Einleitung: Die Prävalenzen von Gliedmaßen- und Klauenerkrankungen in der modernen Milchviehwirtschaft steigen stetig an. Dabei wird der Problematik eine bedeutende Relevanz hinsichtlich des Tierschutzes und ökonomischer Aspekte zugeschrieben. Die Klaue stellt eine bedeutende Schnittstelle zwischen der Kuh und ihrer Umwelt dar. Eine Evaluierung und Optimierung von Stallböden sind somit unerlässlich. Drucksensitive Technologien erwiesen sich bereits als geeignetes Werkzeug für die Untersuchung der Klaue-Boden-Interaktion. Eine Beurteilung von Stallbodenbeschaffenheiten ist primär im Zusammenhang mit einem natürlichen Referenzboden, wie zum Beispiel die Weide, sinnvoll. Weiterhin eignet sich die Verwendung von dünnen, flexiblen Sensorsohlen, da die reale Druckbelastung während der Bewegung ermittelt werden kann. Dies ermöglicht unmittelbare Rückschlüsse auf die Einwirkung des Untergrundes auf die Klaue. Ziel der Studie: Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Druckbelastungen unter der Rinderklaue mittels eines neuartigen flexiblen, mobilen Druckmesssystems auf verschiedenen Untergründen. Dabei werden zwei verschiedene Stallbodenbeschaffenheiten (Beton, Gummi) mit den erhobenen Daten auf Weideboden vergleichend gegenübergestellt. Tiere, Material und Methoden: Die Versuche wurden in drei Beständen mit unterschiedlichen Bodenbeschaffenheiten (Beton, Gummi, Weide) durchgeführt. Die Druckmessungen erfolgten mit flexiblen Sensorsohlen der Firma Thorsis (Thorsis Technologies GmbH, Magdeburg, Deutschland). Diese Drucksensorik wurde mit speziell entwickelten Klauenschuhen an beiden Hintergliedmaßen angebracht. Nachfolgend liefen die Kühe zuerst im zügigen Schritt während der gerichteten Bewegung einen Laufgang entlang. Anschließend wurden in den ersten beiden Beständen (Beton, Gummi) zusätzlich Daten im Liegeboxenlaufstall bei selbstgewählten Wegen und Gehgeschwindigkeiten erhoben. Die Klauengrundfläche wurde in fünf Zonen eingeteilt. Mit Hilfe der Software VisuPress (Thorsis Technologies GmbH, Magdeburg, Deutschland) wurden sowohl klauenübergreifende als auch zonenbezogene Parameter bestimmt. Für die statistische Analyse wurde zum einen der Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test für den Vergleich der Bewegungsformen innerhalb eines Bestandes verwendet. Zum anderen erfolgte die statistische Untersuchung der gerichteten Bewegungen aller drei Bestände mit dem Mann-Whitney-U Test. Bei beiden Tests wurde nachfolgend für eine Post-Hoc Korrektur die Bonferroni-Holm-Korrektur gewählt. Als Signifikanzniveau wurde einheitlich für alle Ergebnisse auf α = 0,05 festgelegt. Ergebnisse: Auf Weide- und auf Gummiboden wurden unter den Außenklauen signifikant größere absolute und relative Belastungsflächen gemessen als auf Betonboden. Unter den Innenklauen wurden dagegen vergleichbare Flächen auf Beton- und Gummiboden ermittelt. Der Weideboden wies mit 25,32 ± 3,69 cm2, was einem prozentualen Anteil an der Klauengrundfläche von 70,90 ± 6,34 % entspricht, signifikant größere Belastungsflächen unter den inneren Hinterklauen auf. Dementsprechend wurden für die medialen und lateralen Klauen auf Weideboden signifikant niedrigere durchschnittliche Drücke und Kräfte erfasst. Auf Gummiboden war lediglich beim Gesamtmittelwert des Durchschnittsdruckes aller vier Zehen eine tendenzielle Verringerung gegenüber dem Betonuntergrund zu verzeichnen. Die Maximaldrücke waren neben dem Weidebestand auch im Bestand mit Gummimatten signifikant geringer als im Bestand mit Betonuntergrund. An den Druck-Zeit-Kurven war einheitlich für alle drei Bestände ein biphasischer Verlauf erkennbar. Das erste lokale Maximum an den äußeren Hinterklauen wurde auf den nachgiebigen Böden Gummi (30,29 ± 2,74 %) und Weide (30,17 ± 2,73 %) einem signifikant späteren Zeitpunkt der Standphase zugeordnet als auf Betonboden (28,24 ± 3,62 %). Insgesamt wurde jedoch eine hohe interindividuelle