/Ausgabeeinrichtung 9 und/oder die Erfassungseinrichtung 5 integrierende
Teile des Maschinenmelken-Hauptsteuersystems 13 sein. Die
Pfeile der Kommunikationsleitungen 7, 9, 13 zeigen
die Datenübertragungsrichtung
an.
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Als
nächstes
die 2 betrachtend, die das Unterdruckniveau als eine
Funktion der Zeit während
eines typischen Einlageschlupfes darstellt, werden die verschiedenen
erfindungsgemäßen Erfassungskriterien grafisch
angezeigt, die die Einlageschlupferfassungssoftware in der Erfassungsvorrichtung
anwenden kann. Das Vakuumniveau weist drei schnell folgende Unterdruckabfälle auf,
von denen jedoch die beiden letzteren dem Anfangseinlageschlupf
aufgrund der pulsierenden Arbeitsweise in dem System folgen. Die
letztgenannten Unterdruckabfälle sind
bekannt als Einlagequietschen (liner squawk) und sollten nicht als
Einlageschlüpfe
interpretiert werden.
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Die
Erfassungskriterien umfassen die folgenden, von denen alle bevorzugt
gleichzeitig angewendet werden können.
Die vorliegende Erfindung ist allerdings ausgerichtet, jedes einzelne
Kriterium sowie jede Kombination der Kriterien abzudecken.
- – Ein
Geschwindigkeitskriterium. Ein Einlageschlupf wird erfasst, wenn
ein Unterdruckabfall auftritt, der eine Druckabweichung gleich oder
größer als
einem vorbestimmten Wert aufweist. Dieses Kriterium kann schnelle
Einlageschlüpfe
von langsamen zyklischen und azyklischen Druckvariationen trenne.
Das Geschwindigkeitskriterium kann bevorzugt mit einem vorbestimmten
Druckanstieg, beispielsweise 5–15
kPa, während
einer kurzen Zeitdauer, beispielsweise 0,1–0,2 Sekunden, implementiert
werden.
- – Ein
Größenkriterium.
Ein Einlageschlupf wird erfasst, wenn ein Unterdruckabfall auftritt,
der eine Größe gleich
oder größer als
ein vorbestimmter Wert aufweist. Dieses Kriterium kann größere Lufteinlässe, die
bei Einlageschlüpfen
auftreten, von geringeren Luftmengen trennen, die mehr oder weniger
kontinuierlich an der Zitze vorbei einströmen. Das Größenkriterium kann bevorzugt
als ein vorbestimmter Druckanstieg, beispielsweise 5–15 kPa,
implementiert werden. Aus praktischen Gründen kann das Größenkriterium
umfassen, dass der vorbestimmte Druckanstieg während einer vorbestimmten Zeitdauer,
bevorzugt 0,5–1
Sekunde, aufzutreten hat, welche beträchtlich länger als die Zeitdauer ist,
die mit dem Geschwindigkeitskriterium assoziiert ist. Die Zeit sollte
lang genug gesetzt werden, um die vollständige Druckspitze zu erfassen.
- – Ein
Sperrzeit- bzw. Blockadekriterium. Im Anschluss an einen erfassten
Einlageschlupf ist das Erfassen während einer vorbestimmten Sperrzeit,
beispiels weise 5 Sekunden, blockiert, um Einlageschlüpfe von Einlagequietschen
zu trennen. Diese Sperrzeit bezieht ein, dass zwei erfasste Einlageschlüpfe stets
zeitlich um zumindest diese Zeit voneinander getrennt sind.
- – Ein
Hochdrucksperrkriterium. Wenn der gemessene Druck oberhalb eines
bestimmten Niveaus ist, wird das Erfassen blockiert. Dieses Kriterium
stellt sicher, dass kein Messen stattfindet, wenn kein Melken durchgeführt wird,
d. h. kein Unterdruck zugeführt
wird.
- – Ein
Sperrkriterium während
der Bündelbefestigung.
Die Erfassung ist weiterhin während
einer vorbestimmten Zeitdauer zur Bündelbefestigung blockiert.
Diese Sperrzeit kann durch eine Unterdruckzuführung, die durch den Sensor
gemessen wird, und zumindest für
eine Anzahl von Sekunden, beispielsweise 10 Sekunden, getriggert
werden. Dieses Kriterium trennt Einlageschlüpfe von schnellen und großen Unterdruckfluktuationen
während
der Bündelbefestigung,
bevor das Melken durchgeführt
wird.
