DE102013101460B3

DE102013101460B3 - Agrarspritzen-Ventileinheit

Info

Publication number: DE102013101460B3
Application number: DE201310101460
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-02-14
Filing date: 2013-02-14
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2033-02-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Agrarspritzen-Ventileinheit (1), die Einsatz findet für die Steuerung der Ausbringrate eines agraren Fluids. Zwischen eine Primärleitung (2) und eine Sekundärleitung (3) sind zwei parallele Leitungspfade (70, 71) zwischengeordnet, wobei in einem Leitungspfad (70) ein Hauptventil (4) angeordnet ist und in dem anderen Leitungspfad (71) ein Vorsteuerventil (5), insbesondere ein 2/2-Wegeventil (60), angeordnet ist.
Erfindungsgemäß verläuft ein Leitungspfad (71) zwischen dem Vorsteuerventil (5) und der Sekundärleitung (3) über einen Kanal (56), welcher den Ventilkörper (6) durchsetzt. Hierdurch ergeben sich eine kompakte Bauweise und eine verbesserte Strömungsführung.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Agrarspritzen-Ventileinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige Agrarspritzen-Ventileinheiten dienen der Steuerung oder Regelung (im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch unter "Steuerung" subsumiert) der Ausbringung einer Agrarspritze beliebigen Einsatzzweckes und beliebiger Bauart. Beispielsweise dient eine derartige Agrarspritze dem Ausbringen eines Fluids in der Landwirtschaft oder dem Obst- oder Gemüseanbau, wobei es sich bei dem Fluid beispielsweise um Wasser, Dünger, ein Insektizid oder ein beliebiges anderes Fluid oder Fluidgemisch handeln kann.
STAND DER TECHNIK
Agrarspritzen finden Einsatz einzeln zur Ausbringung eines agraren Fluids auf eine begrenzte Fläche oder mit einer Vielzahl von Agrarspritzen, die beispielsweise an einem oder mehreren Sprühbalken gehalten sein können. Insbesondere aus Kostengründen sowie ökologischen Gründen soll das Ausbringen des agraren Fluids nur in den tatsächlich relevanten agraren Flächen und auch hier nur mit einem erforderlichen Volumenstrom erfolgen. Um lediglich ein Beispiel zu nennen, soll bei einem Sprühfahrzeug, welches sich mäanderförmig über ein Feld bewegt, die Aufbringung des Fluids in den Randbereichen des Felds, beispielsweise bei der Kurvenfahrt, unterbrochen werden. Möglich ist auch, dass in Teilbreiten des Sprühbalkens, die keine Pflanzen überfahren, die diesen Teilbreiten zugeordneten Agrarspritzen temporär abgeschaltet werden sollen. Während für die vollständige Abschaltung in dem Randbereich eines Feldes eine zentrale Agrarspritzen-Ventileinheit in einer Zuführleitung zu sämtlichen Agrarspritzen in eine Sperrstellung verbracht werden kann, erfordert die Deaktivierung von Teilbreiten eines Sprühbalkens, dass eine Zentralleitung des Sprühbalkens, an welche die Agrarspritzen angeschlossen sind, segmentiert ausgebildet ist mit parallelen Segmenten, die separat über den jeweiligen Segmenten zugeordnete Agrarspritzen-Ventileinheiten absperrbar sind. Nachteilig hieran ist, dass zusätzlich zu den ohnehin an den Agrarspritzen vorgesehenen Agrarspritzen-Ventileinheiten zusätzliche Leitungssegmente und/oder Agrarspritzen-Ventileinheiten für das temporäre Absperren des fluidischen Flusses vorzusehen sind, wodurch die Kosten und der Bauraum sowie das Gewicht erhöht werden.
Weitere Problemstellungen moderner Agrarspritzen mit Lösungsvorschlägen sind der Patentanmeldung DE 10 2009 001 532 A1 sowie dem Patent DE 696 25 914 T2 zu entnehmen. Demgemäß kann auch für den Fall, dass ein Ausbringen von Fluid aus einer Agrarspritze gewünscht ist, der Wunsch bestehen, eine Ausbringrate zu beeinflussen. Beispielsweise kann je nach agrarem Einsatzzweck, einer erwarteten Drift von Sprühtropfen in Folge eines Windes, der Geschwindigkeit des Sprühfahrzeugs, der gewünschten Größe des Sprühbereichs der Agrarspritze, der Höhe eines Sprühbalkens über dem Boden, einer gewünschten Tropfengröße oder eines gewünschten Spektrums der Tropfengrößen, dem gewünschten fluidischen Fluss, eines gewünschten Winkels eines Sprühkegels eine Veränderung der Ausbringrate wünschenswert sein. Ebenfalls möglich ist, dass eine Steuerung der Ausbringrate auf Grundlage von Informationen eines Global-Positioning-Systems erfolgen soll, indem beispielsweise je nach Position auf dem Feld der erforderliche Ausbringvolumenstrom vorgegeben ist, beispielsweise auf Grundlage von zurückliegenden positionsbezogenen Erntedaten.
Bekannt ist auch eine Beeinflussung eines Volumenstroms für die Ausbringung des agraren Fluids über eine Steuerung der Förderleistung einer Pumpe für die Zuführung des Fluids, eine Steuerung des Druckes in einer Zuführleitung, eine Beeinflussung eines Öffnungs-Querschnitts einer Agrarspritzen-Ventileinheit oder über den Einsatz einer Agrarspritzen-Ventileinheit in Ausbildung als pulsmoduliertes System (vgl. DE 10 2009 001 532.9–23 und DE 696 25 914 T2 ), wobei im letztgenannten Fall über den sogenannten "Duty Cycle" und das Verhältnis der kurzfristigen Öffnungszeiten des Ventils zu Schließzeiten des Ventils der zeitlich gemittelte Volumenfluss variiert werden kann. Andererseits kann das Ausbringverhalten wie beispielsweise ein Sprühkegel und eine Tröpfchengröße beeinflusst werden durch eine einer Agrarspritzen-Ventileinheit nachgeschaltete Spritz- oder Düseneinheit. Es versteht sich, dass eine Wechselwirkung zwischen der Spritzen- oder Düseneinheit einerseits und der zuvor erläuterten Agrarspritzen-Ventileinheit andererseits gegeben ist, so dass der Druck und der Volumenfluss nicht nur durch die Agrarspritzen-Ventileinheit allein, sondern auch durch die einen Strömungswiderstand bildende Spritzen- oder Düseneinheit beeinflusst ist und andererseits die Agrarspritzen-Ventileinheit, beispielsweise in Folge des pulsierenden Betriebs für die pulsweitenmodulierte Agrarspritzen-Ventileinheit, das Ausbringverhalten der Spritzen- oder Düseneinheit beeinflusst. Möglich ist, dass eine Regelung der Betriebsparameter der Agrarspritzen-Ventileinheit und/oder der Spritzen- oder Düseneinheit einzeln oder gemeinsam erfolgt. Ebenfalls bekannt ist, dass die Spritzen- oder Düseneinheit und die Agrarspritzen-Ventileinheit zu einer Baueinheit kombiniert sind, wobei die Agrarspritzen-Ventileinheit auch unmittelbar als Düseneinheit ohne separate Bauelemente der genannten Einheiten ausgebildet sein kann.
