Einleitung: Klauenerkrankungen und Lahmheiten stellen ein großes ökonomisches sowie tierschutzrelevantes Problem in der modernen Milchviehhaltung dar. Diese werden wesentlich durch die Haltung auf harten Böden wie Beton oder Gussasphalt begünstigt. Daher werden in Rinderställen vermehrt Gummi-Laufflächenbeläge eingebaut, welche die mechanischen Belastungen und somit potentielle Schädigungen der Klauen reduzieren sollen. Die Einwirkung von Kräften in Abhängigkeit unterschiedlicher Böden auf die Klauenfußungsfläche kann mittels Druckmessung untersucht werden. Um dabei den direkten kinetischen Einfluss des Bodens auf die Fußungsfläche ermitteln zu können, sind dünne Sensorfolien nötig. Ziele der Untersuchung: Ziel der Arbeit war es, zunächst ein Ex-vivo-Belastungsmodell für isolierte Rindergliedmaßen zu etablieren, um mit einem folienbasierten Druckmesssystem den direkten kinetischen Einfluss verschiedener Untergründe auf die Fußungsfläche der Klauen zu ermitteln. Anschließend sollte dieses Messsystem erstmals unter lebenden Rindern angewendet werden. Tiere, Material und Methoden: Insgesamt wurden drei Versuche durchgeführt, in denen die kinetischen Einflüsse von Betonboden sowie mindestens einem Gummiboden der Firma Gummiwerk KRAIBURG Elastik GmbH & Co. KG anhand folgender Parameter untersucht wurden: Kraftverteilung, Belastungsfläche sowie durchschnittlicher und maximaler Druck. Die Datenerfassung erfolgte mit dem Hoof™System (Tekscan®). Zunächst wurde ein Ex-vivo-Versuch mit einem speziell für diese Messung angefertigten Belastungsgerät durchgeführt. Damit wurden zwölf linke isolierte distale Hintergliedmaßen auf Betonboden sowie drei Laufgang-Gummimatten (KARERA P, KURA P und profiKURA P) belastet. Außerdem wurde in diesem Versuch neben den oben aufgeführten Parametern zusätzlich die Kraft- und Druckverteilung innerhalb definierter Bereiche unter der Klaue analysiert. Diese Versuchsanordnung wurde anschließend in einen statischen In-vivo-Versuch mit elf auf Beton und KURA P Gummiboden stehenden, adulten Milchkühen überführt. Außerdem wurden die Sensorfolien in einem zweiten In-vivo-Versuch unter den Klauen der linken Hintergliedmaße von zehn adulten Milchkühen angebracht und die kinetischen Einflüsse von Beton und KURA P Gummiboden im Stand und beim Laufen ermittelt. Die statistischen Vergleiche zwischen den Böden wurden gepaart für die Klauen bzw. Kühe sowie zwischen den Versuchen mittels Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test mit anschließender Post-Hoc-Korrektur nach Bonferroni-Holm berechnet. Für alle Resultate mit einer Wahrscheinlichkeit von p < 0,05 wurde eine statistische Signifikanz angenommen. Zusätzlich wurden im Laufen die Kraft-Zeit-Kurven einzeln für die laterale und mediale Klaue aufgezeichnet. Ergebnisse: In allen Versuchen sowie auf allen untersuchten Böden lastete die Kraft signifikant mehr auf den lateralen als auf den medialen Klauen. Die belastete Fläche war auf allen Gummiböden signifikant größer als auf Betonboden. Dadurch zeigten sich auf allen Gummiböden signifikant geringere Druckbelastungen als auf Betonboden: Der durchschnittliche Druck fiel im Ex-vivo-Versuch auf allen untersuchten Gummiböden im Mittel 34 - 44 % geringer aus als auf Betonboden (44,69 ± 5,39 N/cm²), während die Durchschnittsdruckwerte in den In-vivo-Versuchen auf KURA P-Gummiboden im Mittel um 16 - 21 % geringer waren als auf Beton (statisch: 32,05 ± 4,56 N/cm² bis 35,74 ± 7,66 N/cm², dynamisch: 46,60 ± 13,94 N/cm² bis 55,60 ± 9,78 N/cm²). Der auf die Klauen wirkende Maximaldruck war im Ex-vivo-Versuch auf den getesteten Gummiböden im Mittel 33 - 45 % geringer als auf Beton (130,31 ± 23,29 N/cm²) und in den In-vivo-Versuchen auf KURA P-Gummiboden im Mittel 28 - 32 % geringer als auf dem Betonboden (statisch: 92,12 ± 8,83 N/cm² bis 104,79 ± 20,40 N/cm², dynamisch: 158,47 ± 37,66 N/cm²). Die Kraft-Zeit-Kurven des dynamischen In-vivo-Versuchs zeigten weitgehend biphasische Verläufe mit lokalen Maxima bei 29 % und 79 % der Stützphase. Es traten jedoch interindividuell sowie jeweils zwischen lateralen und medialen Klauen deutliche Unterschiede im Kurvenverlauf auf. Schlussfolgerungen: Das Hoof™System konnte erfolgreich bei Rindern eingesetzt werden. Mit dem Belastungsgerät konnten standardisierte Messwiederholungen auf verschiedenen Untergründen durchgeführt werden. Künftig können damit weitere Untergründe sowie neue Klauenpflegetechniken zunächst ex vivo evaluiert werden, bevor sie an lebenden Rindern Anwendung finden. In allen Versuchen war auf Gummiboden eine mechanische Entlastung der Klauenfußungsfläche zu verzeichnen, was die Vermutung nahelegt, dass diese Böden einen Beitrag zur nachhaltigen Verbesserung der Klauengesundheit in der konventionellen Milchviehhaltung leisten können. / Introduction: Claw lesions and lameness are amongst the major problems in modern dairy husbandry. They are mainly caused by keeping the cows on hard, unyielding floors like concrete or mastic asphalt. Therefore preventively, an increasing number of farmers install rubber floorings in the walking alleys to minimize the mechanical stress to the sole and consequently reduce damage of the claws. The kinetic effect of different flooring types to the sole can be analyzed by means of pressure measurement. In order to detect the direct kinetic impact of the tested flooring, thin sensor foils capturing the interactions between claw and floor are required. Aims of the study: In the present study, an ex vivo load applicator was to be developed in order to use a foil-based pressure measurement system to determine the direct kinetic effect of different flooring types on the claws’ soles. Furthermore, this system was to be applied to live dairy cows for the first time. Materials and Methods: Three trials were conducted in which the kinetic effects of concrete and at least one rubber flooring (Gummiwerk KRAIBURG Elastik GmbH & Co. KG) were analyzed considering the following parameters: force balance, contact area, mean pressure and maximum pressure. Data acquisition was performed with the Tekscan® Hoof™System. Initially, an ex vivo trial was carried out with a purpose-built load applicator. Using this method, twelve left isolated distal hind limbs were loaded on concrete and three rubber floorings (KARERA P, KURA P and profiKURA P). Beside the parameters mentioned above, force