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Die
Anzahl der erfassten Einlageschlüpfe
während
einer bestimmten Zeitperiode, insbesondere einer, die einem Melken
entspricht, wird bevorzugt in der Erfassungseinrichtung 5 akkumuliert,
woraufhin diese Anzahl an die Hauptsteuerung 14 zum Speichern
mit anderen Daten gesendet wird, die das Melken betreffen. Die Kriterien
werden gesetzt (und können
eingestellt werden) durch eine 2-Wege-Kommunikation
zwischen der Erfassungseinrichtung 5 und der Eingabe/Ausgabeeinrichtung 11.
Die verschiedenen Kriterien werden weiter unten in dieser Beschreibung
in Zusammenhang auf das Berichten über verschiedene Experimente
diskutiert, die sowohl im Labor als auch in der Anwendung durchgeführt wurden.
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Die
Ergebnisse der Experimente bezüglich
der Anordnung des Sensors in dem Melkmaschinensystem der erfindungsgemäßen Erfassungseinrichtung
werden verglichen mit anderen Anordnungen als nächstes diskutiert.
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Es
wurde experimentell herausgefunden, dass ein Einlageschlupf stets
als ein drastischer Abfall des Unterdruckniveaus in dem Greifer
erscheint. Deshalb wurden Experimente durchgeführt, um herauszufinden, wieweit
stromabwärts
in dem Melkmaschinensystem ein Unterdruckabfall aufgrund eines Einlageschlupfes
erfasst werden kann, da es bevorzugt ist, den Sensor soweit stromabwärts wie
möglich
anzuordnen.
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Die
Experimente wurden durchgeführt
in einem Stall mit 14 fischgrätförmig angeordneten Aufnahmeboxen
unter Verwendung wechselnder Pulsierung mit einer Pulsrate von 60
Pulsen pro Minute. Der Druck wurde gleichzeitig an drei verschiedenen
Punkten in dem System gemessen; in dem Greifer, an dem Ende eines normallangen
Melkschlauches gerade vor dem Einlass zu einem Milchmesser und in
dem oberen Teil des Milchmessers gerade hinter dem Einlass. Drei
Miniaturwandler mit Halbleitersensoren (Modell P10EZ von Viggo-Spectramed)
wurden verwendet. An dem Ende des langen Melkschlauchs wurde der
Sensor mit einer Spritze verbunden, die durch das Gummimaterial
eingefügt
wurde. Die Sensorsignale wurden aufgezeichnet und unter Verwendung
eines PCs mit geeignet ausgebildeter Software gesichert.
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Während des
Melkens von drei verschiedenen Kühen
wurden einzelne Einlageschlüpfe
durch Drücken
an der Zitze gerade oberhalb des Mundstücks induziert. Während eines
vierten Melkens trat ein wirklicher Einlageschlupf auf. Die Druckaufzeichnungen
von den vier Melkvorgängen
wurden im Detail studiert und die Anzahl der von dem normalen Unterdruckvariationen
unterscheidbaren Einlageschlüpfen
an dem Ende des langen Melkschlauches und in dem Milchmesser wurden
mit der Anzahl der in dem Greifer erkennbaren Einlageschlüpfe verglichen.
Beispiele der drei unterschiedlichen Unterdruckniveaus werden grafisch
in der 3 gezeigt.
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Die
Unterdruckabfälle
aufgrund der Einlageschlüpfe
wurden analysiert und die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 angegeben.
Jeder Einlageschlupf, der in dem Greifer erkennbar war, war auch
als ein Abfall in dem Unterdruckniveau an dem Ende des langen Melkschlauches
sichtbar. Dies war nicht stets der Fall in dem Milchmesser, in dem
nur 45–75
% der induzierten Einlageschlüpfe
erkennbar waren, die in dem Greifer gesehen wurden.
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Gemäß den Ergebnissen
wird gesehen, dass eine zuverlässige
Einlageschlupferfassungsvorrichtung ihren Sensor an dem Ende des
langen Melkschlauches angeordnet aufweisen kann. Es gibt viele Vorteile
bei der Anordnung eines Sensors an dieser Position anstatt in dem
Greifer; ein größerer Sensor
kann verwendet werden, der Sensor ist besser gegen mechanische Beschädigung geschützt und
es werden keine Drähte
zu dem Greifer benötigt.