Weiterer Stand der Technik bezüglich einer agraren Ausbringeinrichtung oder einer "landwirtschaftlichen Feldspritze" ist beispielsweise aus DE 10 2006 008 612 A1 bekannt.
Agrarspritzen-Ventileinheiten zur Steuerung einer Ausbringung, insbesondere zur Steuerung des auszubringenden Volumenstroms und/oder der Druckverhältnisse, beispielsweise Agrarspritzen-Ventileinheiten mit einer Öffnungs- und einer Sperrstellung für das Fluid, können als direkt gesteuerte Magnetventile ausgebildet sein, bei welchen beispielsweise ein als Ventilteller ausgebildeter Ventilkörper, der in einer Schließstellung zur Anlage an einen Ventilsitz kommt, mit einem elektromagnetischen Aktuator direkt mechanisch verbunden ist. Hierbei muss der elektromagnetische Aktuator eine Öffnungskraft erzeugen, die abhängig ist von der Größe des Ventiltellers sowie der Druckdifferenz zwischen einer Primärleitung und einer Sekundärleitung der Agrarspritzen-Ventileinheit. In Folge einer Mindestgröße des Ventiltellers zur Schaffung ausreichender Öffnungsquerschnitte der Agrarspritzen-Ventileinheit und den in Agrarspritzen wirkenden Druckdifferenzen zwischen der Primärleitung und der Sekundärleitung bauen Agrarspritzen-Ventileinheit mit einer Direktsteuerung verhältnismäßig groß.
In Folge der genannten Nachteile direkt gesteuerter Agrarspritzen-Ventileinheiten finden in modernen Agrarspritzen-Ventileinheiten vorzugweise vorgesteuerte Agrarspritzen-Ventileinheiten Einsatz, wie diese beispielhaft in den 1 und 2 dargestellt sind:
Die den nächstliegenden Stand der Technik bildende Agrarspritzen-Ventileinheit 1 (vgl. auch den in DE 10 2010 001 881 A1 beschriebenen Stand der Technik) besitzt eine Primärleitung 2, die aus einer Druckmittelquelle, insbesondere einer Pumpe und/oder einer zentralen oder segmentierten Zuführleitung zu mehreren Agrarspritzen, mit dem Fluid mit einem vorgegebenen oder regelbaren Druck versorgt wird. Über eine Sekundärleitung 3 erfolgt in geöffnetem Schaltzustand der Agrarspritzen-Ventileinheit 1 die Abgabe des Fluids, beispielsweise auf das Feld, wobei die Sekundärleitung 3 mit einer Düsen- oder Spritzeneinheit gekoppelt sein kann. Die Agrarspritzen-Ventileinheit 1 ist grundsätzlich mit einem Hauptventil 4 sowie einem Vorsteuerventil 5 gebildet. Das Hauptventil 5 besitzt einen Ventilkörper 6, der in dem in 1 dargestellten geschlossenen Schaltzustand gegen einen von einem Gehäuse 7 ausgebildeten Ventilsitz 8 gepresst wird. Hingegen ist in dem geöffneten Schaltzustand des Hauptventils 4 gemäß 2 der Ventilkörper 6 beabstandet von dem Ventilsitz 8 angeordnet, wodurch ein Öffnungs- oder Übertrittsquerschnitt 9 gebildet ist, der die Primärleitung 2 mit der Sekundärleitung 3 fluidisch verbindet, und womit letztendlich Fluid aus der Primärleitung 2 zu der Sekundärleitung 3 übertreten kann und auf das Feld ausgebracht werden kann.
Zur Gewährleistung der Vorsteuerung ist der Ventilkörper 6 unter Abdichtung (in den 1 und 2 nicht im Detail dargestellt) in dem Gehäuse 7 geführt. Der Ventilkörper 6 bildet auf der dem Ventilsitz 8 abgewandten Seite eine einen Druckraum 10 begrenzende Kolbenfläche 11. Der Druckraum 10 ist über eine Zuführleitung 12 mit der Primärleitung 2 verbunden, in der eine Drossel 20 angeordnet sein kann. Weiterhin ist für das in 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Druckraum 10 über eine Abführleitung 13 mit der Sekundärleitung 3 verbindbar, wobei zwischen Abführleitung 13 und Druckraum 10 allerdings das Vorsteuerventil 5 angeordnet ist. Das Vorsteuerventil 5 ist ein 2/2-Wegeventil in Ausbildung als Sitzventil sowie Magnetventil. Dieses befindet sich stromlos in einer gesperrten Schaltstellung, während für die Bestromung einer Spule 14 ein Anker 15 gegen die Beaufschlagung durch eine Feder 16 nach oben gezogen wird, wodurch das Vorsteuerventil 5 in seine Öffnungsstellung überführt wird.
Eine Verbindung der Primärleitung 2 mit der Sekundärleitung 3 erfolgt über zwei parallele fluidische Leitungspfade 21, 22. Der erste Leitungspfade 21 verläuft in der Öffnungsstellung des Hauptventils 4 über den Übertrittsquerschnitt 9. Der zweite Leitungspfad 22 verläuft von der Primärleitung 2 über die Zuführleitung 12, die Drossel 20, den Druckraum 10, das Vorsteuerventil 5 in seiner Öffnungsstellung und die Abführleitung 13 zu der Sekundärleitung 3.
