Messung der Rutschfestigkeit und der Oberflächenbeschaffenheit von Laufflächen in Milchviehställen
Zwischen der Gestaltung von Laufflächen und der Klauenproblematik gibt es einen mittelbaren Zusammenhang. Den Haupteinfluss haben die Oberflächen der Laufflächen und deren Veränderungen im Laufe der Nutzungsdauer. Dies resultiert einerseits in mangelnder Rutschfestigkeit bei Belägen, die im weitesten Sinne aus Beton hergestellt sind und in zu hohem Klauenabrieb bei Laufflächen aus Gussasphalt. Auf beiden Materialien führt dies zu unterschiedlichen Klauen- und Gliedmaßenerkrankungen.
Die Problematik der Haltbarkeit von Laufflächenbelägen insbesondere die Gewährleistung einer ausreichenden Rutschfestigkeit aber gleichzeitig nicht zu rauen Oberfläche ist so alt wie der Laufstall selbst. Allerdings fehlen bis heute objektive Kenngrößen und einheitliche Messmethoden zur Beurteilung von Laufflächeneigenschaften.
Am Institut für Landtechnik und Tierhaltung wurde ein neues Verfahren zur Messung der Rutschfestigkeit und der Oberflächenbeschaffenheit von Laufflächen in Milchviehställen entwickelt. Mittels eines neuen Gleitreibungsmessgerätes und neuen Kenngrößen in Verbindung mit einem Lasermessverfahren ist eine differenzierte Beurteilung der Rutschfestigkeit in Abhängigkeit von der Laufflächenoberfläche möglich.
Die Problematik der Haltbarkeit von Laufflächenbelägen insbesondere die Gewährleistung einer ausreichenden Rutschfestigkeit aber gleichzeitig nicht zu rauen Oberfläche ist so alt wie der Laufstall selbst. Allerdings fehlen bis heute objektive Kenngrößen und einheitliche Messmethoden zur Beurteilung von Laufflächeneigenschaften.
Am Institut für Landtechnik und Tierhaltung wurde ein neues Verfahren zur Messung der Rutschfestigkeit und der Oberflächenbeschaffenheit von Laufflächen in Milchviehställen entwickelt. Mittels eines neuen Gleitreibungsmessgerätes und neuen Kenngrößen in Verbindung mit einem Lasermessverfahren ist eine differenzierte Beurteilung der Rutschfestigkeit in Abhängigkeit von der Laufflächenoberfläche möglich.
Zielstellung
Ein Ziel dieser Arbeit war es, sich bei der Gleitreibungsmessung am bestehenden Standard zur Prüfung der rutschhemmenden Eigenschaften von Industrie- und Werkstattböden zu orientieren und diesen mit entsprechenden Anpassungen hinsichtlich der Stalltauglichkeit, für die Prüfung von Laufflächen in Milchviehställen umzusetzen. Weiterhin sollten die Topografieeigenschaften der Laufflächen mit einem berührungslosen Messsystem erhoben, die bestehenden Kenngrößen zur Beschreibung der Rutschfestigkeit überprüft, bei Bedarf ergänzt sowie Zusammenhänge zwischen Oberflächeneigenschaften und Rutschfestigkeit hergestellt werden.
Material und Methoden
Insgesamt wurden 18 Betriebe mit Laufställen ausgewählt und in die Altersklassen < 3 Jahre und > 9 Jahre eingeteilt. In jeder Altersklasse befanden sich jeweils drei Ställe mit Laufflächen aus Gussasphalt, Beton und Spaltenboden. Pro Stall wurden jeweils 10 Messstellen untersucht, die anhand eines vorher festgelegten Schemas ausgewählt wurden.