Anordnen des Sensors in dem Milchmesser würde dieselben Vorteile liefern;
dies ist jedoch keine gute Alternative in der vorliegenden Konfiguration,
da einige der Einlageschlüpfe
nicht erfasst wurden. Unter anderen Umständen jedoch kann der Sensor
gleich gut in dem Milchmesser oder weiter stromabwärts angeordnet
werden.
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Tabelle
1. Anzahl der induzierten Einlageschlüpfe erkennbar in dem Greifer,
an dem Ende des langen Melkschlauches und in dem Milchmesser. Der
prozentuale Anteil der Anzahl der erkennbaren Einlageschlüpfe an den
beiden letztgenannten Punkten verglichen mit der Anzahl der erkennbaren
Einlageschlüpfe
in dem Greifer werden in den Klammern gezeigt.
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In
dem durchgeführten
Experiment waren die normalen Unterdruckvariationen in dem Greifer
zyklisch mit einer Periode von ungefähr 0,5 Sekunden. Die Größe der Fluktuationen
in dem Greifer ist abhängig
von dem Milchfluss; ein großer Milchfluss
ergibt eine Steigerung zu großen
Unterdruckvariationen, manchmal so groß wie 10 kPa. An dem Ende des
langen Melkschlauches sind die Variationen geringer und weniger
regelmäßig. Die
Größe der Variationen
war üblicherweise
geringer als 5 kPa, aber gelegentliche große Abfälle mit einer Größe von bis
zum 8 kPa konnten erkannt werden. Diese großen Unterdruckfluktuationen
konnten eine Abfallzeit von weniger als 0,2 Sekunden aufweisen.
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Die
Ergebnisse der Experimente, die die Effekte der Einstellungen der
erfindungsgemäßen Geschwindigkeits-
und Größenkriterien
auf die Ausführung
der Erfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung
betreffen, werden nachfolgend betrachtet.
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In
dem verwendeten Aufbau variierte das Unterdruckniveau an dem Ende
des langen Melkschlauches während
eines Melkens wie folgt.
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Bevor
das Melken gestartet wurde, wurde Unterdruck dem System angelegt,
aber der Eingang des langen Melkschlauches wurde zu dieser Zeit
durch eine Gummidichtung gesperrt. Deshalb wurden das Bündel und
der lange Melkschlauch auf Umgebungsdruck gehalten. Gerade bevor
das Bündel
befestigt wurde, öffnete der
Anwender die Gummidichtung (beispielsweise durch Drücken eines
Knopfes), wodurch Unterdruck an dem langen Melkschlauch und dem
Bündel
angelegt wurde. Wenn zwei verschiedene Unterdruckniveaus angewandt
wurden (ein niedriger, beispielsweise 33 kPa, zu Beginn und an dem
Ende des Melkens und ein höherer, beispielsweise
50 kPa, in dem mittleren Teil des Melkens), wurde der niedrigere
angelegt.
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Wenn
das Bündel
an dem Euter befestigt wurde, fiel das Unterdruckniveau mehrmals
aufgrund einer großen
Luftmenge drastisch ab, die in das System eindrang. Wenn das Bündel geeignet
befestigt war, stabilisierte sich das Unterdruckniveau und verblieb
bei einem niedrigen Niveau mit normalzyklischen Variationen.
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Das
höhere
Unterdruckniveau wurde danach angelegt, d. h. wenn der Milchfluss
einen bestimmten Grenzwert erreichte, beispielsweise 100–500 g/min.
Wenn keine Einlageschlüpfe
oder kein Herabfallen auftrat, blieb das Unterdruckniveau stabil
in normalen Variationen, bis der Milchfluss unter dem vorstehend
erwähnten Grenzwert
abfiel. An diesem Punkt wurde das Unterdruckniveau auf ein niedrigeres
Unterdruckniveau reduziert. Eine bestimmte Zeit nach dem Unterdruckwechsel
von hohem zu niedrigem Unterdruck trennte die Gummidichtung den
langen Melkschlauch von der Unterdruckzuführung, das Bündel wurde
automatisch gelöst
und das Unterdruckniveau in dem Bündel und dem langen Melkschlauch
fiel auf Umgebungsdruck ab.
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Um
zu verhindern, dass die Milch, die in dem Bündel nach der Entfernung verblieb,
auf den Boden ausläuft,
wurde wieder Unterdruck (beispielsweise das höhere Niveau) während einiger
weniger Sekunden angelegt und die Milch wurde ausgesaugt. Manchmal
gab es allerdings ein Ventil in dem Greifer, das verwendet wurde,
den Auslass zu dem langen Melkschlauch im Fall eines Abfalls zu
schließen.
