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Robuste Sensoren für Tierhaltung und Viehzucht Präzision im Stall

02.11.2017

Die Automatisierungstechnik ist in der Tierhaltung auf dem Vormarsch. Feldgeräte müssen dort vor allem robust und schmutzbeständig sein, was bei Sensoren nicht auf Kosten der Genauigkeit und Messleistung gehen darf. Prädestiniert für diese Umgebung ist die Ultraschalltechnologie.

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Ultraschallsensoren erkennen praktisch alle Objekte, unabhängig von Form, Farbe, Konturen oder Material. Sie lassen sich weder von unregelmäßigen Oberflächen noch von Schmutz, Staub, Nebel oder Dämpfen irritieren. Sonnen- und Lichteinstrahlung haben keinen Einfluss auf das Schallsignal und die Messgenauigkeit. Der keulenförmige Sende- und Empfangsbereich des Sensors, die sogenannte Schallkeule, erfasst einen mehr oder weniger großen Bereich. So können auch die nicht genormten Konturen von Tieren zuverlässig detektiert werden.

Die Ultraschallwandler sind grundsätzlich unempfindlich gegen Feuchtigkeit, Spritzwasser und filmbildende Anhaftungen. Die schallemittierende Oberfläche des Sensors vibriert ständig mit hoher Frequenz, wodurch trockene und flüssige Anhaftungen gar nicht erst entstehen können, weil entsprechende Partikel abgeschüttelt werden. Filmbildende Anhaftungen, die sich nicht abschütteln lassen, beeinflussen die Funktion von Ultraschallsensoren nicht. Aufgrund dieser bauartbedingten Eigenschaften lässt sich die Ultraschalltechnologie in der Landwirtschaft praktisch unbeschränkt einsetzen. Das wird in den folgenden Anwendungsbeispielen deutlich. Pepperl+Fuchs bietet ein breites Portfolio von Ultraschallsensoren, welche die gesamte Breite der möglichen landwirtschaftlichen Anwendungen abdecken.

Ultraschallsensoren im Einsatz

Heu- und Strohernte: Heu und Stroh werden von den Erntemaschinen in quaderförmige Ballen oder in große zylindrische Rollen gepresst. Zum Schutz und zur Fixierung der Gebinde kommen Folien, Bänder oder Netze zum Einsatz. Während die Ballenpress­maschine über den Schwad fährt, also das bei der Kornernte zu einer Linie aufgeschichtete und auf dem Feld liegende Stroh, wird das eingesammelte Material kontinuierlich zu einem Ballen gepresst. Die Ballengröße wird dabei mit einem Ultraschallsensor erfasst.

Sobald der Ballen eine entsprechende Größe erreicht hat, löst der Sensor die Fixierung des Pressballens mittels Bändern, Folien oder Netzen aus. In der Presskammer ist es immer sehr staubig, die Außenfläche des Stroh- oder Heuballens ist naturgemäß unregelmäßig. Da die Schallkeule des Ultraschallsensors – zum Beispiel aus der Baureihe M 18, mit einer Reichweite von 800 mm – jedoch immer einen größeren Oberflächenbereich abdeckt, erfolgt automatisch eine Art Mittelwertbildung. Die Größe des Ballens wird so zuverlässig erfasst. Weitere Sensoren können den Vorrat an Folie oder Netzgewebe überwachen.

Füllstand im Futtersilo: Auch im Silo für Trockenfutter herrscht in der Regel eine staubige Atmosphäre, die Oberfläche des Füllpegels kann ebenfalls unregelmäßig sein. Hier ist ein Sensor mit großer Reichweite nötig. Das kann etwa ein Gerät der Baureihe UC6000-30GM (6 m) oder ein UC10000-F260 (10 m) sein. Der Füllstand wird kontinuierlich gemessen. Mit entsprechender Positionierung des Sensors im Silo und der Anpassung des Schallkeulendurchmessers werden kegel- und trichterförmige Abweichungen vom „Pegel“ ausgeglichen und eine stabile Messung realisiert. Der Ultraschallsensor sorgt mit dafür, dass die automatischen Futterverteilsysteme immer genügend Vorrat haben.

