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Vacuum measurements during milking as a tool for assessing the interac- tion between the liner and the teat

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Academic year: 2022

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Vacuum measurements during milking as a tool for assessing the interac- tion between the liner and the teat

Morten Dam Rasmussen

University of Aarhus, Department of Engineering, DK-8000 Aarhus, Denmark

A milking-time test is a test made on a milking machine during milking of live animals (ISO 3918, 2007). This test is often more complicated to perform than dry and wet tests and re- quires specialized measuring equipment. Measurement of vacuum in the milking unit during milking is one of the options for fault detection of milking procedures and milking equipment during milking. Some simple guidelines for connectors, sensors and sample rates have to be followed and then give the opportunity for smart software to present milking related problems and analysis.

REINEMANN et al. (2005) give an overview of how the milking procedure may be evaluated. It is quite clear from this paper that it is very important to catch interactions between the cow, the operator and the milking equipment. Vacuum measurements during milking can be made with or without a technician present. Operators may give less attention to their habits if a technician is not present at milking, but this procedure makes higher demands on the evalua- tion program if misinterpretations should be avoided. The presence of a technician during milking can ensure that the test equipment is functioning correctly and that additional obser- vations can be added to the vacuum traces. This is often a good educational way to start a conversation about changes of incorrect habits.

There can be several reasons for carrying out a milking time test, the main reasons being problems with udder health, teat condition, cow behaviour, milk yield or milk out, but some also use the test to check the functionality of the milking installation or as training of new milkers (operators). The objective of this paper was to give some guidelines for interpretation of vacuum measurements done during milking and especially to the interaction between the liner and the teat.

Requirements of test equipment

Requirements of test equipment for measuring vacuum changing over time are given in para- graph 4.3 of ISO-6690 (2007). These requirements are based on RASMUSSEN ET AL. (2003) where information can be found about connectors, test of response rates, and recommended sampling rates. A connector of 2 mm inner diameter, a connecting tube of 2 mm inner diame- ter and length not more than 1 m and a vacuum sensor with a small internal volume will satis- fy the requirement for response rate (2500 kPa/s). Measurements at wet locations should be done using the shortest possible connecting tubes to avoid drawing liquid into the measure- ment system, and the connection fittings should be cleared of liquid immediately before tak- ing measurements. The inner diameter of connections and the way they are mounted to any part of the milking machine that carries liquid should be such that the connecting fittings and tubes allow liquid to drain freely. Measurements made in the short milk tube should be made with fittings that are flush with the internal surface and as close as possible to the liner end of

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11 the SMT. It is good practice to bleed connectors in wet areas in between milking of individual cows if a technician is present during the measurement.

Table 1. Requirements for sample and response rate at different measuring locations.

Type of test Minimum Sample

Rate (Hz)

Minimum Response Rate (kPa/s) Tests in the receiver and in dry parts of the milk-

ing machine

24 100

Test of pulsators 100 1,000

Wet or milking-time tests in the milkline 48 1,000

Wet or milking-time tests in the claw 63 1,000

Wet or milking-time tests in the short milk tube 170 2,500 Milking-time test of vacuum changes in the SMT

during a liner slip

1,000 22,000

Milking-time test of vacuum changes in the SMT during a liner squawk

2,500 42,000

In order to extract the most from vacuum measurements during milking I recommend that measurements should be done in the short milk tube (or claw), short pulse tube, and mouth- piece chamber of at least one milking unit. Preferable more than one mouthpiece chamber should be measured (a front and a rear teat). An example of vacuum measurement during milking is given for one cow in Figure 1.

Measurement in the milkline and receiver

Measurements in the milkline or receiver during milking will give an indication of the flow capacity of the milkline in relation to the load. We expect that milking vacuum is kept stable throughout milking. Fluctuations in the vacuum will be due to under-sizing, high flow rates, excessive air inlets or too little slope. Sudden drops of 5 kPa or more in milkline vacuum are almost non-existent for well-sloped pipelines of adequate capacity. For parlours with milklines that meet minimum guidelines for bore and slope, as specified in ISO 5707, the rates of vacuum changes appear to be much too slow to directly influence new infection rates (MEIN AND REINEMANN, 2015). The number of vacuum drops in the milkline exceeding a limit of about 5 kPa seems to be a good indicator of the milkline vacuum stability.