Das verhinderte, dass Schmutz in den Milchtank gesaugt wurde. Wenn
dieses Ventil verwendet wurde, verhinderte es ebenso, dass die Milch
nach der Abnahme ausgesaugt wurde. Es wirkte als eine Dichtung zwischen
dem langen Melkschlauch und dem Greifer, so dass zwischen dem Melken
der Unterdruck in dem langen Melkschlauch verblieb, wohingegen in
dem Greifer Umgebungsdruck herrschte. Wenn das Ventil in der geöffneten
Position verriegelt wurde, fiel das Unterdruckniveau in dem langen
Melkschlauch nach ein paar Sekunden des Unterdrucks ebenfalls auf
Umgebungsdruck ab.
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Um
die Geschwindigkeits- und Größenkriterien
abschätzen
zu können,
wurden die Experimente mit verschiedenen, unterschiedlichen Einstellungen
durchgeführt,
deren Ergebnisse in Tabelle 2 gezeigt sind. Für die meisten Werte der Geschwindigkeits-
und Größenkriterien
funktionierte die Einlageschlupferfassungsvorrichtung ausgezeichnet.
Wenn niedrige Parameterwerte (5–6
kPa) ver wendet wurden, wurden normale Unterdruckvariationen als
Falsch-Positive erfasst, d. h. sie wurden inkorrekt als Einlageschlüpfe erfasst.
Das war nicht überraschend,
da es vorher gesehen wurde, dass normale Unterdruckvariationen in
dem Laboraufbau sehr groß waren.
Wie erwartet, ermöglichen
zu große
Parameterwerte nicht die Detektion von allen Lufteinlässen.
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Um
die Sperrung von weiteren Erfassungen nach dem Auftreten eines Einlageschlupfes
zu testen, wurde der Sperrzeitparameter verändert und es wurde vergewissert,
dass nach dem Erfassen eines Einlageschlupfes weitere Erfassung
während
der Zeitauswahl blockiert wurde.
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Tabelle
2. Labortestergebnisse der erfindungsgemäßen Einlageschlupferfassungsvorrichtung.
Die Anzahl der Einlageschlüpfe
als korrekt und inkorrekt für
unterschiedliche Einstellungen der Erfassungskriterien Geschwindigkeit
und Größe werden
gezeigt. Der prozentuale Anteil der Anzahl der korrekt erfassten
Einlageschlüpfe verglichen
mit der Anzahl der induzierten Einlageschlüpfe ist in den Klammern angegeben.
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Die
Einlageschlupferfassungseinrichtung wurde ebenfalls während vier
Melkungen in einem fischgrätförmigen Aufnahmeplatz
getestet. Verschiedene Kombinationen der Geschwindigkeits- und Größenkriterien wurden
getestet.
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Die
normalen Unterdruckvariationen waren viel kleiner als in dem Labor.
Parameterwerte gleich oder größer als
5 kPa in 0,2 Sekunden bzw. 5 kPa wurden ohne Erfassen eines Falsch-Positiven
verwendet, wenn sie aber weiter erniedrigt wurden, wurden einzelne
Normalunterdruckvariationen als Einlageschlüpfe erfasst. Für die angezeigten
Parameterwerte allerdings wurde der Übergang von hohem zu niedrigem
Unterdruck gelegentlich als Einlageschlupf erfasst. Folglich können diese Übergänge schneller
als 5 kPa in 0,2 Sekunden sein. Der Wert des Geschwindigkeitskriteriums
muss auf 6 kPa in 0,2 Sekunden erhöht werden, um zu vermeiden,
dass Unterdruckübergänge als
Einlageschlüpfe
erfasst werden.
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Der
Wert des Größenkriteriums
sollte höher
als der Unterdruckwert des Geschwindigkeitskriteriums sein. Deshalb
ist es nicht ideal, ein Geschwindigkeitskriterium von 6 kPa oder
höher in
0,2 Sekunden zu verwenden, da dies die Anwendermöglichkeiten einschränkt, geringe
Einlageschlüpfe
zu erfassen. Folglich sollte das Geschwindigkeitskriterium durch
Erniedrigen der Zeit, beispielsweise auf 0,1 Sekunden, anstatt durch
Erhöhen
des Druckwertes modifiziert werden.