Die Funktionsweise einer derart vorgesteuerten Agrarspritzen-Ventileinheit 1 ist wie folgt:
Für unbestromte Spule 14 ergibt sich der geschlossene Schaltzustand des Hauptventils 4 sowie die gesperrte Schaltstellung des Vorsteuerventils 5 gemäß 1. Im Druckraum 10 herrscht ein Druck, welcher (unter Berücksichtigung der etwaigen Drosselwirkung der Drossel 20 in der Zuführleitung 12, welche ein zeitliche Verzögerung zur Folge hat) dem Druck in der Primärleitung 2 entspricht. Dieser verhältnismäßig hohe Druck wirkt auf die Kolbenfläche 11, so dass die an der Kolbenfläche 11 wirkende fluidische Kraft und eine den Ventilkörper 6 am Gehäuse 7 abstützende Feder 17 den Ventilkörper 6 gegen den Ventilsitz 8 pressen. Eine fluidische Kraft, welche in Öffnungsrichtung des Ventilkörpers 6 wirkt und entsteht in Folge des Drucks in der Primärleitung 2, welcher radial außenliegend von dem Ventilsitz auf eine Ringfläche 18 des Ventilkörpers 6 wirkt, ist nicht groß genug, um den Ventilkörper 6 von dem Ventilsitz 8 weg zu bewegen.
Wird hingegen die Spule 14 bestromt, wird das Vorsteuerventil in die geöffnete Schaltstellung und als Folge hiervon das Hauptventil 4 in den geöffneten Schaltzustand überführt: Die Bestromung der Spule 14 hat unmittelbar die Öffnung des Vorsteuerventils 5 zur Folge. Demgemäß wird der Druckraum 10 über das geöffnete Vorsteuerventil 5 mit der Sekundärleitung 3 verbunden, in welcher ein kleinerer Druck wirkt als in der über die Drossel 20 mit dem Druckraum 10 verbundenen Primärleitung 2. Demgemäß fällt der Druck in dem Druckraum 10 ab mit damit einhergehender Verringerung der fluidisch verursachten Kraft, die auf die Kolbenfläche 11 wirkt. Mit derartigem Druckabfall kann bei geeigneter Dimensionierung der Kolbenfläche 11, der Ringfläche 18 sowie der Feder 17 die an der Ringfläche 18 erzeugte Kraft in Folge des Drucks in der Primärleitung 2 ausreichend sein, um den Ventilkörper 6 von dem Ventilsitz 8 abzuheben. Auf diese Weise wird das Hauptventil 4 in den geöffneten Schaltzustand überführt. In diesem Schaltzustand wirkt dann der sich ausgleichende Druck in der Primär- und Sekundärleitung 2, 3 nicht nur auf die Ringfläche 18, sondern auf die gesamte der Kolbenfläche 11 gegenüberliegende Kolbenfläche 19.
Ist eine Schließung des Hauptventils 4, also eine Rückführung der Agrarspritzen-Ventileinheit 1 in den Betriebszustand gemäß 1 erwünscht, kann durch Überführung der Spule 14 in den stromlosen Zustand das Vorsteuerventil 5 wieder in seine gesperrte Schaltstellung überführt werden, womit der Druck im Druckraum 10 (allmählich infolge der Verbindung über die Drossel 20 mit der Primärleitung 2) wieder ansteigt und in Folge fuidisch erzeugter Kraft auf die Kolbenfläche 11 das Hauptventil 4 in seinen geschlossenen Schaltzustand überführt wird. Derartige vorgesteuerte Agrarspritzen-Ventileinheiten 1 haben den Vorteil, dass mit relativ kleinen Spulen 14 und Ankern 15 und/oder kleinen steuernden Strömen hohe Drücke des Fluids und große Übertrittsquerschnitte 9 bei kleiner elektrischer Leistungsaufnahme gesteuert werden können. Gleichzeitig kann automatisch durch Vorgabe insbesondere der Größe der Kolbenflächen 11, 18, 19 sowie der Feder 17 vorgegeben werden, dass selbst bei Bestromung der Spule 14 erst eine Überführung des Hauptventils 4 in den geöffneten Schaltzustand erfolgt, wenn in der Primärleitung 2 ein Mindestdruck vorliegt.
Nachteilig ist bei der bekannten Ausbildung der Agrarspritzen-Ventileinheit 1 gemäß 1 und 2 für einen Einsatz derselben für eine Agrarspritze, dass sich in dem zweiten Leitungspfad mit kleinen Leitungsquerschnitten und mit dem Vorsteuerventil 5 mit gewünschter kleiner Bauweise Verunreinigungen, Partikel oder ähnliches ablagern können, die schlimmstenfalls zu Verstopfungen der Leitungen und Ventilquerschnitte und/oder Beeinträchtigungen der Bewegungsfreiheitsgrade der Ventilglieder führen können, die letztendlich zu Funktionsstörungen und Einschränkungen der Lebensdauer führen.
Zur Abhilfe hinsichtlich dieser Nachteile schlägt DE 10 2010 001 881 A1 eine Agrarspritzen-Ventileinheit vor, bei welcher kein zweiter Leitungspfad vorhanden ist, welcher die Primärleitung mit der Sekundärleitung verbindet. Vielmehr ist hier mittels eines elektromagnetisch gesteuerten Vorsteuerventils in Ausbildung als 3/2-Wegeventil der Druckraum, welcher den Ventilkörper in Schließrichtung beaufschlagt, wahlweise (unter Zwischenschaltung einer Drossel) mit der Primärleitung oder mit einer Entlüftung verbindbar. Auf diese Weise kann eine Art "Durchspülung" des Druckraums und der Leitungskanäle erfolgen mit einer sukzessiven Bewegung von Fluid und etwaigen Verunreinigungen in die Umgebung. Diese gewollte "Leckage" der Agrarspritzen-Ventileinheit ist aber unter Umständen unerwünscht. Möglich ist auch, dass diese gewollte Leckage fälschlicherweise als Fehlfunktion der Agrarspritzen-Ventileinheit angesehen wird.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Agrarspritzen-Ventileinheit vorzuschlagen, welche

– den Einsatz eines einfachen Vorsteuerventils ermöglicht,
– vereinfacht herzustellen ist,
– eine Durchspülung zur Vermeidung einer Funktionsstörung durch Verunreinigungen und/oder
– eine Stabilisierung einer angesteuerten Betriebsstellung des Hauptventils unabhängig von dem Volumenstrom und/oder den Drücken an der Primärleitung und der Sekundärleitung gewährleistet.

LÖSUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Agrarspritzen-Ventileinheit für eine Steuerung (womit auch eine Regelung umfasst sein kann). Der Ausbringrate, insbesondere dem Ermöglichen oder Sperren der Ausbringung eines Fluids, des Drucks und/oder des Volumenstroms eines durchgeleiteten Fluids o. ä., eines agraren Fluids. Eine mit einer Druckwelle des agraren Fluids verbundene Primärleitung ist sowohl über einen ersten Leitungspfad als auch über einen zweiten Leitungspfad mit einer Sekundärleitung, über welche die Ausbringung des Fluids erfolgt, verbindbar. In dem ersten Leitungspfad ist ein Hauptventil angeordnet, während in dem zweiten Leitungspfad ein Vorsteuerventil angeordnet ist. Der zweite Leitungspfad verläuft über einen Druckraum, welcher von einer Kolbenfläche des Ventilkörpers des Hauptventils begrenzt ist und dessen Druck den Ventilkörper des Hauptventils (vorzugsweise in Schließrichtung) beaufschlagt.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis auf, dass bei der bekannten Agrarspritzen-Ventileinheit 1 gemäß 2 der zweite, der Vorsteuerung des Hauptventils 4 dienende Leitungspfad zwischen dem Vorsteuerventil und der Sekundärleitung über eine Abführleitung 13 verläuft, welche an dem Ventilkörper 6 des Hauptventils 4 seitlich vorbeigeführt ist und sich somit durch das Gehäuse 7 der Agrarspritzen-Ventileinheit 1 erstrecken muss. Die Herstellung dieser unter Umständen filigranen Abführleitung 13 ist aufwendig. Des Weiteren führt eine derartige Ausgestaltung unter Umständen zu einem vergrößerten Bauraum zumindest seitlich des Ventilkörpers 6 des Hauptventils 4 und/oder zu einer vergrößerten Wandstärke des Gehäuses 7 in diesem Bereich mit einem erhöhtem Gewicht und Materialaufwand. Auch kann die Strömungsführung im Bereich einer gemäß 1 und 2 abgewinkelten Abführleitung 13 verschlechtert sein.
Zur Beseitigung dieser oder anderer Nachteile wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der zweite Leitungspfad zwischen dem Vorsteuerventil und der Sekundärleitung über einen Kanal verläuft, welcher sich durch den Ventilkörper erstreckt. Auf diese Weise kann eine besonders kompakte Bauweise herbeigeführt werden, wobei zumindest Teile des zweiten Leitungspfads aus dem Gehäuse in den Ventilkörper verlagert sein können. Unter Umständen ergibt sich hierdurch auch eine verbesserte Strömungsführung. Der Kanal kann beliebig ausgebildet sein, beispielsweise als einfache geradlinige Bohrung, als abgewinkelter oder kurvenförmiger Kanal, als Kanal mit veränderlichem und oder beliebigem Querschnitt o. ä. Im Rahmen der Erfindung kann des Weiteren der Kanal den Ventilkörper an einer beliebigen Stelle durchsetzen, so lange der Ventilkörper von dem Fluid durchströmt werden kann. Ist das Vorsteuerventil geöffnet, strömt Fluid von der Primärleitung durch den zweiten Leitungspfad, durch vorhandene Druckräume und durch das Vorsteuerventil sowie durch den Kanal des Ventilkörpers. Somit erfolgt die Durchspülung zur Vermeidung der Ablagerung von Verunreinigungen im Rahmen der Erfindung durch den sich durch den Ventilkörper erstreckenden Kanal.
Möglich ist, dass die Agrarspritzen-Ventileinheit lediglich den zuvor erläuterten Druckraum besitzt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein weiterer Druckraum vorhanden. Dieser weitere Druckraum ist von einer weiteren Kolbenfläche des Ventilkörpers des Hauptventils begrenzt. In diesen Druckraum mündet (vorzugsweise unmittelbar) der den Ventilkörper durchsetzende Kanal, so dass in diesem Druckraum der sekundärseitige Druck wirkt. Über diesen zusätzlichen Druckraum kann eine zusätzliche Beeinflussung der Kraftverhältnisse an dem Ventilkörper erfolgen, womit der konstruktive Spielraum und der Auslegungsspielraum für die erfindungsgemäße Agrarspritzen-Ventileinheit erweitert werden kann. Für die Anordnung und Ausgestaltung des weiteren Druckraums und der weiteren Kolbenfläche gibt es vielfältige Möglichkeiten.
Für eine besondere Weiterbildung dieser Ausgestaltung besitzt die weitere Kolbenfläche des Ventilkörpers des Hauptventils eine Fläche, die im Wesentlichen so groß ist wie eine entgegengesetzt wirkende Kolbenfläche, auf die in einer Schließstellung des Hauptventils der Druck der Sekundärleitung wirkt. Dieser Ausgestaltung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass gemäß der aus dem Stand der Technik bekannten Agrarspritzen-Ventileinheit die Kraftverhältnisse an dem Ventilkörper in der Schließstellung des Vorsteuerventils abhängig sind von dem Druck in der Sekundärleitung. Durch die erläuterte Bemessung der Flächen der entgegengesetzt zueinander wirkenden Kolbenflächen kann teilweiser oder vollständiger Druckausgleich erfolgen, welcher in der Schließstellung des Vorsteuerventils den Einfluss des Drucks in der Sekundärleitung beeinflusst, mindert oder vollständig beseitigt. Hierbei wird im Rahmen der Erfindung noch von einer Flächengleichheit dieser entgegengesetzt wirkenden Flächen ausgegangen, wenn die erläuterte Ausgleichsfunktion gewährleistet werden kann und beispielsweise die genannten Flächen nicht mehr als 5 %, 10 % oder 20 % voneinander abweichen.
Die Erfindung umfasst eine beliebige Leitungsführung in dem zweiten Leitungspfad zwischen der Primärleitung und dem Vorsteuerventil. Für eine erfindungsgemäße Ausgestaltung verläuft der zweite Leitungspfad zwischen der Primärleitung und dem Vorsteuerventil über einen Kanal oder eine Drosselbohrung, welcher oder welche sich durch den Ventilkörper erstreckt. Somit kann der Ventilkörper eine weitere Funktion übernehmen mit der einer Herbeiführung einer kompakten Bauweise und unter Umständen einer Einsparung zusätzlicher Kanäle in einem Gehäuse.