Measurements at the teat end or in the claw

Measurements at the teat end are normally carried out by inserting the connector to the trans- ducer into the short milk tube. For liners with a short milk tube diameter of 11 mm or more vacuum fluctuations at the teat end, short milk tube or claw piece are virtually the same. Vac- uum traces in the short milk tube and in the claw will not be the same for liners with a diame- ter of 8 mm or smaller and differ most for high flow rates.

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Figure 1. Vacuum measurement during milking in the milkline (upper black curve), teat end (red), and mouthpiece chamber of left front (light green) and left rear (dark green). Overmilking of left front starts at mark 3 and at mark 4 for left rear.

Vacuum measurements at the teat end can be related to teat condition, cow behaviour, milk yield, machine-on time and udder health. High vacuum (>42 kPa) and especially during overmilking causes the teats to swell, may cause restless cows and can have a negative effect on the udder health. Vacuum peaks at the teat end being higher than the nominal vacuum may be seen for liners with small milk tube diameters or of systems with milklines placed below the cluster (especially basement setups). It becomes problematic if vacuum at the teat end exceeds pulsation chamber vacuum in which case the liner may have difficulties in opening.

The vacuum decay at cluster removal should stay within 0.5 to 5 s; a shorter time indicates a fall off and longer time that the air inlet in the claw is blocked.

Mouthpiece chamber (MPC) vacuum

Vacuum in the MPC declines as teats penetrate deeper into the liner (BORKHUS AND RØN- NINGEN, 2003). There is a marked change in MPC vacuum and fluctuations increase as over- milking starts on the teat being measured (Figure 1). We recommend measuring MPC vacuum of both a front and rear teat if possible in order to estimate the phases of overmilking. A trapped vacuum in the MPC at cluster removal increases the risk for reverse pressure gradi- ents across the teat canal (RASMUSSEN ET AL., 1994).

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13 A mouthpiece chamber vacuum equal to the teat end vacuum indicates that there is no seal between the liner barrel and the teat whereby teat end vacuum can pass to the MPC. This con- dition is caused by the use of a too wide liner barrel or too high MPC height in comparison with the teat length and diameter. Teats become congested during milking and the condition is related to poor udder health (RASMUSSEN,1997). It is recommended that the MPC vacuum should be at least 9 kPa lower than the teat end vacuum (RASMUSSEN ET AL.,1996). High MPC vacuum is associated with teat congestion (RASMUSSEN,1997) and is recommended to be <20 kPa during the peak flow period. NEWMAN ET AL. (1991) observed that cows being milked with an MPC vacuum >23 kPa appeared agitated and kicked more often at the cluster towards the end of milking.

One liner cannot fit all teats perfectly within a herd and consequently, some teats will seal the barrel fully and some will not be long enough to reach the collapsing point of the liner. MPC vacuum will generally be low and without fluctuations if teats seal too well whereas the short or very thin teats will experience a high and fluctuating MPC vacuum. It is important that the group of cows being measured is representative for the teat sizes of the herd, but since first lactation cows form the future of the herd, make sure that about half of the measured cows are young ones. Preferable at least 8 cows should be measured.

Short pulse tube

Vacuum measurements in the short pulse tube are important whenever an evaluation of other measuring sites is needed in relation to the pulsation phases. All pulsators should be checked ahead of a milking time test to ensure that they all perform equally and according to ISO 5707 (2007). A milking time test will only test one or maybe two pulsation chambers and cannot give a full overview of all pulsators.

References

Borkhus, M. and Rønningen, O. (2002) Factors affecting mouthpiece chamber vacuum in machine milking. Journal of Dairy Research 70:283-288.

ISO 3918. (2007). Milking machine installations - Vocabulary. Geneva, Switzerland, Interna- tional Standard Organisation. 41 pp.