and pressure distribution were analyzed within the separate areas of the claw’s sole. Afterwards, this test setting was transposed into a static in vivo trial with eleven adult dairy cows standing on concrete and KURA P rubber mats, respectively. Subsequently, the sensor foils were attached under the left hind limbs of ten adult dairy cows and the kinetic impacts of concrete and KURA P rubber flooring were determined during standing and walking. Statistical analysis was conducted using the Wilcoxon signed-rank test in combination with Holm-Bonferroni post hoc correction. Differences were considered to be significant at p < 0.05. In addition to the parameters mentioned above, force-time-curves of the walking cows were captured separately for the lateral and medial claw. Results: In all trials and on all tested floorings load was distributed unevenly between the claws at the expense of the lateral claw. The contact area was larger on all rubber floorings than on concrete. Therefore, the mean and maximum pressure loads were lower on all rubber floorings compared to concrete: In the ex vivo trial the mean pressure was, on average, 34 - 44 % lower on all rubber floorings than on concrete (44.69 ± 5.39 N/cm²), while in the in vivo measures the mean pressure was, on average, 16 - 21 % lower on KURA P rubber flooring compared to concrete (static: between 32.05 ± 4.56 N/cm² and 35.74 ± 7.66 N/cm², dynamic: between 46.60 ± 13.94 N/cm² and 55.60 ± 9.78 N/cm²). The maximum pressure loads in the ex vivo measures were, on average, 33 - 45 % lower on the tested rubber floorings than on concrete (130.31 ± 23.29 N/cm²) and in the in vivo trials, on average, 28 - 32 % lower on KURA P rubber flooring compared to concrete (static: between 92.12 ± 8.83 N/cm² and 104.79 ± 20.40 N/cm², dynamic: 158.47 ± 37.66 N/cm²). The force-time-curves of the dynamic in vivo study essentially showed biphasic curve progression with local peaks at 29 and 79 % of the stance phase. However, considerable differences in the curve progression between individuals as well as between the respective lateral and medial claw were found. Conclusions: The Hoof™System was applied successfully in dairy cattle claws for the first time. With the load applicator standardized repeated measurements on different floorings were conducted. In the future, more flooring systems as well as novel claw trimming methods can be evaluated using this setup before they are applied on live cattle. In all trials, a mechanical relief for the sole on the rubber floorings was determined. This leads to the conclusion that these floorings may contribute to a sustainable improvement of claw health in conventional dairy husbandry.

Die subklinische Klauenrehe ist eine weltweit vorkommende, multifaktorielle und bei Rindern vor allem nach der Abkalbung gehäuft auftretende Erkrankung. Als prädisponierender Faktor für weitere, z. T. sehr schmerzhafte Klauenerkrankungen wie Sohlengeschwüre oder White-Line-Disease besitzt sie nicht nur eine hohe tierschutzrelevante, sondern auch eine große wirtschaftliche Bedeutung. Die Ätiologie und Pathogenese der Klauenrehe sind bis heute nicht hinreichend geklärt. In neuerer Zeit konzentrieren sich die Forschungen auf den peripartalen Zeitraum und den damit verbundenen metabolischen und hormonellen Einflüssen auf das Klauengewebe. In dieser Arbeit wird der Frage nachgegangen, inwieweit eine erhöhte Fettmobilisation bei Kühen in der negativen Energiebilanz nach der Abkalbung sowie eine verstärkte Lipolyse bei antepartal verfetteten Kühen zur Entstehung der subklinischen Klauenrehe beitragen. Gleichzeitig soll die Frage beantwortet werden, welche Rolle die postpartale Insulinresistenz und die dadurch verminderte Glucoseaufnahme ins periphere Gewebe bei der Ausbildung der subklinischen Klauenrehe spielen. Außerdem soll untersucht werden, inwiefern sich systemische Einflüsse auf die verstärkte Ausbildung der Sohlenhämorrhagien nach der Abkalbung nachweisen lassen und ob diese anhand ausgewählter Blutparameter vorhersehbar sind. Für die Untersuchung wurden 30 primi- und 44 multipare Milchkühe aus drei Betrieben mit Laufstallhaltung ausgewählt. Die Sohlenflächen aller acht Hauptklauen eines Tieres wurden nach funktionellem Klauenschnitt 1 Woche und 8 Wochen p.p. fotografiert, in fünf Zonen eingeteilt und anhand Anzahl, Größe und Schweregrad der sichtbaren Läsionen beurteilt. Zur weiteren Differenzierung wurden verschiedene Klauenscores gebildet. 2 - 3 Wochen vor der Abkalbung sowie 1 Woche, 4 und 8 Wochen p.p. wurden Blutproben entnommen und die Konzentrationen der Freien Fettsäuren (FFS), ß-Hydroxy-Butyrat (BHB), Glucose, Insulin und Haptoglobin bestimmt. Die IGF-1-Konzentration wurde zur weiteren Einschätzung der Energiebilanz bzw. Energieaufnahme und der Körperkondition gemessen. Die Insulinresistenz wurde anhand basaler Insulin- und Glucose-Konzentrationen bestimmt. Des Weiteren wurde vor und nach der Abkalbungdie Rückenfettdicke sonographisch gemessen und die peripartale Fettmobilisierung über die Rückenfettdickenänderung errechnet. Nahezu alle untersuchten Tiere (96 %) zeigten für die subklinische Klauenrehe typische Veränderungen. Bei über der Hälfte der Kühe waren 8 Wochen p.p. an allen vier Gliedmaßen Sohlenhämorrhagien vorhanden. Es konnten signifikante Korrelationen der Klauenscoreparameter sowohl zwischen den einzelnen Zonen als auch zwischen den Hinter- und Vordergliedmaßen gefunden werden. 