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Das
Verwenden der Kriterien von 5 kPa in 0,1 Sekunden bzw. 5–8 kPa wurden
als optimale Werte herausgefunden. Wenn ein Geschwindigkeitskriterium
von 5 kPa in 0,1 Sekunden verwendet wird, ist das Risiko des Erfassens
von Unterdruckübergängen als
Einlageschlüpfe
sehr gering. Ein Größenkriteriumswert
von 7–8 kPa
vermeidet, normale Unterdruckvariationen als Einlageschlupf zu erfassen.
Sehr geringe Lufteinlässe
können
durch Verwenden dieser Parameterwerte vermisst werden, aber es geht
alles zurück
auf die subtile Frage, wie ein Einlageschlupf definiert wird. Das
Risiko des Erfassens normaler Unterdruckvariationen als Einlageschlüpfe ist
gesteigert, wenn der Größenkriteriumswert
erniedrigt wird.
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Die
vorgenannten numerischen Werte sind natürlich ausrüstungsabhängig und sollten deshalb lediglich
als illustrative Beispiele verstanden werden.
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Wenn
der Anwender sichergehen möchte,
dass keine normalen Unterdruckvariationen erfasst werden, sollte
der Größenkriteriumswert
weiter gesteigert werden, und wenn er wünscht, sehr genaue Messungen von
geringen Einlageschlüpfen
durchzuführen,
sollte die Größe der normalen
Unterdruckvariation an dem Ende des langen Melkschlauches (oder
irgendwo anders, wo der Sensor angeordnet ist) vorher bestimmt werden
und verwendet werden, wenn die Kriteriumswerte gesetzt werden.
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Schließlich zeigt 4 vier
Beispiele von Linienschreiberaufnahmen des Unterdruckniveaus in
dem Greifer der Melkmaschine während
des Auftretens von Einlageschlüpfen,
die alle als Einlageschlüpfe
durch die erfindungsgemäße Einlageschlupferfassungsvorrichtung
erfasst wurden.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung (nicht gezeigt) weist die Implementation
der Einlageschlupferfassungsvorrichtung in einem Melkmaschinensystem
auf, das von dem vorstehend beschriebenen System geringfügig abweicht.
Das Melkmaschinensystem weist hier für jede Melkeinheit Zitzenschalen auf,
die jeweils einen Schalenkörper
und eine innere flexible Einlage aufweisen, die innere flexible
Einlage weist ein Mundstück
und einen Körperbereich
auf, wobei jede Einlage durch den Boden der entsprechenden Schalenkörper sich
erstreckt und durch einen entsprechenden langen Melkschlauch mit
einer Quelle von gleichmäßigem Unterdruck
verbunden ist, während
der entsprechende ringförmige
Raum zwischen dem Schalenkörper
und der Einlage mit einer Quelle von pulsierendem Unterdruck verbunden
ist. Jeder lange Melkschlauch kann mit einem entsprechenden Abschalter
und Regulierventil verbunden sein und anschließend durch einen weiteren Schlauch
mit einem entsprechenden Milchmesser zum individuellen Messen der Milchausbeute
von jeder Zitze. Die Ausgabe von jedem Milchmesser ist bevorzugt
mit einem weiteren Milchmesser zum Messen des Gewichts der Milch
verbunden, was die gesamte Milchausbeute für alle Zit zen ergibt. Der Milchmesser
ist bevorzugt in einer mittleren Verbindung zu dem Milchaufnehmer
befestigt.
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Die
Einlageschlupferfassungsvorrichtung weist einen Drucksensor, der
stromabwärts
des langen Melkschlauchs (beispielsweise vor den Ventilen, zwischen
den Ventilen und den individuellen Milchmessern, oder nach den Milchmessern)
zum kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Messen des Druckes
in dem System stromabwärts
des langen Melkschlauches angeordnet ist, und Erfassungsmittel auf,
die mit dem Sensor verbunden und ausgebildet sind, einen Einlageschlupf
in Abhängigkeit
eines vorbestimmten Wechsels in dem gemessenen Druck zu erfassen.
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Bevorzugt
ist ein Drucksensor an dem Ende oder weiter stromabwärts jeden
langen Melkschlauches zum Messen des individuellen Druckes an dem
Ende jedes langen Melkschlauchs angeordnet, wobei die Erfassungsmittel
ausgebildet sind, einen Einlageschlupf in Abhängigkeit eines vorbestimmten
Wechsels in einen von jedem gemessenen Druck zu erfassen und die
rutschende Einlage durch Identifizieren des einen der jeweils gemessenen
Drücke
zu identifizieren.
