Betriebsbereite Lösung

Zur Früherkennung der subklinischen Mastitis bei Milchkühen hat Advanced Animal Diagnostics ein praktikables Konzept entwickelt: Die Milchproben werden nicht mehr in Labore verschickt, sondern das Labor kommt auf die Farm. Elektromechanisches Herzstück der mobilen Testgeräte ist ein plug-and-play-fertiges 3-Achs-Linearsystem von Schaeffler.

Der Autor: Jürgen Klein, Leiter Marketing Lineartechnik, Schaeffler, Homburg (Saar)

Gesunde Kühe produzieren mehr Milch. Diese einfache Formel ist in der Praxis nur mit einigem Aufwand umzusetzen, denn pro Laktation werden bis zur Hälfte des Rinderbestandes mit der subklinischen Mastitis infiziert: Die Entzündung des Euters bzw. der Milchdrüsen von Milchkühen kostet beispielsweise die US-amerikanische Wirtschaft jährlich 2 Mrd. Dollar. Der Hersteller von medizinischen Diagnosegeräten Advanced Animal Diagnostics (AAD) hat für die Früherkennung dieser Erkrankung ein praktikables Konzept entwickelt: Die Milchproben werden nicht mehr in Labore verschickt, sondern das Labor kommt auf die Farm. Elektromechanisches Herzstück der mobilen Testgeräte ist ein plug-and-play-fertiges 3-Achs-Linearsystem von Schaeffler USA.

Die subklinische Mastitis zählt zu den Erkrankungen, die am weitesten unter den Milchkühen verbreitet sind und die über Wochen ohne äußere Anzeichen verborgen bleibt. Durch die Erkrankung leiden das Tier sowie die Milchqualität und die Melkmenge pro Tag reduziert sich schleichend. Die zuverlässige Früherkennung einer Infektion bedeutet für die Farmer also bares Geld. Das Problem: Milchproben müssen in Labore versendet werden. Zeit vergeht, bis wichtige Entscheidungen getroffen werden können und eine Behandlung begonnen werden kann. Der Faktor Zeit ist besonders wichtig, denn die Erreger breiten sich durch das Melkgeschirr, die Hände des Personals und vieles mehr in der ganzen Farm aus.

Neues Testverfahren MLD

Seit den 50er-Jahren wird zur Erkennung der subklinischen Mastitis in Amerika der CMT (California Mastitis Test) eingesetzt. Der Test ist einfach, birgt jedoch die Unsicherheit einer visuellen, subjektiven Beurteilung der Proben. AAD setzt dagegen auf den objektiven MLD-Test (Milk Leukocyte Differential), mit dem das Immunsystem des Tieres sehr gut beurteilt werden kann. Bei diesem optischen Verfahren werden mit fluoreszenten mikroskopischen Aufnahmen der Milchproben die Konzentration und die prozentualen Anteile von drei Leukozytenarten (weiße Blutzellen) errechnet. Ein bestimmter prozentualer Anteil und eine bestimmte Absolutzahl der jeweiligen Blutzellenart sind ein sicheres Anzeichen für eine subklinische Mastitis.

Kompaktes und tragbares Diagnosesystem

Der Clou von AAD: Der Test kann nun mit kompakten und tragbaren Testgeräten auf der Farm auch von unerfahrenem Personal selbst durchgeführt werden. Mit seinen On-Farm-Diagnosesystemen QScout Farm Lab garantiert der Hersteller die Diagnose aller vier Euter – der sogenannten Viertel – in nur wenigen Minuten. Vor Ort regelmäßig messen, frühzeitig Infektionen erkennen, Behandlungen schnell umsetzen, Ansteckungen vermeiden und vor allem schnell entscheiden, das ist die Idee des mobilen Textlabors auf der Farm.

Die Milchproben der vier Viertel werden auf spezielle Probeplättchen – die sogenannten slides – aufgebracht. Bis zu 20 dieser slides finden im Einschub des QScout Farm Lab Platz. Der Messvorgang läuft vollautomatisch und ohne weitere Bedienung ab. Die Probe wird von der y-Achse aufgenommen, zur Kamera verfahren und mit der z-Achse optisch scharf gestellt. In kleinen Inkrementen in der x-y-Ebene findet die Zählung und Auswertung der Leukozyten statt. Genau hier ist auch die höchste Präzision erforderlich: Die Bewegung der x-y-Ebene bzw. der slides muss innerhalb von 7 µm über der Kamera erfolgen, damit die nötige Bildschärfe erhalten bleibt.

Funktionsfertiges 3-Achs-Linearsystem

AAD konzentriert sich in der Entwicklung seiner Produkte auf seinen Kernbereich der Diagnose und der Mikroskopie. Für die Entwicklung und Produktion eines angetriebenen Führungssystems in größeren Stückzahlen suchte man daher einen Partner für eine langfristige Zusammenarbeit. Um die Logistik und die Montagekosten so gering wie möglich zu halten, war außerdem ein plug-and-play-fertiges System gefragt. Konstruktion, Entwicklung und Fertigung des x-y-z-Systems sollten komplett außer Haus stattfinden. Aufgrund einer Kundenempfehlung durch einen Entwicklungsingenieur nahm AAD Ende 2011 Kontakt mit Schaeffler USA auf. Nach einer ersten Analyse der Aufgabe war der zu lösende Zielkonflikt offensichtlich: hohe Präzision und relativ geringe Kosten.

Um den Kostenrahmen einzuhalten, entwickelten die Schaeffler-Ingenieure ein Gleichteilekonzept für die Führungen, Laufwagen, Spindeln, Spindelmuttern, Motoren und Endpositionsschalter. Schrittmotoren und einfache Gewindespindeln reduzieren zusätzlich die Kosten. Für einen verschleißarmen und stick-slip-freien Lauf werden die Spindeln mit einem Trockenschmierstoff versehen. Die Spindelmuttern sind spielfrei vorgespannt, sodass die geforderte bidirektionale Wiederholgenauigkeit von unter 20 µm eingehalten wird.

Für einen bequemen Transport der Diagnosegeräte waren geringes Gewicht und kleine Außenmaße weitere Anforderungen von AAD. Das plug-and-play-fertige x-y-z-System bringt nur 4 kg auf die Waage. Zur Gewichtsreduktion wurden große Bohrungen in der Grundplatte vorgesehen. Bei Außenmaßen von nur 304 mm x 229 mm x 120 mm sind Verwahrwege von 171 mm x 97 mm x 20 mm möglich. Schaeffler USA liefert das System betriebsbereit, also komplett montiert, inklusive Schrittmotoren, Endschalter und der elektrischen Verkabelung mit Steckern.

Die logistische Aufteilung eines Produktes in die jeweiligen Kompetenzen der Unternehmen ist ein Konzept, das auch in anderen Applikationen der Lineartechnik bereits Schule gemacht hat: einfache Lagerhaltung, geringe Endmontagekosten und klare Funktionsverantwortung vereinfachen die Serienproduktion deutlich. I