8 Wochen p.p. war eine signifikante Verschlechterung der Klauengesundheit im Gegensatz zur ersten Woche p.p. zu verzeichnen. Da diese Hämorrhagien erst nach zwei Monaten an der Fußungsfläche sichtbar werden, sind die ursächlichen Veränderungen in der Lederhaut zum Zeitpunkt der Abkalbung entstanden. Dabei waren die lateralen Klauen der Hintergliedmaße an der Rusterholzstelle am stärksten betroffen. Ein Einfluss auf die Klauengesundheit durch die Fütterung, die Bodenbeschaffenheit der Haltungssysteme, altersbedingt sowie durch peripartale Erkrankungen konnte nicht gefunden werden. Ungefähr zwei Drittel der untersuchten Kühe hatten nach der Abkalbung eine negative Energiebilanz. Sie zeigten signifikant weniger Läsionen an den Sohlenflächen als Kühe mit positiver Energiebilanz. Eine übermäßige Rückenfettmobilisierung führte in diesen Untersuchungen nicht zu einer Verschlechterung der Klauengesundheit. Antepartal unterkonditionierte Tiere mit wenig Fettmobilisierung waren sogar stärker von Klauenläsionen betroffen als normal- oder überkonditionierte Kühe. Bei Tieren mit einem peripartalen Abfall der IGF-1-Konzentration waren signifikant mehr Veränderungen an der Sohlenfläche nachzuweisen. Die IGF-1-Konzentration korrelierte dabei aber, im Gegensatz zu vielen Angaben in der Literatur, hochsignifikant negativ mit der Energiebilanz und zeigte keinen Bezug zur RFD, so dass fraglich ist, ob dieser Parameter alleine überhaupt geeignet wäre, eine Aussage über die Energiebilanz oder die Ausbildung einer subklinischen Klauenrehe zu treffen. Bei insulinresistenten Kühen waren eine signifikante Erhöhung der Klauenläsionen sowie ein signifikanter Abfall der IGF-1-Konzentration zu verzeichnen. Die Bestimmung der Insulinresistenz anhand basaler Blutglucose- und Insulin-Konzentrationen bei Kühen nach der Abkalbung erwies sich jedoch als äußerst fragwürdig. Signifikante Korrelationen zwischen den Konzentrationen der einzelnen Blutparameter und den Klauenscoreparametern bestanden, bis auf die FFSKonzentration 2 - 3 Wochen a.p., ausschließlich 1 Woche p.p.. Allerdings blieben die Korrelationen insgesamt relativ niedrig. Die IGF-1-Konzentration korrelierte am häufigsten sowie am engsten, Insulin und Haptoglobin korrelierten zu keinem Zeitpunkt mit den Klauenscoreparametern. Es kann davon ausgegangen werden, dass es sich bei den gefundenen Hämorrhagien an der Sohlenfläche um die Ausbildung einer subklinischen Klauenrehe aufgrund systemischer Einflüsse im peripartalen Zeitraum handelt. Eine negative Energiebilanz sowie die antepartale Verfettung der Milchkühe stellen nach den vorliegenden Untersuchungen keinen Risikofaktor dar. In dieser Arbeit konnte nicht bestätigt werden, dass Lipidmobilisation oder mangelnde Glucoseversorgung nach der Abkalbung eine Rolle bei der Entstehung der subklinischen Klauenrehe spielen.

La mise en place de la sélection génomique rend possible l’inclusion de nouveaux caractères dans les objectifs de sélection, en profitant des marges offertes par l’augmentation du progrès génétique sur les caractères historiques. En parallèle, les attentes des éleveurs, de la société et des filières orientent la sélection génétique vers des objectifs plus larges et complexes. Deux groupes de nouveaux caractères ont été analysés dans le cadre de l’amélioration génétique des bovins laitiers : les caractères de carcasse des jeunes bovins de races mixtes et les caractères de résistance aux lésions podales en race Holstein, afin de préparer la mise en place d’une sélection génétique et génomique de ces caractères. Pour ces deux caractères, les modèles d’évaluation polygénique les plus pertinents ont été développés et les paramètres génétiques correspondant ont été estimés. Ces derniers révèlent que la sélection génétique des caractères de carcasse des jeunes bovins sera relativement aisée, alors que celle de la résistance aux lésions podales sera plus difficile, mais possible, du fait de l’existence d’une variabilité génétique. Ils mettent également en évidence qu’un progrès génétique sur les caractères de carcasse des jeunes bovins n’est pas génétiquement opposé à un progrès génétique sur la production laitière. Ils mettent enfin en évidence deux groupes de lésions podales génétiquement distinctes. Par ailleurs, plusieurs stratégies pour prendre en compte la nonexhaustivité des données de lésions podales ont été testées. Plusieurs approches d’évaluation ont été comparées. Pour les deux groupes de caractères, l’approche dite « Single-Step Genomic BLUP » s’est révélée la plus prometteuse, même si les autres approches génomiques « en deux étapes », donnaient des résultats aux caractéristiques relativement proches. Ces études ont mené à la mise en place d’évaluations génétiques et génomiques en routine pour les deux groupes de caractères, pour lesquelles les méthodes d’évaluation classiques ont été retenues par souci de cohérence avec les évaluations actuelles, tout en démontrant l’intérêt d’une évolution vers l’approche en une étape à moyen terme. Les principales questions soulevées et les grandes étapes identifiées lors des études de ces deux caractères ont été rassemblées au sein d’une ébauche de méthodologie pour le développement d’évaluations génétiques pour de nouveaux caractères. / The implementation of genomic selection makes possible the inclusion of new traits in breeding goals, by taking advantage of the opportunities coming from the increased genetic trend on traits currently under selection. Breeders, breeding companies and society all have changing expectations regarding genetic selection. Two groups of new traits were analyzed in the context of genetic improvement of dairy cattle: carcass traits of young bulls in dual-purpose breeds and claw health traits in Holstein, in order to prepare the implementation of genetic and genomic selection on these traits. For both sets of traits, suitable genetic evaluation models were developed and genetic parameters were estimated. Genetic parameters reveal that genetic selection of carcass traits of young bulls appears to be fairly easy and that selection of claw health traits is going to be more difficult, but possible, given the existing genetic variation. They also highlight that there is no strong negative genetic correlation between carcass traits of young bulls and dairy production traits. Finally, they reveal that there are two genetically distinct groups of claw health traits. Several strategies to account for non-exhaustive recording of cows for trimming were tested. Several evaluation approaches were compared. For both sets of traits, Single-Step Genomic BLUP was the most promising approach, although other (two-step) genomic approaches allowed for relatively similar accuracies and control of bias. These studies led to the implementation of routine genetic and genomic evaluations for both sets of traits, for which a usual two-step genomic approach was preferred over Single-Step Genomic BLUP for consistency with the current evaluation of other traits. However these two examples illustrate the benefit of implementing routine Single-Step Genomic BLUP evaluations. The main questions and principal steps identified in these studies were gathered into tentative guidelines for the development of genetic evaluations for new traits.