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Die
Erfassungsvorrichtung kann andererseits implementiert sein, wie
an anderer Stelle in dieser detaillierten Beschreibung der Ausführungsform
beschrieben ist, beispielsweise mit den Erfassungseinrichtungen
ausgebildet zum Erfassen eines Einlageschlupfes, wenn der vorbestimmte
Druckwechsel ein Geschwindigkeitskriterium und/oder ein Größenkriterium
erfüllt.
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Zusammenfassend
wird ein zuverlässiges
und hoch qualitatives Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen
und Zählen
von Einlageschlüpfen
offenbart, die während
des Melkens bei der Verwendung verschiedener unterschiedlicher Melkmaschinen
auftreten.
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Die
Vorrichtung weist einen Drucksensor, der stromabwärts des
langen Melkschlauchs angeordnet ist, zum kontinuierlichen oder diskontinuierlichen
Messen des Druckes in dem System stromabwärts des langen Melkschlauchs,
und eine Erfassungseinrichtung auf, die mit dem Sensor verbunden
ist, die ausgebildet ist, Einlageschlüpfe in Abhängigkeit vorbestimmter Wechsel
des gemessenen Druckes zu erfassen.
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Die
Erfindung bietet unter anderem die folgenden Merkmale und Vorteile.
- – Die
Vorrichtung ist geeignet für
die extreme Umgebung, die eine Melkmaschine aufweisen kann. Der
am meisten ausgesetzte Teil der Vorrichtung ist der Unterdrucksensor,
der bevorzugt an dem Ende des langen Melkschlauchs angeordnet ist,
der in Kontakt mit der Milch, heißem Wasser und Waschzusatzmitteln
sein wird.
- – Es
gibt viele Vorteile bei der Anordnung eines Sensors an dieser Position
anstatt weiter stromaufwärts, beispielsweise
in dem Greifer; ein größerer Sensor
kann verwendet werden, der Sensor ist besser gegen mechanische Beschädigungen
geschützt
und es werden keine Drähte
zu dem Greifer benötigt.
Dies ermöglicht
insbesondere einen langfristigen Betrieb der Einlageschlupferfassungsvorrichtung.
- – Das
Verfahren ist vollständig
automatisch. Wurde das Messsystem einmal installiert, wird die Einlageschlupferfassung
ohne jeglichen weiteren Einfluss von dem Melkpersonal durchgeführt.
- – Die
Erfindung ermöglicht
eine automatische Dateneingabe an eine zentrale Datenbank des Maschinenmelksystems.
- – Die
Erfassung beeinträchtigt
nicht die Routine oder tägliche
Arbeit des Landwirts.
- – Der
Sensor wird zusammen mit dem Rest des Systems gereinigt.
- – Die
Vorrichtung ist einfach zu verwenden. Keine Kalibrierung der Vorrichtung
ist notwendig, wenn sie einmal installiert wurde, es sei denn, der
Nutzer wünscht
eine sehr genaue Messung von geringen Einlageschlüpfen auszuführen.
- – Die
Installation der Erfassungsvorrichtung schließt die Verbindung eines T-Stückes an
dem Ende des langen Melkschlauchs ein, die Verbindung von Kabeln
an ein Steuerboard und von dem Steuerboard zu einem Kommunikationssystem,
und Befestigen des Boardes an einer Wand oder dergleichen, diese
Aufgaben können
in einfacher Weise durch einen Techniker ohne spezielles Training
ausgeführt
werden.
- – Die
Vorrichtung bietet einen sehr flexiblen Betrieb, da sie in der Tat
dem Anwender ermöglicht,
einen Einlageschlupf durch Setzen verschiedener Kriterien zu definieren.
- – Die
Vorrichtung kann preiswert hergestellt werden.
- – In
der zuletzt erläuterten
Ausführungsform,
durch Anordnen eines Drucksensors an dem Ende jedes langen Melkschlauchs,
ist es möglich,
zu identifizieren, an welcher Zitzenschale der Einlageschlupf auftritt.
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Es
ist klar, dass die Erfindung in einer Vielzahl von Weisen variiert
werden kann. Derartige Variationen werden nicht als ein Abweichen
von dem Umfang der Erfindung betrachtet. Alle derartigen Modifikationen,
die einem Fachmann offenbar sind, sind vorgesehen, in dem Umfang
der beigefügten
Ansprüche
eingeschlossen zu sein.