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Quantitative und qualitative Dosiergenauigkeit von Flüssigfütterungsanlagen für Mastschweine

Quantitative and qualitative dosification accuracy of computer-controlled liquid feeding systems for growing pigs

Luft, Jürgen


pdf-Format: Dokument 1.pdf (7.474 KB)

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Flüssigfütterung , Dosiergenauigkeit
Freie Schlagwörter (Englisch): liquid feeding , dosification accuracy
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Tierernährung und Ernährungsphysiologie und Institut für Landtechnik
Fachgebiet: Agrarwissenschaften und Umweltmanagement
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 04.12.2008
Erstellungsjahr: 2008
Publikationsdatum: 14.01.2009
Kurzfassung auf Deutsch: Die Flüssigfütterung hat als teil- bis vollautomatisiertes Fütterungsverfahren in der
praktischen Schweinemast neben der Breifütterung und den Trockenfutterautomaten
ein weite Verbreitung gefunden.

Ziel der vorliegenden Dissertation war es, unter Einsatz geeigneter Probenahmeverfahren,
die Arbeitsqualität von Flüssigfütterungsanlagen hinsichtlich Mischgüte
und Dosiergenauigkeit nährstoffanalytisch zu bewerten.

In den einzelnen Untersuchungen wurden verschiedene Flüssigfutterrezepturen eingesetzt,
die sich in der Getreidekomponente (Gerste oder Gerste/Weizen) unterschieden.
Die Nährstoffanalytik umfasste neben Trockenmasse und Rohasche auch
Rohprotein und ausgewählte Mineralstoffe (Calcium, Phosphor, Kupfer und Zink).

Für die Misch- und Dosierversuche standen am Institut für Landtechnik der Justus-
Liebig-Universität zwei Flüssigfütterungsanlagen zur Verfügung, die abwechselnd an
ein fest installiertes Rohrleitungssystem angeschlossen werden konnten.

Die quantitative Dosiergenauigkeit wurde durch Wägung der an ausgewählten
Ventilen der Ringleitung ausdosierten Portionen für einen Bereich von 5 bis 60 kg
geprüft. Prüfmerkmale für diese quantitative Dosiergenauigkeit der Versuchsanlagen
waren mittlere Sollwertdifferenz, Variationskoeffizient und Dosierfehler. Diese
Merkmale variierten deutlich in Abhängigkeit von der Wahl der Versuchsanlage, des
Rührwerks, der Dosierstufe und der Ventilposition im Verteilsystem. Bei der
Ausdosierung von 5 kg lagen die Variationskoeffizienten zum Teil über 10%. Bei
höheren Dosierstufen (20 kg und mehr) wurden mit Ausnahme systematischer Überund
Unterdosierungen an speziellen Ventilpositionen Variationskoeffizienten und
Dosierfehler von unter 5% erreicht.

Zur Prüfung der qualitativen Dosiergenauigkeit wurden sowohl im Mischbehälter als
auch von den ausdosierten Portionen Proben gezogen. Für die Probenentnahme aus
dem Wiegemischbehälter von Flüssigfütterungsanlagen wurde ein wasserdichter
Probenmessstab mit fünf verschließbaren Probenkammern entwickelt und geprüft.
Dieser Stab ermöglicht nach Abschalten des Rührwerks eine Entnahme von getrennten
Proben über den gesamten Bereich der Futtersäule. Mit seinem Einsatz ließen sich
systematische Abweichungen in der Nährstoffverteilung (Rohnährstoffe, Mineralstoffe)
vom Bodenbereich bis zur Oberflächenschicht mit ausreichend hoher Präzision
nachweisen.

Für die Entnahme von repräsentativen Proben aus den zugeteilten Flüssigfutterportionen
wurden vier Probenahmeverfahren verglichen:

1. Becherhandentnahme (Schöpfmethode)

2. Entnahme mit einem speziell entwickelten kurzen Probenmessstab

3. Radprobenteiler, der Flüssigfutter während der Ausdosierung aus dem
fließenden Futterstrom auffangen soll

4. Laborprobenteiler, der Flüssigfutter in vergleichbare Teilmengen aufteilen
soll

Die Handentnahmeverfahren und der kurze Probenmessstab erwiesen sich als
geeignete Verfahren. Demgegenüber erwiesen sich Radprobenteiler und Laborprobenteiler
als ungeeignet für die Probenahme von Flüssigfutter.