Futterverschiebe- und Reinigungsgeräte: In großen Ställen sind Futterverschieberoboter dafür zuständig, das Futter in einen für die Tiere erreichbaren Bereich zu befördern. Sie fahren vor den Gittern der Futterplätze hin und her und schieben die angehäufte Futtermasse näher zu den Tieren. Bei autark fahrenden Systemen sorgen Ultraschallsensoren dafür, während der Fahrt einen definierten Abstand zu den Gitterstäben einzuhalten. So wird ausreichend frisches Heu (wieder) nah genug zu den Tieren gebracht. Bei schienengeführten Systemen, die das Futter von oben verteilen, verhindern in Fahrtrichtung orientierte Ultraschallsensoren Kollisionen zwischen mehrere Einheiten, die auf derselben Schiene fahren. Die unvermeidliche Verschmutzung der Geräte erfordert eine regelmäßige Reinigung mit einem kräftigen Wasserstrahl. Die dort verwendeten Ultraschallsensoren der Baureihe UC2000-L2 vertragen auch solche robuste Reinigungsmethoden.

Ähnlich wie die autarken Futterverschiebegeräte funktionieren auch die Reinigungsroboter, die im Viehstall die Spaltböden von tierischen Exkrementen befreien. Auch bei ihnen verhindern Ultraschallsensoren die Kollision – in diesem Fall mit den Tieren und mit anderen Hindernissen. Für sie gilt in noch stärkerem Maß die Forderung der Reinigungsfähigkeit, die von verschiedenen Baureihen der Ultraschallsensoren von Pepperl+Fuchs erfüllt wird.

Zitzendesinfektion, Melkstation: In automatischen Melkstationen können Ultraschallsensoren verschiedene Funktionen ausfüllen. Sie erkennen, dass eine melkbereite Kuh sich in Melkposition befindet und lösen die daraus folgenden Schritte aus. In der maschinellen Eutervordesinfektion verhindert ein Sensor, dass der Roboterkopf mit den Hinterbeinen der Kuh kollidiert. Das gleiche gilt für die automatische Zuführung der Melkbecher. Schließlich übernehmen Ultraschallsensoren auch die Füllstandsmessung in den Milchtanks.

Für solche Anwendungen, bei denen Vorschriften des Lebensmittelrechts gelten, werden Ultraschallsensoren im hygienischen Design verwendet. Hier sind Sensoren der Baureihen UMB800 oder UMC3000 besonders gut geeignet, die mit einer Vollverkapselung aus Edelstahl ausgerüstet sind und über alle für Hygiene-Anwendungen notwendigen Zertifikate verfügen. Sie sind voll reinigungsfähig und auch gegen Desinfektionsmittel resistent.

Fellreinigung: Das Wohlbefinden der Tiere ist nicht nur tierschutzrechtlich gefordert, es wirkt sich auch auf ihre Gesundheit und Produktivität aus. Deshalb setzen moderne Viehbetriebe verstärkt auf die Vorzüge von „Kuh-Wellness-Maschinen“. Dabei handelt es sich um motorisch angetriebene Bürsten, die das Fell der Kühe säubern und zudem mit sanftem Kratzen und Massieren für das Wohlbefinden der Tiere sorgen.

Die Tiere können diese Geräte selbsttätig nutzen und in Gang setzen. Damit die Motoren nur dann laufen, wenn dies auch nötig ist, liefern Ultraschallsensoren die Signale zum An- und Abschalten. Sie erkennen unabhängig von Größe und Fellfarbe, wenn ein Tier sich nähert, am Gerät verbleibt und sich wieder entfernt. Dadurch werden der Stromverbrauch und der Motorenverschleiß im Vergleich zum dauerhaften Betrieb reduziert, und der tierische Luxus bleibt bezahlbar. Für diese Anwendung kommen, je nach Tiergröße und Maschinenkonfiguration, unterschiedliche Sensortypen in Frage.

Variabel abstimmbare 
Schallkeule

Für alle Geräte und Einsatzarten gilt: Größe und Form der Schallkeule können auf die Anwendung abgestimmt werden. So vermeidet man störende Reflexionen und Fehlschaltungen. Je nach Gerät und Ausführung kann die Parametrierung direkt am Sensor oder mithilfe von Softwaretools durchgeführt werden. Eine hohe Signaldichte und passende Schnittstellen erlauben die detaillierte Visualisierung und Auswertung der Messdaten für einen optimierten automatischen Betrieb.

Bildergalerie

  • Für jede Anwendung hat Pepperl+Fuchs einen Ultraschallsensor in seinem Portfolio.

    Bild: Pepperl + Fuchs

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