Variabilität festgestellt. Die Gegenüberstellung der klauenübergreifenden Parameter der gerichteten mit der ungerichteten, freien Bewegung innerhalb eines Bestandes ergab lediglich bei der Bodenkontaktzeit einen signifikanten Unterschied. Mit 732,41 ± 55,46 ms auf Betonboden und mit 753,13 ± 49,34 ms auf Gummiboden war die Bodenkontaktzeit der gerichteten Bewegung signifikant kürzer. In den Druck-Zeit-Kurven ließen sich bei der ungerichteten, freien Bewegung weniger zusätzliche Druckspitzen am Anstieg des Graphen feststellen. Weiterhin wurden mehr plateauartige oder monophasische Kurvenverläufe gefunden. Die zonenbezogenen Parameter verzeichneten keine Differenzen zwischen den Bewegungsformen. Schlussfolgerung: Die angepassten, mobilen Drucksensoren mit dem entwickelten Klauenschuh stellen eine geeignete Methode zur Analyse der Klauen-Boden-Interaktion unter Feldbedingungen dar. Auch die unmittelbare Einflussnahme eines nachgiebigen Stallbodens und sogar von Weideboden können somit untersucht werden. Im Rahmen dieser Arbeit war es so möglich, die Weide als Untergrund mit den niedrigsten Druckbelastungen zu evaluieren. Die Reduktion der Druckspitzen des Gummibodenbestandes auf mit der Weide vergleichbare Werte lässt die Vermutung zu, dass ein nachgiebiger Untergrund in den konventionellen Milchviehhaltungen die Klauengesundheit nachhaltig verbessern kann.:1 Einleitung 2 Literaturübersicht 2.1 Anatomische und physiologische Grundlagen zur Rinderklaue 2.1.1 Definition und Bauelemente 2.1.2 Aufbau und Funktion 2.1.3 Klauensegmente 2.1.4 Weiße Linie 2.1.5 Klauenbeinträger und Klauenmechanismus 2.2 Tierwohl und artgerechte Haltung 2.2.1 Bedeutung des Untergrundes in Bezug auf Tierwohl und Klauengesundheit 2.3 Druckbelastung unter der Rinderklaue 2.3.1 Stationäre Druckmesssysteme 2.3.2 Mobile Druckmesssysteme 3 Tiere, Material, Methoden 3.1 Tierauswahl 3.1.1 Bestand 1: Betonboden (B) 3.1.2 Bestand 2: Gummiboden (G) 3.1.3 Bestand 3: Weideboden (W) 3.2 Messsystem 3.3 Versuchsaufbau 3.3.1 Laufwege in den Beständen 3.4 Datenauswertung 3.5 Statistik 4 Ergebnisse 4.1 Bestand 1: Betonboden 4.1.1 Gerichtete Bewegung auf Betonboden 4.1.2 Ungerichtete Bewegung auf Betonboden 4.1.3 Statistische Analyse der gerichteten und ungerichteten, freien Bewegung auf Betonboden 4.2 Bestand 2: Gummiboden 4.2.1 Gerichtete Bewegung auf Gummiboden 4.2.2 Ungerichtete Bewegung auf Gummiboden 4.2.3 Statistische Analyse der gerichteten und ungerichteten, freien Bewegung auf Gummiboden 4.3 Bestand 3: Weideboden 4.3.1 Gerichtete Bewegung auf Weideboden 4.4 Statistische Analyse der gerichteten Bewegungen aller drei Bestände 4.4.1 Gesamtbetrachtung der Klauen 4.4.2 Zonenauswertung 5 Diskussion 5.1 Material und Methoden 5.1.1 Versuchstiere 5.1.2 Messsystem 5.1.3 Versuchsaufbau/-durchführung 5.1.4 Datenauswertung 5.2 Ergebnisse 5.2.1 Betrachtung der Ergebnisse der gerichteten Bewegungen aller drei Bestände 5.2.2 Gegenüberstellung der Ergebnisse der gerichteten und der ungerichteten, freien Bewegung (Beton, Gummi) 6 Schlussfolgerungen und Ausblick 7 Zusammenfassung 8 Summary 9 Literaturverzeichnis 10 Anhang

Für die Materialcharakterisierung und Parameteridentifikation von technischen Elastomeren werden homogene Probekörper benötigt. Eine besonders wichtige Beanspruchungsart ist dabei der einachsige Zug/Druck. Für Versuche dieser Art findet die Standard-Hantel Anwendung, die für kombinierte Zug-/Druckversuche geeignet ist. Allerdings lässt sich hier schon bei geringen Druckbelastungen ein inhomogener Messbereich detektieren. Ein Ziel dieser Arbeit besteht in der Entwicklung eines neuen und verbesserten Probekörpers, der für hochpräzise Zug-/Druckversuche geeignet ist. Im Gegensatz zur Standard-Hantel wird der für Messungen zugänglich gemachte homogene Messbereich deutlich verbessert. Darüber hinaus soll der Bereich der maximal erreichbaren Stauchung signifikant erhöht werden. Der