Während grundsätzlich beliebige Dimensionierungen der Leitungsquerschnitte, Drosselcharakteristika u. ä. im Bereich des zweiten Leitungspfads im Rahmen der Erfindung möglich sind, schlägt die Erfindung für eine weitere Ausgestaltung vor, dass der Kanal oder die Drosselbohrung, der oder die sich durch den Ventilkörper erstreckt und in dem zweiten Leitungspfad zwischen der Primärleitung und dem Vorsteuerventil angeordnet ist, einen größeren Strömungswiderstand oder einen kleineren Strömungsquerschnitt besitzt als der Kanal, der den Ventilkörper durchsetzt und in dem zweiten Leitungspfad zwischen dem Vorsteuerventil und der Sekundärleitung angeordnet ist. Für diese Ausgestaltung kann gewährleistet werden, dass in dem Druckraum des zweiten Leitungspfads, welcher an der Öffnung und Schließung des Hauptventils beteiligt ist, angesichts der unterschiedlichen Strömungswiderstände oder Strömungsquerschnitte in der Öffnungsstellung des Vorsteuerventils der sekundärseitige Druck überwiegt, während in der Schließstellung des Vorsteuerventils der primärseitige Druck vorherrscht. (Für den Fall, dass mehrere Kanäle oder Drosselbohrungen vorhanden sind, gilt das Entsprechende für die Gesamtwirkung der mehreren Kanäle oder Drosselbohrungen.)
Auch für die konstruktive Ausgestaltung des Ventilkörpers gibt es im Rahmen der Erfindung vielfältige Möglichkeiten, beispielsweise mit einstückiger oder mehrstückiger Ausgestaltung und/oder hinsichtlich der Geometrie und der eingesetzten Materialien u. ä. In besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist der Ventilkörper mit einer elastischen Membran und einem starren Ventilkörperteil gebildet. Hierbei können die elastische Membran einerseits und der starre Ventilkörperteil andererseits entsprechend ihren unterschiedlichen elastischen Eigenschaften unterschiedliche Funktionen übernehmen. Beispielsweise kann die elastische Membran je nach Durchbiegung eine Umlenkung des Fluids ermöglichen, zwischen einzelnen Gehäuseteilen unter Abdichtung verspannt sein und/oder an einen Ventilsitz unter Abdichtung in der Schließstellung des Hauptventils zur Anlage kommen. Hingegen kann das starre Ventilkörperteil zur Abstützung einer die Kraftverhältnisse des Ventilkörpers beeinflussenden Feder, der Führung der Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilkörpers und/oder einer Aufnahme eines Dichtelements wie eines Dichtrings und/oder der Ausbildung mehrerer, insbesondere abgestufter Kolbenflächen dienen.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung durchsetzt der Kanal oder die Drosselbohrung, der oder die sich durch den Ventilkörper erstreckt und in dem zweiten Leitungspfad zwischen der Primärleitung und dem Vorsteuerventil angeordnet ist, die Membran. Eine derartige Drosselbohrung oder ein derartiger Kanal kann auf einfache Weise hergestellt werden, wobei in diesem Fall die Membran auch multifunktional gebildet ist, in dem diese beispielsweise den Drosselquerschnitt einer Drosselbohrung begrenzen kann.
Möglich ist im Rahmen der Erfindung auch, dass sich der Kanal, welcher sich durch den Ventilkörper erstreckt und in dem zweiten Leitungspfad zwischen dem Vorsteuerventil und der Sekundärleitung angeordnet ist, durch das starre Ventilkörperteil erstreckt.
Im Rahmen der Erfindung kann ein beliebiges, an sich bekanntes Vorsteuerventil, beispielsweise ein elektromagnetisch betätigtes Ventil mit einer beliebigen Zahl von Anschlüssen und/oder Stellungen in Ausgestaltung als Sitzventil oder als Schieberventil, eingesetzt werden. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung schlägt den Einsatz eines elektromagnetischen 2/2-Wegeventils als Vorsteuerventil vor, welches über ein Minimum an Schaltstellungen mit einer Sperrstellung und einer Durchlassstellung und ein Minimum an Anschlüssen verfügt. Ein derartiges Vorsteuerventil ist kostengünstig herzustellen bzw. zu beziehen und erfüllt dennoch die erforderliche Steuerungsfunktion.
Möglich ist, dass die Kraftverhältnisse an dem Ventilkörper ausschließlich durch fluidische Kräfte, die Elastizität der Membran und/oder beliebige zusätzliche Federelemente beeinflusst sind. Für eine besondere erfindungsgemäße Agrarspritzen-Ventileinheit ist das Hauptventil über eine Druckfeder in Schließrichtung beaufschlagt, wobei sich diese Druckfeder an dem starren Ventilkörperteil abstützen kann.
Eine besondere erfindungsgemäße Ausgestaltung widmet sich dem Einfluss der Druckverhältnisse in der Primärleitung und der Sekundärleitung sowie den Strömungsverhältnissen, insbesondere den Strömungsgeschwindigkeiten und sich entlang der Strömung des Fluids ergebenden Drücken. Für diese Ausgestaltung der Erfindung bildet das starre Ventilkörperteil eine Führungsfläche für das Fluid aus. Diese Führungsfläche erstreckt sich benachbart eines Ventilsitzes des Hauptventils in einen Kanal der Sekundärleitung, so dass das Fluid nach Passieren des Ventilsitzes durch die Führungsfläche auf dem Weg in die Sekundärleitung geführt werden kann. Zwischen der von dem starren Ventilkörperteil ausgebildeten Führungsfläche und dem Kanal der Sekundärleitung ist in Strömungsrichtung des Fluids eine Erweiterung des Strömungsquerschnitts gebildet. Vorzugsweise bildet diese Erweiterung eine Art sich öffnende Düse, die zur Folge hat, dass sich entlang der Erweiterung eine Verringerung des Drucks ergibt, wobei das Ausmaß der Verringerung des Drucks von den Strömungsverhältnissen, insbesondere der Strömungsgeschwindigkeit, abhängig ist. Kommt es im Betrieb zu Schwankungen der Drücke in der Primärleitung, insbesondere angesichts einer schwankenden Druckbereitstellung durch eine fluidische Quelle oder eine Pumpe, und/oder in der Sekundärleitung, insbesondere durch ein unregelmäßiges Abnahmeverhalten des Fluids durch die Agrarspritze, kann durch diese strömungsabhängige Druckänderung an der Führungsfläche eine Selbstregulierung des Übertrittsquerschnitts des Hauptventils erfolgen. Beispielsweise kann hierdurch automatisiert eine gewünschte Stellung des Hauptventils und damit Größe des Übertrittsquerschnitts stabilisiert werden. Möglich ist je nach Auslegung aber auch, dass Schwankungen der Druckverhältnisse in der Primärleitung und/oder der Sekundärleitung oder Schwankungen des Strömungsverhaltens automatisch durch ein automatisch herbeigeführtes Vergrößern oder Verkleinern des Übertrittsquerschnitts des Hauptventils infolge der Druckänderungen im Bereich der Erweiterung des Strömungsquerschnitts und entsprechend veränderten auf den Ventilkörper wirkenden Kräften entgegengewirkt werden kann.