Cette thèse s’intéresse à l’analyse de structures de machines électriques non conventionnelles destinées à la production d’électricité par des groupes électrogènes. Les topologies recherchées doivent utiliser moins de matières actives et/ou simplifier la procédure de fabrication par rapport aux machines actuelles.Une des structures est dédiée au système d’excitation de la machine. Elle possède un stator à griffes avec un bobinage toroïdal. Son dimensionnement est réalisé à l’aide d’un modèle de calcul par éléments finis en 3D, qui a été validé expérimentalement. Cette structure permet d’obtenir une réduction significative de la quantité de cuivre dans le bobinage.Les deux autres structures traitées concernent l’alternateur principal. Une machine synchro-réluctante à barrières deflux et à rotor bobiné a été proposée. L’objectif est d’augmenter la densité de couple grâce au couple de saillance. Elle est dimensionnée et comparée avec la structure conventionnelle. Ce cas met en évidence les limitations des structures proches de la structure actuelle.La dernière structure est une nouvelle topologie de machine électrique. Elle combine les caractéristiques des machines à flux axial et des machines à griffes, permettant de simplifier le système d’excitation. Une approche de modélisation originale a été développée pour l’analyse de cette topologie 3D en vue de son dimensionnement par optimisation. Le système d’excitation a un rôle important dans les performances de cette machine.Cette thèse constate aussi que l’évolution future des matériaux magnétiques pourrait tirer meilleur profit des structures non-conventionnelles avec des trajets de flux tridimensionnels. / The PhD project aims to analyse nonconventional structures of electric machines for electric power generation with diesel gensets. The researched topologies should use less active materials and/or simplify the manufacturing process compared to today’s machines.One of the structures is intended for the excitation system of the electric machine. It is composed of a claw-pole stator and a toroidal winding. It is designed using a 3D Finite Element model, previously validated by a prototype. This structure allows a significant reduction of the quantity of copper of the field winding.The other two structures under study are proposed for the main generator. A synchronous-reluctance machine with flux-barriers and a field winding in the rotor is analysed. The objective is to increase the torque density by increasing the reluctance torque. The designed machine is compared to the conventional structure. This case shows the limitations of structures similar to the current structure.The last structure is a new topology of electric machine. It combines the characteristics of claw-pole machines andaxial-flux machines. An original modelling approach is developed to analyse this 3D structure for its design based on an optimization algorithm. The study shows that the excitation system has a key role in its performances.This work also notes that the future evolution of magnetic materials should benefit the use of non-conventional structures with 3D flux paths.

Die subklinische Klauenrehe stellt als Ausgangspunkt für eine Vielzahl daraus resultierender Klauenerkrankungen einen wichtigen Faktor in Bezug auf Tierschutz und Wirtschaftlichkeit von Hochleistungsmilchkühen dar. Die Ätiologie und Pathogenese dieser komplizierten Klauenerkrankung ist bis heute noch nicht eindeutig geklärt. Eine Vielzahl von Faktoren kann die Klauenlederhaut im Sinne einer Reheentwicklung negativ beeinflussen. In der vorliegenden Arbeit sollte der Einfluss der negativen Energiebilanz nach der Kalbung und eines daraus resultierenden Fettmobilisationssyndroms auf die Entwicklung rehetypischer Anzeichen an den Klauen untersucht werden. Weiterhin sollte geprüft werden, inwieweit die thermographische Untersuchung der Klauen nach der Kalbung, also dem predistinierten Zeitpunkt für die Entwicklung einer Klauenrehe, in der Lage ist, Aufschluss über den Entzündungszustand der Lederhaut zu geben und dementsprechend als frühdiagnostisches Mittel zur Erkennung der subklinischen Klauenrehe Anwendung finden kann. Die Temperaturverteilung über die einzelnen Hauptklauen und die Veränderung dieser im Laufe der Frühlaktation, sowie Unterschiede zwischen primiparen und multiparen Tieren wurde untersucht. Hierfür wurden die Klauen von 123 Kühen und Färsen bzw. Jungkühen aus drei Milchviehanlagen mit ähnlichen Jahresleistungen und verschiedenen Stallböden in der ersten Woche nach der Kalbung, sowie nach Vollendung des zweiten Laktationsmonats bezüglich des Vorliegens einer Lahmheit und, nach der Durchführung einer funktionellen Klauenpflege, auf Anzeichen der subklinischen Klauenrehe durch Vergabe eines Klauenscores untersucht und zusätzlich mittels Thermographie der Fußungsfläche analysiert. Um den Einfluss des Stoffwechsels auf die Reheentwicklung definieren zu können, erfolgten im Zeitraum von 8 Wochen vor der Kalbung bis 8 Wochen nach der Kalbung in regelmäßigen Abständen Messungen der Rückenfettdicke sowie Blutprobenentnahme zur Bestimmung der jeweiligen Freien-Fettsäuren- (FFS), ß-Hydroxybutyrat- (BHB) und Glucosekonzentrationen. Um den Einfluss anderer Stoffwechselentgleisungen abzugrenzen, wurden weiterhin die Parameter Lactat, Gesamtprotein, Albumin, Harnstoff, Calcium, Creatinkinase (CK), Aspartataminotransferase (ASAT) und Lactatdehydrogenase (LDH) bestimmt. Bei der Beurteilung von Lahmheit und Reheanzeichen stellte sich eine