Probekörper selbst weist dabei eine verhältnismäßig einfache Hantelgeometrie mit verlängertem Mittelteil auf. Durch ein spezielles Design der Halterungsgeometrie kann sowohl ein homogenes Verzerrungsfeld erreicht als auch eine hohe Knickstabilität gewährleistet werden. Die Grundidee besteht dabei darin, dass der Probekörper mit zunehmender Stauchung immer weiter mit der Halterungsgeometrie in Kontakt tritt und dadurch seine knickgefährdete Länge reduziert wird. Mit Hilfe eines speziellen Halterungsalgorithmus kann eine neue, verbesserte Halterungsgeometrie berechnet werden. Mit dem entwickelten Probekörper-Setup (bestehend aus Hantel- und Halterungsgeometrie) lassen sich dann eine Vielzahl phänomenologischer Eigenschaften von technischen Elastomeren wie Payne- Effekt, Mullins-Effekt, Erholungs- und Relaxationsverhalten vorzugsweise bei extremen Stauchungen (bis zu 70 %) untersuchen. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit besteht in der Entwicklung eines Scherprobekörpers zur Realisierung präziser Schermessungen. Das Design soll dabei auf einem flächigen Probekörper (Elastomermatte) beruhen, um Alterungsuntersuchungen, Untersuchungen mit faserverstärkten Materialien und Versuche mit Vorreckungen realisieren zu können. Im Gegensatz zu herkömmlichen Scherprobekörpern soll dabei auf eine stoffschlüssige Verbindung mittels Kleben oder Anvulkanisieren aufgrund von Materialirritationen oder Schrumpf verzichtet werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde diesbezüglich ein spezielles Fixierdesign mit Stiften entwickelt, welches zur Ausbildung nahezu homogener Scherdeformationen führt. Damit lassen sich eine Vielzahl wichtiger Eigenschaften bei einer annähernd homogenen Scherdeformation untersuchen. / Homogeneous test specimens are required for material characterization and model parameter identification. An important kind of loading is uniaxial tension/compression. For this, a standard dumbbell is available for combined tension-compression tests. But even for small compressive strains the standard dumbbell leads to an inhomogeneous stress state in the measuring zone. One aim of this work is the development of a new test specimen, which is suitable for high-precision tension/compression tests. In comparison to the standard dumbbell the homogeneity in the measuring zone is significantly improved. Furthermore, the range of maximal compression is increased substantially. The test specimen itself consists of a slender dumbbell structure. By a special design of the mounting geometry, homogeneous stress and strain fields as well as a high stability can be achieved. For an increasing compression, the test specimen comes into contact with the mounting geometry and the critical length is reduced. By means of dynamic analysis, the mounting geometry was calculated and optimized. This method is a powerful tool for developing new mounting geometries, by taking into account both the stability and the homogeneity characteristic. With the developed specimen-setup (consisting of dumbbell and mounting geometry), the phenomenological characteristics of rubber like Payne effect, Mullins effect, recovery and relaxation behavior can be investigated up to a compressive strain of 70 %. Another aim of this work is the development of a shear specimen, which enables precision shear measurements for large shear values. The design is based on a planar test specimen (rubber mat) in order to enable ageing tests, tests with fibre-reinforced materials and tests with pre-stretching. In contrast to other shear specimens, a material-locking connection by gluing or vulcanizing sould be avoided in consequence of material irritation or shrinkage. For this, a special fixing design was developed, which enables a uniform initiation of shear deformation for different rubber thicknesses. Finally, the new shear specimen enables the investigation of typical rubber properties.