Grundsätzlich kann die Erweiterung des Strömungsquerschnitts eine beliebige Kontur und Geometrie besitzen. Eine besonders einfache Ausgestaltung ergibt sich, wenn die Führungsfläche für das Fluid von einem konusförmigen Fortsatz des starren Ventilkörperteils ausgebildet ist, welcher sich in der Öffnungsstellung des Hauptventils in einen insbesondere zylindrischen sekundärseitigen Kanal erstreckt, womit die Erweiterung des Strömungsquerschnitts ringförmig ist mit einer sukzessiven Verringerung des Innendurchmessers des Rings in Strömungsrichtung von der Primärleitung zu der Sekundärleitung.
Einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsform der Agrarspritzen-Ventileinheit gemäß 1 und 2 ist, dass hier das Fluid nicht vorrangig axial von einer primärseitigen Einführöffnung zu dem Ventilsitz des Vorsteuerventils durch den Druckraum strömt, sondern der Druckraum nur über eine Art Abzweigung mit dem Fluid versorgt wird. Dies hat unter Umständen zur Folge, dass keine "vollständige Durchströmung" des Druckraums erzielt werden kann, sondern vielmehr zumindest nicht durchströmte Teilbereiche des Druckraums, insbesondere im Bereich von Hinterschneidungen, vorhanden sind, die unzureichend durchströmt sind und in denen sich Verunreinigungen ablagern können. Dieser Erkenntnis trägt die Erfindung dadurch Rechnung, dass vorgeschlagen wird, dass sich der Druckraum, welcher zwischen der Primärleitung und dem Vorsteuerventil in dem zweiten Leitungspfad angeordnet ist, zwischen einem primärseitigen Einlass des Druckraums und einem sekundärseitigem Auslass des Druckraums erstreckt (als auf der Verbindungsgerade der beiden Einlässe und nicht seitlich hiervon).
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Kanal oder einer Drosselbohrung die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Kanal oder genau eine Drosselbohrung, zwei Kanäle oder zwei Drosselbohrungen oder mehr Kanäle oder mehr Drosselbohrungen vorhanden sein können. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.
Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
1 zeigt eine Prinzipskizze einer Agrarspritzen-Ventileinheit gemäß dem Stand der Technik, wobei sich ein Hauptventil in einem geschlossenen Schaltzustand und ein Vorsteuerventil in geschlossener Schaltstellung befindet.
2 zeigt die Agrarspritzen-Ventileinheit gemäß 1, wobei sich hier das Hauptventil in einem geöffneten Schaltzustand sowie das Vorsteuerventil in einer durchlassenden Schaltstellung befindet.
3 zeigt in einem schematisierten Längsschnitt eine erfindungsgemäße Agrarspritzen-Ventileinheit mit einem Hauptventil in einem geschlossenen Schaltzustand sowie einem Vorsteuerventil in einer gesperrten Schaltstellung.
4 zeigt die Agrarspritzen-Ventileinheit gemäß 3, wobei sich das Hauptventil in einem geöffneten Schaltzustand und das Vorsteuerventil in einer durchlassenden Schaltstellung befinden.
FIGURENBESCHREIBUNG
Für das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel, welches in den 3 und 4 dargestellt ist, werden teilweise für Bauelemente und Merkmale, die grundsätzlich Bauelementen und Merkmalen des Ausführungsbeispiels gemäß dem Stand der Technik, wie dieses in den 1 und 2 dargestellt und beschrieben ist, entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind einzelne Bezugszeichen lediglich in einer der dasselbe Ausführungsbeispiel in verschiedenen Schaltstellungen zeigenden 3 und 4 eingezeichnet.
Grundsätzlich ist die Agrarspritzen-Ventileinheit 1 mit drei Komponenten oder Modulen gebildet, nämlich einem Anschlussmodul 23, einem Hauptventilmodul 24 und einem Vorsteuermodul 25.
In dem Anschlussmodul 23 sind in einem Anschlussgehäuse 26 die Primärleitung 2 und die Sekundärleitung 3 gebildet. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel durchsetzt die mit einer Axialbohrung gebildete Sekundärleitung 3 das Anschlussgehäuse 26 in dem dargestellten Teilbereich zentral und koaxial zu einer Längsachse 27. Die Primärleitung 2 ist mit einem die Sekundärleitung 3 unter Zwischenschaltung eines hülsenartigen Fortsatzes 28 koaxial umgebenden Ringkanal 29 gebildet, in welchen mindestens eine Stichleitung 30 einmündet. Die dem Hauptventilmodul 24 zugewandte kreisringförmige Stirnfläche des hülsenartigen Fortsatzes 28 bildet den Ventilsitz 8 aus. Zumindest in dem in den 3 und 4 dargestellten Teilbereich ist das Anschlussmodul 23 mit einer im wesentlichen zylindrischen Mantelfläche ausgebildet, welche in dem dem Hauptventilmodul 24 zugewandten Endbereich mit einem Außengewinde 31 ausgestattet ist. Die Stichleitung 30 kann einen Anschluss besitzen, über welchen der Agrarspritzen-Ventileinheit 1 Fluid von der Druckmittelquelle zugeführt wird (in den Fig. nicht dargestellt). Hingegeben kann die Sekundärleitung 3 unmittelbar oder mittelbar mit einer Düsen- oder Spritzeneinheit verbunden sein, die unmittelbar von dem Anschlussgehäuse 26 ausgebildet sein kann, in dieses integriert sein kann oder von diesem gehalten sein kann.
Das Hauptventilmodul 24 verfügt über ein Hauptventilgehäuse 32. Das Hauptventilgehäuse 32 besitzt einen Aufnahmeraum 33 für den Ventilkörper 6. Der Aufnahmeraum 33 ist in Richtung des Anschlussmoduls 23 offen. Der Aufnahmeraum 33 besitzt in dem dem Anschlussmodul 23 zugewandten Endbereich eine erweiternde Fase 34, eine erste Zylinderfläche 35, die über einen Bund 36 übergeht in eine Zylinderfläche 37 mit verringertem Durchmesser, welche stufenlos übergeht in einen hohlzylindrischen Federraum 38 sowie einen hohlzylindrischen Druckraum 39. Der Federraum 38 und der Druckraum 39 sind durch einen hülsenartigen Gehäuseansatz 40 voneinander getrennt. Der Federraum 38 und der Druckraum 39 erstrecken sich ungefähr gleich weit in das Hauptventilmodul 24 hinein. In den Federraum 38 mündet ein Kanal 41, während in den Druckraum 39 ein Kanal 42 mündet. Die genannten Flächen, Räume und Kanäle sind einstückig von dem Hauptventilgehäuse 32 gebildet, wozu dieses beispielsweise als Gussteil, Spritzgussteil oder Frästeil ausgebildet sein kann. Das Hauptventilgehäuse 32 bildet auf der dem Anschlussgehäuse 26 zugewandten Seite einen Ringbund 43 aus.