signifikante Zunahme letztgenannter nach dem zweiten Laktationsmonat dar. Die Lahmheitsinzidenz nahm dagegen leicht ab. Gummiböden hatten insgesamt einen positiven Effekt auf die Reheentwicklung. Jungkühe wiesen deutlich stärkere rehetypische Veränderungen (Hämorrhagien, Gelbverfärbungen im Horn, weiches Horn) auf als ältere Tiere. Die rehetypischen Veränderungen konzentrierten sich dabei bei allen Probanden auf die hinteren Lateralklauen. Die Thermographie zeigte gravierende Differenzen zwischen den Vorder- und Hintergliedmaßen, sowie zwischen Lateral- und Medialklauen. Die Hinterklauen waren deutlich (p<0,0001) wärmer als die Vorderklauen. Die Lateralklauen der Hintergliedmaßen zeigten sich wärmer als die Medialklauen, während es sich an den Vorderklauen tendenziell umgekehrt verhielt. Im Laktationsverlauf ließ sich eine leichte Zunahme der Differenzen beobachten, wobei sich die Absoluttemperaturen kaum unterschieden. Obwohl die Verteilung von rehetypischen Veränderungen dem Muster der Temperaturverteilung über die Hauptklauen entsprach (hintere Lateralklauen hatten die meisten rehetypischen Veränderungen und die höchsten Temperaturen), konnte keine eindeutige Korrelation zwischen der Klauentemperatur nach der Kalbung und den sichtbaren Reheveränderungen acht Wochen später gefunden werden. Die Temperaturverteilung auf den einzelnen Hauptklauen zeigte in den meisten Fällen (77,3 %) einen um ca. 2-3°C wärmeren Ballenbereich (Rusterholzstelle) im Vergleich zur Klauenspitze. Bei 16,5 % der Klauen waren beide Bereiche gleichwarm (Temperaturunterschied < 1°C) und bei einem geringen Anteil (6,2 %) zeigte sich die Spitze als wärmste Stelle an der Fußungsfläche. Zwischen der Höhe der Rückenfettdicke, der FFS-, BHB- und Glucosekonzentrationen und der Entwicklung einer subklinischen Klauenrehe ergaben sich keine aussagekräftigen Korrelationen. Tendenziell waren eher unterkonditionierte Tiere von Klauenveränderungen betroffen. Schlussfolgerung: Obwohl die Temperaturverteilung auf der Fußungsfläche dem Verteilungsmuster rehetypischer Veränderungen entsprach, war die Thermographie nicht als frühdiagnostisches Mittel zur Erkennung der subklinischen Klauenrehe geeignet. Die Temperaturen zwischen Vorder- und Hinterklauen sowie zwischen Lateral- und Medialklauen unterschieden sich deutlich. Eine direkte Beeinflussung der Klauen durch das Fettmobilisationssyndrom konnte in den hier durchgeführten Untersuchungen nicht gefunden werden.:1 EINLEITUNG 1 2 LITERATURÜBERSICHT 2 2.1 Anatomie der Klaue 2 2.1.1 Topographische Einteilung 2 2.1.2 Skelett 3 2.1.3 Haut 3 2.1.3.1 Unterhaut 3 2.1.3.2 Lederhaut 4 2.1.3.3 Oberhaut 4 2.1.4 Durchblutungsverhältnisse an der Klaue 5 2.1.4.1 Arterielle Versorgung 6 2.1.4.2 Venöse Versorgung 7 2.1.5 Druckverteilung auf die Klauen 8 2.2 Klauenrehe 9 2.2.1 Formen der Klauenrehe 9 2.2.1.1 Akute Klauenrehe 9 2.2.1.2 Subakute Klauenrehe 10 2.2.1.3 Chronische Klauenrehe 10 2.2.1.4 Subklinische Klauenrehe 11 2.2.2 Ätiologie der Klauenrehe 11 2.2.2.1 Fütterung 11 2.2.2.1.1 Kohlenhydratüberschuss und subklinische Pansenazidose (SARA) 11 2.2.2.1.2 Proteinüberversorgung 12 2.2.2.2 Haltung 13 2.2.2.2.1 Böden 13 2.2.2.2.2 Ethologie 13 2.2.2.3 Erkrankungen verschiedener Organsysteme 14 2.2.2.4 Alter 14 2.2.2.5 Genetik 15 2.2.2.6 Kalbung 15 2.2.3 Pathogenesetheorie zur Klauenrehe 16 2.3 Thermographie 19 2.3.1 Physikalische Grundlage und Einflussfaktoren 19 2.3.2 Wärmeverteilung über den Körper – Regulierung der Körpertemperatur 20 2.3.3 Interne Einflüsse auf die Körperoberflächentemperatur 20 2.3.4 Thermographie in der Veterinärmedizin 21 2.3.4.1 Thermographische Untersuchungen an Huf und Klaue in Bezug zu Rehe 22 2.4 Stoffwechsel 22 2.4.1 Energiestoffwechsel und Lipomobilisationssyndrom – potentielle Auswirkungen auf die Klauengesundheit 22 2.4.2 Weitere Stoffwechselparameter, welche verschiedene Erkrankungen mit eventuellem Einfluss auf die Klauengesundheit anzeigen 25 2.4.2.1 Eiweißstoffwechsel 25 2.4.2.2 Muskelstoffwechsel 26 2.4.2.3 Lactat 27 3 TIERE, MATERIAL UND METHODEN 28 3.1 Versuchsanordnung und Tiere 28 3.2 Haltung 28 3.3 Fütterung 29 3.3.1 Betrieb A 29 3.3.2 Betrieb B 29 3.3.3 Betrieb C 30 3.4 Probennahmen und Untersuchung der Klauen und Lahmheiten 30 3.4.1 Erfassung der Rückenfettdicke (RFD) 30 3.4.2 Blutproben 31 3.4.3 Klauenschnitt und –beurteilung 31 3.4.3.1 Beurteilung der Klauenfotographien 31 3.4.4 Thermographische Aufnahme der Klaue 33 3.4.4.1 Auswertung der thermographischen Aufnahmen 34 3.4.5 Beurteilung des Vorliegens einer klinischen Lahmheit 35 3.5 Klinisch-chemische Untersuchungen 35 3.6 Statistische Auswertung 37 4 ERGEBNISSE 38 4.1 Auswertung des Klauenscores und der klinischen Lahmheit 38 4.1.1 Klauenscore 38 4.1.1.1 Unterschiede zwischen Kühen und Färsen und zwischen den einzelnen Beständen 38 4.1.1.1.1 Klauenscore - Vergleich Kühe - Färsen 38 4.1.1.1.2 Klauenscore - Vergleich der 3 Bestände 39 4.1.1.1.3 Klauenscore - Vergleich Kühe – Färsen in den einzelnen Beständen 40 4.1.1.2 Verteilung des Klauenscores auf die einzelnen Klauen 41 4.1.1.2.1 Klauenscore- Vergleich Schulter- und Beckengliedmaße 41 4.1.1.2.2 Klauenscore - Vergleich Medial- und Lateralklauen 42 4.1.2 Lahmheit 43 4.1.2.1 Vergleich zwischen Kühen und Färsen und zwischen den Beständen 43 4.1.2.1.1 Lahmheit - Vergleich Kühe - Färsen 43 4.1.2.1.2 Lahmheit - Vergleich der 3 Bestände 44 4.1.2.2 Lahmheitsinzidenzen der 3 Herden 44 4.2 Auswertung des Einflusses von Erkrankungen verschiedner Organsysteme auf die Klauengesundheit 46 4.2.1 Auftreten