Ein Melkbecher, der ohne zitzenendiges Vakuum an der Kuhzitze hält

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1 Ein Melkbecher, der ohne zitzenendiges Vakuum an der Kuhzitze hält Ulrich Ströbel, Sandra Rose-Meierhöfer, Toni Luhdo, Andreas Schimmang, Reiner Brunsch 19. März 2015

2 Verbundprojekt MeMo (Melkprozess mit modellgetriebener Entwicklung von Verfahren und Anlagentechnik) PD Dr. habil. Sandra Rose-Meierhöfer, Dr. Ulrich Ströbel, Dr. Jürgen Wilda, Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam- Bornim e.v. (ATB) Prof. Dr. Matthias Holschneider, Dr. Udo Schwarz Diplom-Physiker Toni Luhdo, Universität Potsdam Roland Riegger, Andreas Schimmang, IMPULSA AG Foto: ATB Potsdam

3 Problemstellung Prinzip des Melkens seit ca.1903 unverändert Nutzungsdauer der Milchkuh nicht so lang wie gewünscht Melkvorgang strapaziert häufig das Zitzengewebe Melkzeugabnahme bei Maschinen mit Sammelstück erfolgt zentral, erst wenn das letzte Viertel leer ist Melkfunktion und Haltefunktion der Melkbecher nicht unabhängig regelbar Physikalische Haltekraft des Melkbechers am Kuheuter weitgehend unerforscht

4 Ziele des MeMo-Projektes Prozessoptimierung durch konstruktive Verbesserung am Melkbecher Halte- und Melkfunktion entkoppeln Integration eines MeMo-Prototypen in ein Melksystem

5 Stand der Technik Quelle: Rolf-Dieter Fahr, Gerhard von Lengerken, and Jörn Schmidt. Milcherzeugung. Deutscher Fachverlag GmbH, Seit ca. 1903, Zweiraummelkbecher (Hubert, Park, Gillies) 3-fach-Funktion des Vakuums am Melkbecher: 1) Milchentzug 2) Haften 3) Milchtransport Foto: Impulsa AG, Elsterwerda Melkbecherzwischenraum Melkbecherinnenraum Melkzeug mit Sammelstück

6 Entwicklung von Melkbecher und Melkverfahren (Vorentwürfe eine Auswahl) Technische Zeichnung: K. Schröter, U. Ströbel, ATB Potsdam

7 Entwicklung von Melkbecher und Melkverfahren (Vorentwürfe eine Auswahl) Technische Zeichnung: K. Schröter, U. Ströbel, ATB Potsdam

8 Entwicklung von Melkbecher und Melkverfahren Beschreibung der gewählten Konstruktionsvariante: Melkbecherhülse mit Rapid-Prototyping hergestellt Hülse enthält 2 Sitze für 2 Ringdichtungen Ringdichtungen sind aufblasbare Schläuche mit einem Einlassstutzen (siehe Abb. oben rechts) Schutzrecht DE im April 2012 gemeldet Foto: U. Stollberg, U. Ströbel, ATB Potsdam

9 Innovative Entwicklung des MeMo Melkbechers Fotos: U. Stollberg, U. Ströbel, ATB Potsdam

10 Innovative Entwicklung des MeMo Melkbechers Technische Zeichnung: T. Luhdo, K. Schröter, Uni Potsdam und ATB Potsdam

11 Film zur Funktion des MeMo-Melksystems Film: U. Stollberg, U. Ströbel, ATB Potsdam

12 Innovative Entwicklung des MeMo Melksystems Einbindung des MeMo-Melkbechers in die Herstellersoftware Fotos: U. Stollberg, U. Ströbel, ATB Potsdam 12

13 Ergebnisse der Arbeit mit dem MeMo-Prototyp

14 Geschwindigkeit v z (m/s) Physikalischen Analyse der Haltefunktion Die Lösung der Navier-Stokes Gleichungen für eine Strömung im Zwischenraum zweier konzentrischer Zylinder ergibt ein Strömungsprofil ähnlich dem zwischen zwei parallelen Platten v z (R i ) (R i2 R o2 ). R i R o v z <==> Radius Ri (m) Abbildungen: T. Luhdo, Uni Potsdam 14