Der Ventilkörper 6 ist gebildet mit einer elastischen Membran 44 und einem starren Ventilkörperteil 45, an welchem die Membran 44 gehalten ist. Die Membran 44 ist kreisringförmig ausgebildet mit grundsätzlich konstanter Dicke und einer umlaufenden Verdickung oder einem umlaufenden Wulst 46 am äußeren Rand. Das Ventilkörperteil 45 verfügt über einen konusförmigen Fortsatz 47, eine Ringnut 48, eine Verdickung 49, einen zylindrischen Bereich 50, dessen radiale Abmessung zumindest in einem Teilumfangsbereich kleiner ist als die der Verdickung 49, wobei die Verdickung 49 über eine Ringfläche 51 in den Bereich 50 übergeht, einen Überbrückungsbereich 52 sowie einen zylindrischen Führungs- und Dichtbereich 53 mit gegenüber dem Bereich 50 verringertem Durchmesser und integrierter umlaufender Nut 54 für ein Dichtelement 55, wobei die vorgenannten Komponenten in der genannten Reihenfolge in Richtung der Längsachse 27 hintereinander liegend angeordnet sind und durch eine koaxial zur Längsachse 27 orientierten durchgängigen Kanal 56, insbesondere eine Durchgangsbohrung, durchsetzt sind. In den Federraum 38 ist wie dargestellt koaxial zur Längsachse 27 eine Druckfeder 57 eingesetzt. Diese stützt sich mit einem Federfußpunkt ab an dem Boden des Federraums 38, während der andere Federfußpunkt abgestützt ist an der Ringfläche 51. Das Ventilkörperteil 54 ist derart in den Aufnahmeraum 33 eingesetzt, dass der Führungs- und Dichtbereich 53 mit dem in der Nut 54 angeordneten Dichtelement 55 in dem Druckraum 39 unter Abdichtung geführt ist. Eine ergänzende Führung kann optional erfolgen durch einen Gleitkontakt der Verdickung 49 mit der Zylinderfläche 35. In jedem Fall verbleibt aber ein Ringspalt oder ein sich lediglich über einen Teilumfang erstreckender Verbindungskanal für das Fluid zwischen der Verdickung 49 und der Zylinderfläche 35. Der innenliegende Rand der kreisringförmigen Membran 44 findet Aufnahme in der Ringnut 48 des Ventilkörperteils 45. Optional kann zusätzlich die Membran 44 stoffschlüssig an einer Stirnseite der Verdickung 49 und/oder der Ringnut 48 befestigt sein.
Die Befestigung des Hauptventilmoduls 24 an dem Anschlussmodul 23 erfolgt über eine Überwurfmutter 58, welche den Ringbund 43 des Hauptventilgehäuses 32 übergreift und ein Innengewinde 59 besitzt, mit welchem die Überwurfmutter 58 mit dem Außengewinde 31 des Anschlussgehäuses 26 verschraubt werden kann. Mit zunehmender Verschraubung presst die Überwurfmutter 58 über den Ringbund 43 das Hauptventilgehäuse 32 in Richtung des Anschlussgehäuses 26, womit, ggf. mit entsprechenden Nuten oder Ausnehmungen für den Wulst 46 der Membran 44, die Membran 44 randseitig zwischen Anschlussgehäuse 26 und Hauptventilgehäuse 32 mit der Erzielung einer Dichtwirkung verspannt wird. Die Membran 44 verfügt über eine oder mehrere über den Umfang verteilte Drosselbohrungen 61, welche in ständiger fluidischer Verbindung mit dem Ringkanal 29 und damit der Primärleitung 2 stehen.
Das Vorsteuermodul 25 ist lediglich schematisch dargestellt. In diesem findet ein Vorsteuerventil 5 Einsatz, welches für das dargestellte Ausführungsbeispiel als elektromagnetisch von einer nicht dargestellten Steuereinheit angesteuertes 2/2-Wegeventil 60 ausgebildet ist. Ein Anschluss des 2/2-Wegeventils 60 ist permanent mit dem Kanal 41 des Hauptventilmoduls 24 verbunden, während der andere Anschluss des 2/2-Wegeventils 60 permanent mit dem anderen Kanal 42 des Hauptventilmoduls 24 verbunden ist. Infolge der Beaufschlagung durch eine Feder befindet sich ohne elektrische Ansteuerung des 2/2-Wegeventils 60 dieses wie in 3 dargestellt in einer Sperrstellung, während mit elektrischer Ansteuerung des 2/2-Wegeventils 60 dieses gemäß 4 seine Durchlassstellung einnimmt.
Die Funktionsweise des dargestellten Ausführungsbeispiels der Agrarspritzen-Ventileinheit 1 ist wie folgt:
Für nicht bestromtes 2/2-Wegeventil 60 befindet sich dieses in der Sperrstellung, womit auch das Hauptventil 4 seine Sperrstellung einnimmt (3). Der höhere Druck der Primärleitung 2 gelangt (zeitverzögert) über die Drosselbohrung 61 auf die Rückseite der Membran 44, wo das Fluid über einen Zwischenraum oder Kanal oder mehrere Kanäle zwischen der Verdickung 49 des Ventilkörpers 6 und der Fase 34 und die Zylinderfläche 35 in einen Druckraum 62 gelangt. Dieser Druckraum 62 ist begrenzt mit einer Kolbenfläche 63 des Ventilkörpers 6, welche für das dargestellte Ausführungsbeispiel abgestuft ist und mit der Ringfläche 51 und einer weiteren Ringfläche 64 im Übergangsbereich von dem Bereich 50 zum Überbrückungsbereich 52 gebildet ist. Hierbei wird die wirksame Fläche der Kolbenfläche 63 bestimmt durch die Differenz der Fläche der äußeren Kontur der Verdickung 39 und der wirksamen Fläche des Dichtelements 55. In diesem Druckraum 62 und an der Kolbenfläche 63 steht für gesperrtes 2/2-Wegeventil der Druck der Primärleitung 2 an. Sowohl die Druckfeder 57 als auch der durch den Druck in dem Druckraum 62 an der Kolbenfläche 63 hervorgerufene Druck beaufschlagen den Ventilkörper 6 in Schließrichtung, womit die Membran 44 an den Ventilsitz 8 gepresst wird. Die Kraft, welche der Druck in dem primärseitigen Ringkanal 29 an einer Kolbenfläche der Membran 44 erzeugt, deren Fläche dem Kreisringquerschnitt des Ringkanals 29 entspricht, reicht nicht aus, um den Ventilkörper 6 entgegen der Beaufschlagung durch die Druckfeder 57 und durch den Druck an der Kolbenfläche 63 von dem Ventilsitz 8 abzuheben.