verschiedener Erkrankungen 46 4.2.2 Zusammenhang zwischen Organerkrankungen und dem Klauenscore 46 4.2.3 Vergleich zwischen Kühen und Färsen und zwischen den Beständen 47 4.2.3.1 Erkrankungen verschiedener Organsysteme -Vergleich Kühe -Färsen 47 4.2.3.2 Erkrankungen verschiedener Organsysteme -Vergleich der 3 Bestände 48 4.3 Auswertung der Thermographie 49 4.3.1 Klauentemperatur - Einfluss der Umgebungstemperatur 49 4.3.2 Klauentemperatur - Vergleich von Schulter- und Beckengliedmaße sowie von Medial- und Lateralklaue 50 4.3.3 Vergleich zwischen Kühen und Färsen und zwischen den Beständen 51 4.3.3.1 Klauentemperatur - Vergleich Kühe - Färsen 51 4.3.3.2 Klauentemperatur - Vergleich der 3 Bestände 52 4.3.4 Temperaturverteilungsmuster auf der Klauensohle 53 4.3.4.1 Klauen mit wärmerem Ballenbereich im Vergleich zur Spitze 54 4.3.4.2 Klauen mit wärmerer Spitze im Vergleich zum Ballenbereich 55 4.3.5 Zusammenhang zwischen den Klauensohlentemperaturen und dem Klauenscore 56 4.3.6 Zusammenhang zwischen den Klauensohlentemperaturen und dem Vorliegen verschiedener Erkrankungen 57 4.4 Auswertung der Rückenfettdicke (RFD) 58 4.4.1 Entwicklung der RFD im Laktationsverlauf 58 4.4.2 Vergleich zwischen Kühen und Färsen und zwischen den Betrieben 59 4.4.2.1 RFD - Vergleich Kühe - Färsen 59 4.4.2.2 RFD - Vergleich der 3 Betriebe 60 4.4.3 Zusammenhang zwischen der RFD-Entwicklung und dem Klauenscore 61 4.5 Stoffwechsel 62 4.5.1 Verhalten der einzelnen Parameter im Laktationsverlauf 62 4.5.1.1 Freie Fettsäuren (FFS) 62 4.5.1.2 Glucose 63 4.5.1.3 ß-Hydroxybutyrat (BHB) 64 4.5.1.4 Gesamtprotein 65 4.5.1.5 Albumin 65 4.5.1.6 Harnstoff 65 4.5.1.7 Lactat 65 4.5.1.8 Creatinkinase (CK) 65 4.5.1.9 Lactatdehydrogenase (LDH) 65 4.5.1.10 Aspartataminotransferase (ASAT) 66 4.5.1.11 Calcium 66 4.5.1.12 Weitere Parameter - Bilirubin, anorganisches Phosphat, Creatinin, Cholesterol, γ-Glutamyltransferase (GGT), Glutamatdehydrogenase (GLDH) 66 4.5.2 Auswertung der Stoffwechselparameter in Bezug auf den Klauenscoreanstieg 67 4.5.2.1 Korrelationen zum Klauenscoreanstieg 67 4.5.2.2 Energiestoffwechselparameter bei Tieren innerhalb des Referenzbereiches und Tieren außerhalb des Referenzbereiches in der 1.Woche postpartum 68 4.5.2.2.1 Freie Fettsäuren (FFS) 68 4.5.2.2.2 ß-Hydroxybutyrat (BHB) 69 4.5.2.2.3 Glucose 70 4.5.2.2.4 Lactat 71 5 DISKUSSION 72 5.1 Beurteilung der Fütterung 72 5.2 Subklinische Klauenrehe und klinische Lahmheit 72 5.2.1 Subklinische Klauenrehe 72 5.2.2 Lahmheit 73 5.3 Einflüsse von Boden und Haltung auf die Entwicklung einer subklinischen Klauenrehe 74 5.4 Einflüsse von Erkrankungen verschiedener Organsysteme auf die Entwicklung einer subklinischen Klauenrehe 75 5.5 Thermographie 75 5.5.1 Aussagekraft der Thermographie der Klauensohlenoberflächen 75 5.5.2 Temperaturverteilung zwischen den einzelnen 8 Hauptklauen (Vorder- und Hinterklauen jeweils lateral und medial) 76 5.5.3 Unterschiede der Klauentemperaturen zwischen Kühen und Färsen und zwischen den Betrieben 77 5.5.4 Temperaturverteilung innerhalb der einzelnen Hauptklauen – Unterschiede zwischen Klauenspitze und Ballenbereich 78 5.6 Einflüsse der Körperkondition und Körperkonditionsentwicklung auf die Ausbildung einer subklinischen Klauenrehe 79 5.7 Stoffwechsel 79 5.7.1 Änderung der Stoffwechselparameter im Laktationsverlauf 79 5.7.1.1 Eiweißstoffwechsel und Enzyme 79 5.7.1.2 Mineralstoffwechsel 80 5.7.1.2.1 Calcium 80 5.7.1.3 Lactat 80 5.7.1.4 Bilirubin, anorganisches Phosphat, Creatinin, Cholesterol, γ-Glutamyltransferase (GGT), Glutamatdehydrogenase (GLDH) 80 5.7.1.5 Energiestoffwechsel 81 5.7.1.5.1 Freie Fettsäuren (FFS) 81 5.7.1.5.2 ß-Hydroxybutyrat (BHB) 81 5.7.1.5.3 Glucose 81 5.7.2 Energiestoffwechselentgleisung und Einflüsse auf die Entwicklung einer subklinischen Klauenrehe 82 6 ZUSAMMENFASSUNG 83 7 SUMMARY 85 8 LITERATURVERZEICHNIS 87 ANHANG

Mechanical overburdening is a major risk factor that provokes non-infectious claw diseases. Moreover, lameness-causing lesions often remain undetected and untreated. Therefore, prevention of claw tissue overburdening is of interest, especially by analyzing harmful effects within dairy cows’ housing environment. However, objective “on-cow” methods for bovine gait analysis are underdevel- oped. The purpose of the study was to apply an innovative mobile pressure sensor system attached at the claws to perform pedobarometric gait analysis. A further goal was the supplementation with accelerative data, generated simultaneously by use of two inertial measurement units (IMUs), attached at metatarsal level. IMU data were analyzed with an automatic step detection algorithm. Gait analysis was performed in ten dairy cows, walking and trotting on concrete flooring and rubber mats. In addition to the basic applicability of the sensor systems and with the aid of the automatic step detection algorithm for gait analysis in cows, we were able to determine the impact of the gait and flooring type on kinematic and kinetic parameters. For pressure sensor output, concrete was associated with significantly (p < 0.001) higher maximum and average pressure values and a significantly smaller contact area, compared to rubber mats. In contrast to walking, trotting led to a significantly higher force, especially under the medial claw. Further, IMU-derived parameters were significantly influenced by the gait. The described sensor systems are useful tools for detailed gait analysis in dairy cows. They allow the investigation of actors which may affect claw health negatively.