ISO 5707. (2007). Milking machine installations – Construction and performance. Geneva, Switzerland, International Standard Organisation. 57 pp.

ISO 6690. (2007). Milking machine installations – Mechanical tests. Geneva, Switzerland, International Standard Organisation. 44 pp.

Mein, G.A. and Reinemann, D.J. 2015. Action of the teatcup and responses of the teat. Ma- chine Milking Vol 1. Amazon Books (www.amazon.com/books)

Newman, J.A., Grindal, R. and Butler, M.C. (1991). Influence of liner design on mouthpiece chamber vacuum during milking. Journal of Dairy Research 58:21-27.

Rasmussen, M.D., Frimer, E. S. and Decker, E.L., (1994). Reverse pressure gradients across the teat canal related to machine milking. Journal of Dairy Science 77:984-993.

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Rasmussen, M.D., Frimer, E.S. and Larsen, H.C., (1996). Dynamic testing during milking, an indicator of teat handling. In: J.W. Blum and R.M. Bruckmaier (eds.). Proc. Symp.

Milk synthesis, secretion and removal in ruminants. University of Bern, Vet.Med., Switzerland, 120.

Rasmussen, M.D., (1997). The relationship between mouthpiece vacuum, teat condition, and udder health. National Mastitis Council Annual Meeting 36:91-96.

Rasmussen, M.D., Reinemann, D.J. and Mein, G.A., (2003). Measuring Vacuum in Milking Machines. Bulletin of the International Dairy Federation 381:19-32.

Reinemann, D.J., Mein, G.A., Rasmussen, M.D. and Ruegg, P.L. (2005). Evaluating milking performance. Bulletin of the International Dairy Federation 396:1-23.

Deutschsprachige Übersetzung von A. Häußermann und G. Schlaiß

Vakuum-Messungen während des Melkens als Werkzeug zur Beurteilung der Interaktion zwischen Zitzengummi und Zitze

Eine Messung beim Melken ist eine Messung, die an einer Melkanlage während der Melkung von lebenden Tieren durchgeführt wird (ISO 3918, 2007; Anm. der Übersetzer: 2.12.3, DIN ISO 3918, 2010). Die Durchführung einer solchen Messung ist in der Regel komplizierter als Trocken- oder Nassmessungen und sie erfordert eine spezielle Messausrüstung. Das Messen des Vakuums im Melkzeug beim Melken stellt eine der Optionen dar, um Problembereiche in Melkprozess und Melktechnik während des Melkens zu erkennen. Wenn einige einfache Richtlinien für Anschlussstücke, Sensoren und Messfrequenzen beachtet werden, besteht die Möglichkeit, mit dem Melkvorgang verbundene Probleme und Analysen mit intelligenter Software zu präsentieren.

REINEMANN et al. (2005) geben einen Überblick darüber, wie der Melkablauf ausgewertet werden kann. Die Veröffentlichung verdeutlicht, dass es sehr wichtig ist, die Interaktionen zwischen der Kuh, dem Melker und der Melktechnik mit einzubinden. Vakuummessungen beim Melken können prinzipiell mit oder ohne Anwesenheit eines Technikers durchgeführt werden. Wenn kein Techniker beim Melken anwesend ist, achten die Melker potentiell weni- ger auf ihre Gewohnheiten. Um Missverständnisse zu vermeiden, sind hier jedoch auch die Anforderungen an das Auswerteprogramm höher. Ist ein Techniker beim Melken dabei, kann dieser die korrekte Funktion der Messtechnik sicherstellen und zusätzliche Beobachtungen zu den Vakuumverläufen ergänzen. Diese Vorgehensweise ist mitunter ein guter pädagogischer Ansatz, um eine Diskussion über inkorrekte Gewohnheiten und deren Änderung zu beginnen.

Es kann mehrere Gründe dafür geben, dass Messungen beim Melken durchgeführt werden.