Bisherige Kenngrößen zur Quantifizierung der Rutschfestigkeit von Laufflächen wie Haft- und Gleitreibungskoeffizient zeigten, verglichen mit den optisch erfassten Kenngrößen zur Charakterisierung von Oberflächeneigenschaften gewisse Schwächen. Daraufhin wurden aus den Verläufen der Gleitreibungskurven der verschiedenen Laufflächen die beiden neuen Messgrößen arithmetischer Spitze-Spitze Wert (müssa) und Anzahl positiver Amplituden (NPA) in Anlehnung an vergleichbare Messgrößen aus der Elektrotechnik bzw. der Oberflächenanalytik abgeleitet. Die Aussagekraft der beiden neuen Kenngrößen, insbesondere die des arithmetischen Spitze-Spitze Wertes, konnte je nach Laufflächenmaterial durch mittlere bis hohe, höchst signifikante Korrelationen mit den optisch erfassten Oberflächenkenngrößen untermauert werden. In Verbindung mit dem bisher genutzten Gleitreibungskoeffizienten bieten die beiden neuen Kenngrößen, die Möglichkeit die Rutschfestigkeit von Laufflächen unter Berücksichtigung der Oberfläche auch mit der Gleitreibungsmessung zu beurteilen. Dies stellt eine deutliche Verbesserung dar, da identische Gleitreibungskoeffizienten nun differenziert werden können.
Ergebnisse
Die Ergebnisse der Topografiemessung lieferten einen Beitrag zum Verständnis der Ursachen von abnehmender Rutschfestigkeit auf Beton- und Spaltenboden sowie zunehmender Rauheit von Gussasphaltlaufflächen. Denn die für die Rutschfestigkeit entscheidenden Reibungseigenschaften sind wie aus der Tribologie bekannt, in hohem Maße von der Oberflächenbeschaffenheit der Reibpartner (Klaue und Lauffläche) abhängig.
Die Ergebnisse der eigenen Untersuchung zeigten ebenfalls die Abhängigkeit der Laufflächeneigenschaften von der Oberflächenbeschaffenheit. Anhand der ermittelten Oberflächenmessgrößen ist es nun möglich, die Topografieeigenschaften der verschiedenen Laufflächenmaterial- und -altersklassen qualitativ und quantitativ zu beschreiben, einzuordnen und zu bewerten. Hierzu hat sich die Topografietiefe (St) zur Beschreibung des Merkmals Leere als eine zentrale Kenngröße herausgestellt. Eine weitere wichtige Kenngröße ist die Durchdringung mit dem maximalen geschlossenen Leerflächenanteil (cclm) zur Beschreibung der Abgeschlossenheit. Diese beiden Kenngrößen sind insbesondere bei rauen Laufflächen von großer Bedeutung. Aber auch die Feinheit muss bei diesen Böden berücksichtigt werden. Für besonders glatte Laufflächen hat sich das Oberflächenmerkmal Feinheit als ausschlaggebend herauskristallisiert. Eine aussagekräftige Kenngröße zur Quantifizierung dieses Oberflächenmerkmals ist die maximale Anzahl geschlossener Leerflächen (Nclm). Allerdings bedürfen diese Kenngrößen dringend einer Validierung in weiterführenden Arbeiten.
Ausblick
Hauptansatzpunkt in der Diskussion um die Verbesserung von harten Laufflächenbelägen ist eine Sicherstellung der Haltbarkeit der Oberflächentopografie über einen längeren Zeitraum. Dies muss durch den Einsatz von Bindemitteln und Zuschlagsstoffen erfolgen, die eine hohe chemische Resistenz aufweisen. Des weiteren ist eine hohe mechanische Resistenz der Zuschlagstoffe zu fordern. Die verwendeten Mineralien sollten einen hohen Polierwiderstand besitzen.
Für die praktische Prüfung auf landwirtschaftlichen Betrieben wird die Gleitreibungsmessung mit den neu definierten Kenngrößen als ausreichende Methode zur differenzierten Beurteilung der Laufflächeneigenschaften Rutschfestigkeit aber auch der Oberflächenbeschaffenheit angesehen. Für eine gezielte Materialprüfung zur Weiterentwicklung und Verbesserung von Laufflächenmaterialien kann die optische Topografiemessung sehr hilfreich sein.
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Übersicht: Rinder (Tierhaltung)
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