We hypothesized that the hoof trimming in sheep in dorsal recumbency implicates a short but intensive stress situation and that the sedation with xylazine causes a decrease in the stress response in this situation. Ten healthy female merino meat sheep were randomly divided into two groups receiving either xylazine hydrochloride (0.1 mg/kg body mass (BM) applied intramuscularly) or a placebo treatment with 0.9% NaCl. Routine hoof trimming was performed in a tilt table and vital signs (rectal temperature (RT), heart rate (HR), and respiratory rate (RR)), 33 different behavioral traits and blood cortisol concentrations were recorded throughout the experiment at six different time points (total of 55min). The procedure itself elicited a clear stress response (increase in the RR, RT, defensive movements, lip twitching, swallowing, and flight behavior). Parallelly, the blood cortisol concentrations were increased, reaching their maximum with 81.5 ng/ml in the control group when the sheep were tilted back into a standing position. In the sedated sheep, no increase in the RR and RT and a decrease in the HR were observed. In addition, the behavioral signs showed a decrease in flight, defensive, and general stress behavior (decrease in licking,movement of head and legs, and sitting on knees), complemented by the serum cortisol concentrations showing 2.28 times reduced concentration at the end of the procedure, compared to the control sheep. The results confirm our hypothesis and support the conduction of future trials investigating the feasibility and benefit of a sedation of sheep prior to routine hoof trimming under practical circumstances.

Les travaux de recherches menés dans cette thèse concernent la modélisation et l’optimisation de l’alternateur synchrone à griffes utilisé dans les véhicules mild-hybrid. Ce dernier voit son utilisation élargie à la fonction d’assistance de traction au moteur thermique et de récupération d’énergie dans les phases de freinage. La structure spéciale du rotor rend nécessaire l’utilisation de modèles éléments finis 3D pour modéliser finement les effets tridimensionnels. Ces derniers requièrent une utilisation intensive des ressources informatiques (RAM, temps CPU) qu’il est crucial de réduire pour envisager une démarche d’optimisation de dispositifs magnétiques. Dans ce contexte, l’utilisation d’une plateforme de modélisation ouverte Gmsh et GetDP, permettant l’implémentation de géométries et de formulations appropriées, a abouti au développement de modèles précis et suffisamment rapides pour être intégrés dans des algorithmes d’optimisation. L’originalité de cette démarche de modélisation consiste à hybrider une approche numérique (éléments finis 3D) et une approche semi-analytique (réseau de perméances) de sorte que l’usage des éléments finis 3D soit réduit aux zones où le champ magnétique est tridimensionnel. Enfin, le choix d’un algorithme d’optimisation adapté aux modèles numériques (boîte noire à fort coût d’évaluation) a permis de développer un outil de pré-dimensionnement et de dimensionnement des machines synchrones à griffes en vue de l’obtention d’une géométrie optimisée en réponse à un cahier des charges industriel / The research work carried out in this thesis concerns the modeling and optimization of claw-pole synchronous alternator used in mild-hybrid vehicles. The use of this machine is extended to assistit traction engine and energy recovery in the braking phases. The special structure of the rotor makes it necessary to use 3D finite element models to analyse efficiently the three-dimensional effects, which requires an intensive use of computing resources (RAM, CPU time). The latter must be reduced in order to consider an optimization process on such magnetic devices. In this context, the use of a Gmsh and GetDP, open modeling platform, led to the development of precise models, fast enough to be integrated into optimization algorithms. The originality of this modeling approach is based on the hybridization of a numerical approach (3D finite elements) and a semi-analytical approach (permeance network) so that the use of 3D finite elements is reduced to areas where The magnetic field is three-dimensional. Finally, the choice of an optimization algorithm adapted to numerical models (black box with high evaluation cost) allows to develop a pre-design and a design tools for claw-pole synchronous machines in order to obtain an optimized geometry achieving an industrial specification

Cette thèse propose une nouvelle structure de machine à courant continu pouvant être utilisée dans une application démarreur Stop-Start automobile. Une structure tridimensionnelle à griffes est proposée pour remplacer le stator à plots actuel dans le but de réduire son coût de fabrication. La structure de la machine à griffes est modélisée par un réseau de réluctances permettant la prise en compte de la saturation et de la réaction magnétique d'induit. Grâce à sa rapidité et précision, ce modèle est ensuite intégré dans un processus d’optimisation afin d'obtenir rapidement une machine optimale. Enfin, un prototype de machine à courant continu à griffes est réalisé, montrant ainsi la faisabilité de cette topologie. Par ailleurs, un modèle original combinant réseaux de réluctances et résolution de l'équation de Laplace a été développé pour lever certaines difficultés liées à la modélisation par réseau de réluctances des machines électriques tout en prenant en compte la rotation / This thesis deals with a new DC machine structure that can be used in an automotive Stop-Start starter application. A three-dimensional claw pole stator is proposed to replace the current stator in order to reduce its manufacturing cost. The claw pole machine topology is modeled by a reluctance network to take into account the saturation and the magnetic armature reaction. Thanks to its speed and precision, this model is then integrated in an optimization process to obtain an optimal machine. Finally, a prototype of a machine with DC claws is manufactured to show the feasibility of this topology. Moreover, an original model combining reluctance networks and solving the Laplace equation has been developed to overtake some difficulties related to modeling by reluctance network of electrical machines while taking into account the rotation