Die Hauptgründe sind einerseits Probleme mit der Eutergesundheit, der Zitzenbeschaffenheit, dem Verhalten der Kühe, der Milchleistung oder dem Ausmelkgrad. Andererseits kann die Messung genutzt werden, um die Funktionalität der Melkanlage zu überprüfen oder um neues Melkpersonal auszubilden. Die Zielsetzung dieser Veröffentlichung war es, Leitlinien für die Interpretation von Vakuum-Messungen während des Melkens zu geben und dies speziell im Hinblick auf die Interaktion zwischen Zitzengummi und Zitze.

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15 Anforderungen an die Messtechnik

Die Anforderungen an die Messtechnik für zeitabhängige Vakuumänderungen sind in Para- graph 4.3 der ISO 6690 (2007) (Anm. d. Übersetzer: DIN ISO 6690, 2010) festgelegt. Diese Anforderungen basieren auf den in RASMUSSEN et al. (2003) genannten, mit Informationen zu Verbindungsstücken, Überprüfung von Reaktionsraten sowie empfohlenen Messfrequen- zen. Die Anforderung an die Reaktionszeit (2.500 kPa/s) werden durch ein Verbindungsstück mit einem Innen-Durchmesser von 2 mm, einen Verbindungsschlauch mit einem Innen- Durchmesser von 2 mm und einer maximalen Länge von 1 m sowie einen Vakuumsensor mit geringem Innenvolumen erfüllt werden. Um zu vermeiden, dass Flüssigkeit in das Mess- System gesogen wird, sollten Messungen in nasser Umgebung mit möglichst kurzen Verbin- dungsschläuchen durchgeführt werden,. Die Verbindungsstücke sollten zudem unmittelbar vor der Messung von Flüssigkeit befreit werden. Der Innen-Durchmesser der Verbindungs- stücke sowie die Art und Weise, wie sie an die verschiedenen Bauteile der Melkanlage ange- baut sind, sollte so sein, dass Flüssigkeit frei abfließen kann. Messungen im kurzen Milch- schlauch (SMT Short Milk Tube) sollten mit Fittings durchgeführt werden, die mit der inne- ren Oberfläche bündig sind, und so nahe wie möglich am Zitzengummi durchgeführt werden.

Es ist gute Praxis, die Verbindungsstücke jeweils zwischen dem Melken einzelner Kühe aus- zublasen, sofern ein Techniker bei den Messungen zugegen ist.

Tabelle 1: Anforderungen an Messfrequenz (Abtastfrequenz) und Reaktionszeit (Ansprechgeschwindig- keit) an den verschiedenen Messpunkten

Art der Prüfung Mindestab-

tastfrequenz (Hz)

Mindestansprech- geschwindigkeit (kPa/s)

Prüfungen im Milchabscheider und in den trockenen Tei-

len der Melkanlage 24 100

Prüfung der Pulsatoren 100 1.000

Nassmessungen oder Messungen beim Melken in der Melk-

leitung

48 1.000

Nassmessungen oder Messungen beim Melken im Sam- mel-

stück

63 1.000

Nassmessungen oder Messungen beim Melken im kurzen

Milchschlauch (SMT) 170 2.500

Messung beim Melken von Vakuumänderungen im kurzen Milchschlauch (SMT) während des Abrutschens eines Zit-

zengummis 1.000 22.000

Messung beim Melken von Vakuumänderungen im kurzen Milchschlauch (SMT) während des Pfeifens des Zitzen-

gummis 2.500 42.000

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Um ein Maximum an Informationen aus den Vakuum-Messungen beim Melken zu ziehen, empfehle ich Messungen im kurzen Milchschlauch (oder Sammelstück), im kurzen Puls- schlauch, und im Zitzengummikopf bei mindestens einer Melkeinheit. Vorzugsweise sollte in mehr als einem Zitzengummikopf gemessen werden (eine Vorder- und eine Hinterzitze). Ein Beispiel für Vakuum-Messungen beim Melken für eine Kuh finden Sie in Abbildung 1.