15 Ergebnisse zur physikalischen Analyse Mit der partiellen Ableitung d. Strömungsprofils kann die Kraft (F) des hydrodynamischen Druckes berechnet werden Annahmen für Druckdifferenz ( p), Innenradius (R i ) & Außenradius (R o ) können aus Geometrie von Kunstzitze und Zitzengummi abgeleitet werden Kraft ist (analog zur Geschwindigkeit) maximal, bei optimalem Abstand zwischen (R i ) und (R o ) Bei gleicher Geometrie sorgt ein steigendes p für eine größere Kraft (und v z ) Konstruktive Konsequenz: Einbau Ringdichtungen => dadurch wird R o einstellbar <==> Abbildung: T. Luhdo, Uni Potsdam

16 Film: U. Stollberg, U. Ströbel, ATB Potsdam Film zur Funktion des MeMo-Melksystems

17 Material und Methode zur Haltefunktion Fotos: U. Stollberg, U. Ströbel, T. Luhdo, ATB-Potsdam und Uni Potsdam

18 Vakuum (kpa) Ergebnisse zur Haltefunktion - Beispielkurve Fall: Beide Ringdichtungen dauerhaft aufgeblasen ---- Anlagenvakuum ---- Vakuum im Milchschlauch ---- Vakuum im Pulsschlauch Zeit (ds) Milchschlauch Abbildung und Foto: T. Luhdo, U. Stollberg, U. Ströbel, Uni Potsdam und ATB Potsdam

19 Vakuum (kpa) Unterdruck (kpa) Ergebnisse zur Haltefunktion ---- Anlagenvakuum ---- Vakuum im Milchschlauch ---- Vakuum im Pulsschlauch Zeit (ds) Zeit (ds) Milchschlauch Pulsschlauch Abbildungen und Foto: T. Luhdo, U. Stollberg, U. Ströbel, Uni Potsdam und ATB Potsdam 19

20 Ergebnisse zur Haltefunktion Werte für selbstständiges Halten und Abfallen bei unterschiedlichen Ringdichtungseinstellungen aufgezeichnet FOLGE: Unterdruckbedarf für Haltepunkt stets größer als für Abfallpunkt A)Ringdichtung dauerhaft luftlos: Abfall bei 5,7 kpa B)Ringdichtung dauerhaft aufgeblasen: Kein Abfall C)Ringdichtung variieren periodisch zwischen luftlos und aufgeblasen: Kein Abfall, Notwendiger Haltedruck kleiner als in Fall B) C) = optimale & gewünschte Einstellung

21 Zusammenfassung und Ausblick

22 Zusammenfassung Vorteile der Nutzung des MeMo-Prototyps: Schnittstelle zwischen Tier- und Technik neu gestaltet Melk- und Haltefunktion getrennt einstellbar Melkbecher kann ohne Unterdruck an der Zitzenspitze lange am Euter hängen & mögliche Restmilch auffangen Melkfunktion nicht beeinträchtigt Nachteil: Höherer Herstellungsaufwand für das MeMo-Prototyp Melksystem

23 Ausblick Melkversuche im Praxisstall der brandenburgischen Versuchsanstalt Groß Kreutz (LVAT) auswerten Markteinführung des innovativen MeMo-Prototyps, zusammen mit dem Projektpartner wenn Funktion in Praxis belegt Prototyp kann eine Schlüsseltechnologie darstellen um tierfreundlicher zu Melken Kosten voraussichtlich geringer als bei Viertelabnahme Fotos: U. Stollberg, U. Ströbel, T. Luhdo, ATB-Potsdam und Uni Potsdam

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit gefördert durch die: aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages Foto: U. Stollberg, U. Ströbel, T. Luhdo, ATB-Potsdam und Uni Potsdam

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