Les travaux de recherche présentés dans cette thèse visent à développer une machine à griffes à base d'aimants permanents pour les applications automobiles avec un concept de réutilisation et de recyclage des aimants permanents. Ces recherches sont menées dans le cadre du projet DEMETER, qui s'inscrit dans le cadre des Marie Sklodowska-Curie Actions dans Horizon 2020 de l'Union européenne. Le projet se concentre sur la récupération des aimants permanents à base de terres rares utilisés dans les applications automobiles en raison des problèmes actuels de fluctuation des prix et des problèmes d’offre et de demande de ces aimants permanents.La machine à griffes est utilisée dans presque toutes les automobiles du monde pour les applications d'alternateur. Avec l'augmentation de la demande en puissance, la machine à griffes est également développée en tant que moteur-générateur utilisé dans les véhicules électriques hybrides. Actuellement, la machine à griffes à base d'aimants permanents est utilisée dans des systèmes d’hybridation légère afin de réaliser des économies d'énergie. La littérature regorge de différentes configurations de machines à griffes pouvant être développées pour obtenir de meilleures performances. Cependant, le montage et le démontage facile des différentes parties de la machine sont également importants pour la réutilisation et le recyclage des aimants. Dans ce travail de recherche, deux concepts ont été développés; premièrement, le concept de réutilisation directe, c’est-à-dire le montage / démontage facile du rotor et des aimants, de manière à pouvoir retirer facilement les aimants pour les réutiliser ou les recycler directement; deuxièmement, le concept de recyclage direct, c'est-à-dire l'utilisation d'aimants recyclés dans la machine pour obtenir les performances souhaitées.Au cours de cette recherche, la conception de base de la machine à griffes a été développée, analysée et optimisée de manière à obtenir le meilleur rapport couple / poids aimant. Cela a permis de réduire le coût des aimants pour presque le même couple. L'optimisation a été effectuée en utilisant une analyse numérique en éléments finis 3D. Le modèle optimisé a été développé de manière à ce que le processus d’assemblage des aimants et des griffes reste le même. Cependant, lors du démontage, les aimants peuvent facilement être retirés sans démonter le rotor complet; et ainsi se servir de ces aimants pour les réutiliser directement dans d'autres applications ou les envoyer au recyclage. Dans le concept de recyclage direct, les aimants utilisés dans la machine sont des aimants recyclés aux performances dégradées. Le type de processus de recyclage est un facteur déterminant de la détérioration des performances de ces aimants recyclés. L'objectif du concept de recyclage direct était d'analyser la machine avec des aimants vierges et recyclés et d'évaluer la consommation d'énergie de la machine selon différents cycles de conduite. On a observé qu'avec l'utilisation d'aimants recyclés dans la machine à griffes, la consommation d'énergie était presque identique à celle de la machine à aimants vierges. On peut donc en conclure que pour les machines à griffes à aimants permanents, l’utilisation d’aimants recyclés est plus durable pour l’environnement car elle peut entraîner une diminution à l’extraction des matériaux de terres rares. Les fluctuations des prix et les problèmes d’offre peuvent également être réduits grâce à l’utilisation accrue des aimants recyclés, même si des politiques et des normes sont appliquées.Le prototype de la machine à aimants vierges a été fabriqué et testé pour ses performances. Il a été observé que les résultats expérimentaux correspondent très bien aux résultats des analyses de conception, validant ainsi le processus de conception et la méthodologie. / The research work presented in this thesis aims at developing a permanent magnet based claw-pole machine for automotive application with permanent magnet reuse and recycle concept. The aforesaid research is under the aegis of Project DEMETER which is in the framework of European Union’s Horizon 2020 Marie Sklodowska-Curie actions. The project focuses on the recovery of rare earth permanent magnets utilized in automotive applications due to the prevailing problems of price fluctuations and supply-demand issues of these permanent magnets.The claw-pole machine is employed in almost all of the automobiles in the world for alternator application. With the increase in power demands, the claw-pole machine is also being developed as a motor-generator utilized in the hybrid electric vehicles. At present the permanent magnet based claw-pole machine is being used in mild hybrid electric vehicles for energy savings. The literature is replete with various configurations of claw-pole machines that can be developed to achieve better performances. However, easy assembly and disassembly of various parts of the machine is also important for the reuse and recycle of magnets. In this research work two concepts have been developed; first, the direct reuse concept i.e. easy assembly/disassembly of the rotor and magnets, so as to easily take out the magnets for direct reuse or recycle and; second, the direct recycle concept i.e. utilization of recycled magnets in the machine to achieve the desired performance.In the course of this research the base design of the claw-pole machine was developed, analyzed and optimized so as to attain best torque versus magnet-weight ratio. This helped in the reduction of magnet cost for almost the same torque. The optimization was carried out using 3-D numerical analysis. The optimized model was developed in a way that the assembly process of the magnets and claw-poles remained the same. However, during disassembly the magnets can easily be withdrawn without disassembling the complete rotor; therefore utilizing these magnets for direct reuse in other applications or sent for recycling. In the direct recycle concept, the magnets used in the machine are recycled magnets with deteriorated performance. The type of recycling process is a strong determinant of the deterioration in performance of these recycled magnets. The aim of the direct recycle concept was to analyze the machine with virgin and recycled magnets, and evaluate the energy consumption of the machine under different drive cycles. It was observed that with utilization of recycled magnets in the claw-pole machine, the energy consumption was almost same as that of the machine with virgin magnets. Thus it can be concluded that for the permanent magnet based claw-pole machine, the utilization of recycled magnets is more sustainable for the environment as it can lead to consequential limits on the mining of rare earth materials. The price fluctuations and supply-demand problems can also be reduced with the increase in utilization of recycled magnets, albeit policy and norms are effectuated.The prototype of the machine with virgin magnets have been developed and tested for performance. It has been observed that the experimental results match fairly well with the design analysis results, hence validating the design process and methodology.