Messungen in der Melkleitung und im Milchabscheider

Messungen beim Melken in der Melkleitung und im Milchabscheider geben einen Hinweis auf die Durchfluss-Kapazität der Melkleitung in Abhängigkeit der Auslastung. Wir erwarten, dass das Melkvakuum während des Melkens stabil gehalten wird. Vakuumschwankungen entstehen durch Unterdimensionierung, hohe Milchflussraten, exzessive Lufteinlässe oder ein zu geringes Gefälle der Melkleitung. Plötzliche Einbrüche von 5 kPa oder mehr im Melklei- tungsvakuum kommen bei Leitungen mit gutem Gefälle und adäquater Kapazität nahezu nicht vor. In Melkständen mit Melkleitungen, die die minimalen Anforderungen an Gefälle und Durchmesser entsprechend den Vorgaben der ISO 5707 erfüllen sind die Geschwindigkeiten der Vakuumänderungen deutlich zu langsam, um Neuinfektionsraten beeinflussen zu können (MEIN und REINEMANN, 2015). Die Anzahl der Vakuumeinbrüche in der Melkleitung, die 5 kPa überschreiten, scheint ein guter Indikator für die Vakuumstabilität in der Melkleitung zu sein.

Messungen am Zitzenende oder im Sammelstück

Messungen am Zitzenende werden normaler Weise durchgeführt, indem das Verbindungs- stück zum Sensor in den kurzen Milchschlauch eingebracht wird. Bei Zitzengummis mit ei- nem Durchmesser des kurzen Milchschlauchs von 11 mm oder mehr, sind die Vakuum- schwankungen an Zitzenende, im kurzen Milchschlauch oder Sammelstück nahezu gleich.

Vakuumverläufe im kurzen Milchschlauch und im Sammelstück sind nicht deckungsgleich, wenn der kurze Milchschlauch einen Durchmesser von 8 mm oder weniger hat. Die Abwei- chungen nehmen mit zunehmendem Milchfluss zu.

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17 Abbildung 1: Vakuum-Messungen beim Melken, in der Melkleitung (obere schwarze Linie), am Zitzenen-

de (rot) und im Zitzengummikopf, vorne links (hellgrün) und hinten links (dunkelgrün).

Blindmelken vorne links beginnt an Markierung 3 und hinten links an Markierung 4.

Vakuum-Messungen am Zitzenende können mit der Beschaffenheit der Zitze, dem Kuhver- halten, der Milchleistung, der Maschinenhaftzeit und der Eutergesundheit verknüpft werden.

Ein hohes Vakuum (> 42 kPa), speziell während des Blindmelkens, führt dazu, dass die Zit- zen anschwellen, die Kühe eventuell unruhig werden und ein negativer Effekt auf die Euter- gesundheit ist möglich. Vakuumspitzen am Zitzenende, die das nominale Vakuum überstei- gen, können bei Zitzengummis mit geringem Durchmesser des kurzen Milchschlauchs oder bei Melkanlagen, bei denen die Melkleitungen tiefer als das Melkzeug platziert sind (speziell bei KELLER-Installationen), auftreten. Dies wird dann problematisch, wenn das zitzenendige Vakuum das Vakuum im Pulsraum übersteigtwodurch der Zitzengummi Schwierigkeiten beim Öffnen haben kann. Die Zeitdauer für das Absinken des Vakuums bei der Melkzeugab- nahme sollte sich im Bereich von 0,5 s bis 5 s bewegen. Kürzere Zeiten weisen auf das Abfal- len eines Melkzeugs hin; längere Zeiten zeigen an, dass der Lufteinlass des Sammelstücks blockiert ist.

Vakuum im Zitzengummikopf (MouthPiece Chamber MPC)

Das Vakuum im Zitzengummikopf sinkt, sobald die Zitze tiefer in den Zitzengummi eindringt (BORKHUS und RØNNINGEN, 2003). Es gibt eine deutliche Veränderung in der Höhe des Kopfvakuums mit dem Beginn des Blindmelkens an der Zitze, an der gemessen wird. Gleich- zeitig nimmt die Höhe der Vakuumschwankungen im Zitzengummikopf zu (vgl. Abb. 1). Wir empfehlen, das Kopfvakuum sowohl an einer vorderen als auch einer hinteren Zitze zu mes-

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sen, um die Phasen des Blindmelkens bestimmen zu können. Ein zum Zeitpunkt der Melk- zeugabnahme im Zitzengummikopf vorhandener Unterdruck, der sich nicht oder nur verzö- gert abbaut, erhöht das Risiko, dass ein über den Zitzenkanal nach innen in Richtung der Zit- zenzisterne gerichtetes Druckgefälle („Reverse Pressure Gradient“) entsteht (RASMUSSEN et al., 1994).