Um im Anmischbehälter eine ausreichend homogene Verteilung der Nährstoffe, insbesondere
der Mineralstoffe, zu erzielen, war es zusätzlich zum laufenden Rührwerk
unerlässlich, über eine spezielle Bypassleitung das Flüssigfutter umzupumpen. Kurz
nach dem Anmischen des Flüssigfutters noch nachweisbare Unterschiede im
Trockenmassegehalt von Proben aus Boden- und Oberflächenschichten im
Mischbehälter gingen nach mehrstündiger Standzeit und erneutem Mischvorgang
deutlich zurück. Untersuchungen der Mischstabilität von Flüssigfutter mit
unterschiedlichem Futter-Wasser-Verhältniss von 1:2,8 bis 1:3,2 ergaben, dass
innerhalb von wenigen Minuten nach Unterbrechung des Mischvorganges nicht mit
erheblichen Entmischungen zu rechnen ist.

Die Prüfung der qualitativen Dosiergenauigkeit der Versuchsanlagen zeigte in den
verschiedenen Dosierversuchen bei variierter Anlagentechnik und Futterrezeptur für
verschiedene Nährstoffe systematische Konzentrationsverschiebungen entlang der
Dosierstrecke, vor allem bei Calcium und Zink.

Insgesamt lassen die beobachteten Schwankungsbereiche der untersuchten Rohnährstoffe
und Mineralstoffe in den ausdosierten Futterportionen aus der Perspektive
der Tierernährung die Schlussfolgerung zu, dass die Versuchsanlagen eine ausreichend
hohe qualitative Dosiergenauigkeit aufwiesen, um im Rahmen des physiologischen
Kompensationsvermögens der Tiere eine leistungsgerechte Nährstoffversorgung
sicherzustellen. Systematische Über- oder Unterdosierungen, wie sie in den Versuchen
auftraten, erfordern anlagentechnische Korrekturmaßnahmen.
Kurzfassung auf Englisch: Liquid feeding as a partially or fully automated technique has found a widespread
application in the feeding of growing-finishing pigs in addition to the use of dry and
gruel feeders.

The main goal of this dissertation was to evaluate the performance of liquid feeders
with respect to the accuracy and precision of mixing and dosing the feed blend.

The feed formulae used for a series of different studies were based on grain (barley or
barley plus wheat). Nutrient analyses included dry matter, crude ash, crude protein, and
selected minerals (calcium, phosphorus, copper and zinc).

For studying the quality of the mixing and dosing process, two different liquid feeding
units, which could be alternately connected to a stationary 250 m pipeline with 24
dosing valves, were installed at the Institute of Agricultural Engineering of the
University.
The accuracy and precision of dosing the liquid feed blends was assessed over the
range of 5 to 60 kg by weighing the feed portions collected at selected valves of the
pipeline and by taking samples for nutrient analysis. Test criteria were coefficient of
variation, deviation from the set dosage and dosing error (sum of the two former
measures). These criteria were significantly affected by the feeder system, the type of
stirrer in the mixing tank, and the valve position in the feed pipe.

The qualitative dosing quality (nutrient distribution) was tested by drawing feed
samples both from the weighing-mixing tank and from the feed portions at selected
valve positions. For taking samples of the liquid blend from the mixing tank, a
waterproof, stainless-steel sampling rod divided into five separate chambers was
developed and tested. This sampling device made it possible to take samples
simultaneously over the full vertical feed column in the mixing tank immediately after
the stirrer had been turned off. Thus, systematic differences in the distribution of
nutrients (crude nutrients and minerals) could be detected from the bottom to the top
layer of the liquid feed in the mixing tank with a sufficiently high precision.

For analysing the nutrient composition of the liquid feed portions delivered by the
valves, four different methods of sampling were compared:

1. Manual sampling with a square container (scooping method)

2. Sampling with a short one-chamber sampling rod

3. Wheel-mounted containers passing through the feed stream during the dosing
process

4. Laboratory sampler designed to divide fluid media into equal aliquots
Among these four methods, only the manual scooping and the short sampling rod
proved to be suitable procedures.

In order to obtain a sufficiently uniform nutrient distribution in the mixing tank, it was
necessary to circulate the liquid feed during the mixing step via a special by-pass pipe
in support of the stirrer rotation. Differences found in the dry matter content between
the top and bottom layers of the mixing tank shortly after mixing markedly diminished
after several hours of repeating the mixing process. Variation in the feed to water ratio
of 1:2.8 versus 1:3.2 did not indicate that there was a major difference in nutrient
separation after stirring was stopped.

Analyses of feed samples taken at selected valve sites showed that the technical
equipment of the feeder system, valve position, and feed composition may
systematically affect concentration of nutrients in the allocated feed portions,
especially concerning calcium and zinc.

Overall, it can be concluded that the observed deviations in nutrient concentration in
the dosed feed portions stayed, for the most part, within the limits of the physiological
ability of the animals to compensate fluctuations in nutrient supply.