Ist das Kopfvakuum auf demselben Niveau wie das zitzenendige Vakuum weist dies darauf hin, dass es zu keinem Formschluss zwischen Zitze und Zitzengummischaft kommt, wodurch sich das zitzenendige Vakuum bis in den Zitzengummikopf fortsetzen kann. Dies tritt dann auf, wenn Zitzengummis mit, in Relation zu Zitzenlänge und Zitzendurchmesser, zu weitem Schaft oder zu hohem Zitzengummikopf eingesetzt werden. Im Zitzengewebe kommt es dann zum Anstau von Flüssigkeit, was mit schlechter Eutergesundheit korreliert (RASMUSSEN, 1997). Es wird empfohlen, dass das Kopfvakuum mindestens 9 kPa niedriger ist als das zit- zenendige Vakuum (RASMUSSEN et al., 1996). Hohes Kopfvakuum verursacht einen An- stau von Flüssigkeiten im Zitzengewebe (RASMUSSEN, 1997), weshalb in der Phase mit dem höchsten Milchflusses ein Kopfvakuum < 20 kPa empfohlen wird. NEWMAN et al.

(1991) beobachteten, dass Kühe, die mit einem Kopfvakuum von > 23 kPa gemolken wurden, unruhiger waren und das Melkzeug gegen Melkende häufiger abschlugen.

Ein einziger Zitzengummi kann nicht perfekt zu allen Zitzen einer Herde passen. Dement- sprechend werden einige Zitzen den Zitzengummischaft komplett ausfüllen, wohingegen an- dere Zitzen nicht lange genug sein werden, um die obere Berührungsstelle (vgl. Bild 7 DIN 13918) des Zitzengummis zu erreichen. Das Kopfvakuum wird immer dann niedrig und ohne Schwankungen sein, wenn die Zitze den Zitzengummischaft zu gut versiegelt, wohingegen kurze und sehr dünne Zitzen einem hohen und stärker schwankenden Kopfvakuum ausgesetzt sein werden. Wichtig ist, dass die Kühe, an denen gemessen wird, repräsentativ für die Zitzen der Herde sind. Dabei darf jedoch nicht vergessen werden, dass die erstmelkenden Kühe die Zukunft der Herde darstellen. Deshalb sollte die Hälfte der geprüften Tiere erstmelkende Kü- he sein. Vorzugsweise sollte bei mindestens 8 Kühen gemessen werden.

Kurzer Pulsschlauch

Vakuum-Messungen im kurzen Pulsschlauch sind immer dann wichtig, wenn Messwerte und Verlaufskurven von anderen Messstellen in Relation zu den Pulsphasen gesetzt werden sollen.

Alle Pulsatoren sollten vor den Messungen beim Melken geprüft werden, um sicherzustellen, dass sie alle gleich und gemäß ISO 5707 (2007) (Anm. d. Übersetzer: DIN ISO 5707, 2010) funktionieren. Messungen beim Melken prüfen nur ein oder vielleicht zwei Pulsräume und können deshalb keinen vollständigen Überblick über alle Pulsatoren geben.

Abbildung

Table 1. Requirements for sample and response rate at different measuring locations.
Figure 1. Vacuum measurement during milking in the milkline (upper black curve), teat end (red), and  mouthpiece chamber of left front (light green) and left rear (dark green)
Tabelle  1:  Anforderungen  an  Messfrequenz  (Abtastfrequenz)  und  Reaktionszeit  (Ansprechgeschwindig- (Ansprechgeschwindig-keit) an den verschiedenen Messpunkten

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