Wird durch elektrische Ansteuerung das 2/2-Wegeventil 60 in seine Durchlassstellung geschaltet, erfolgt ein Druckausgleich des Druckraums 62 mit der Sekundärleitung 3 über den Kanal 41, das 2/2-Wegeventil 60, den Kanal 42 und den Kanal 56, bis der Druck in dem Druckraum 62 auf den Druck in der Sekundärleitung 3 abgefallen ist. Der Drosselquerschnitt der mindestens einen Drosselbohrung 61 ist hierbei derart gewählt, dass die erläuterte Druckverringerung in dem Druckraum 62 nicht aufgehoben werden kann durch von der Primärleitung 2 durch die Drosselbohrung 61 nachströmendes Fluid. Entsprechend der Druckverringerung sinkt die den Ventilkörper 6 in Schließrichtung beaufschlagende fluidische Kraft. Der im Bereich des Ringkanals 29 auf die Membran 44 wirkende primärseitige Druck reicht nun aus, um den Ventilkörper 6 von dem Ventilsitz 8 weg zu bewegen, womit der Übertrittsquerschnitt 9 zwischen dem Ventilkörper 6 und dem Ventilsitz 8 geschaffen wird. Mit derartiger Öffnung des Hauptventils 4 steht der primärseitige Druck an einer vergrößerten wirksamen unteren Kolbenfläche der Membran 44 an, womit der Ventilkörper 6 zuverlässig in seine Durchlassstellung überführt und in dieser gehalten wird (4).
Auf dem Strömungsweg des Fluids wird das Fluid ausgehend von der Primärleitung 2 durch die gemäß 4 durchgebogene oder gekrümmte Membran 44 sanft und möglichst ohne Verwirbelungen derart umgelenkt, dass das Fluid radial nach innen strömen kann und letztendlich U-förmig den Ventilsitz 8 umströmt in die Sekundärleitung 3. Die Sekundärleitung 3 ist hier in dem dem Ventilsitz 8 zugewandten Endbereich mit einer zylindrischen Führungsfläche 65 gebildet, die mit einer von dem konusförmigen Fortsatz 47 ausgebildeten Führungsfläche 66 des Ventilkörpers 6 wie folgt zusammenwirkt: In Strömungsrichtung ist zwischen den Führungsflächen 65, 66 eine Erweiterung 67 gebildet, die einen Druckabfall zur Folge hat, der abhängig ist von dem Volumenstrom des Fluids oder der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids im Bereich der Erweiterung 67, so dass letztendlich auf den Ventilkörper 6 im Bereich des Fortsatzes 47 eine strömungsabhängige Kraft ausgeübt wird. Diese strömungsabhängige Kraft kann zur Stabilisierung einer Durchlassstellung des Hauptventils 4 oder einer gewünschten Arbeitsstellung, beispielsweise einer teilweisen Öffnungsstellung des Hauptventils 4, genutzt werden. Ebenfalls möglich ist, dass je nach Durchflussgeschwindigkeit eine Art Steuerung des Übertrittsquerschnitts durch diese strömungsabhängige Kraft im Bereich der Erweiterung 67 erfolgt.
Zwischen dem Zylinderbereich 39 des Hauptventilgehäuses 32 und dem Führungs- und Dichtbereich 53 ist ein weiterer Druckraum 68 gebildet, welcher durch eine von dem starren Ventilkörperteil 45 ausgebildeten Kolbenfläche 69 begrenzt ist. Ein gewisser Druckausgleich an dem Ventilkörper 6 hinsichtlich des sekundärseitigen Drucks erfolgt insbesondere in der Schließstellung gemäß 3, indem der sekundärseitige Druck sowohl an der Kolbenfläche 69 in Schließrichtung wirkt als auch zwischen dem Ventilsitz 8, insbesondere an dem Fortsatz 47 an einer Kolbenfläche 74 in Öffnungsrichtung wirkt.
Die Primärleitung 2 ist mit der Sekundärleitung 3 über zwei parallele Leitungspfade verbunden:

– Ein erster Leitungspfad 70 ist in der Öffnungsstellung des Hauptventils 4 mit dem Übertrittsquerschnitt 9 gebildet.
– Ein zweiter Leitungspfad 71 verläuft über die mindestens eine Drosselbohrung 61, den Zwischenraum zwischen Fase 34 und Zylinderfläche 35 des Hauptventilgehäuses 32 und der Verdickung 49 des Ventilkörperteils 45, den Druckraum 62, den Federraum 38, den Kanal 41, das Vorsteuerventil, hier das 2/2-Wegeventil 60, den Kanal 42, den Druckraum 68 und den Kanal 56, welcher den Ventil 6 durchsetzt. Für geöffnetes Vorsteuerventil durchströmt mit einem von dem Drosselquerschnitt der Drosselbohrung 61 abhängigen Volumenstrom Fluid den zweiten Leitungspfad 71, womit eine gute Durchspülung der beteiligten Kanäle und Druckräume gewährleistet ist und die Bildung von Ablagerungen durch Verunreinigungen reduziert oder vermieden ist. Von Vorteil ist hierbei, dass die Durchströmung des Druckraums 68 von dem Fluid geradlinig oder entlang einer schwach gekrümmten Kurve und ohne mehrfache Umlenkungen, Stichkanäle u. ä. zwischen einem Einlass 72 und einem Auslass 73 erfolgen kann.

Bezugszeichenliste

1: Agrarspritzen-Ventileinheit
2: Primärleitung
3: Sekundärleitung
4: Hauptventil
5: Vorsteuerventil
6: Ventilkörper
7: Gehäuse
8: Ventilsitz
9: Übertrittsquerschnitt
10: Druckraum
11: Kolbenfläche
12: Zuführleitung
13: Abführleitung
14: Spule
15: Anker
16: Feder
17: Feder
18: Ringfläche
19: Kolbenfläche
20: Drossel
21: Leitungspfad
22: Leitungspfad
23: Anschlussmodul
24: Hauptventilmodul
25: Vorsteuermodul
26: Anschlussgehäuse
27: Längsachse
28: Fortsatz
29: Ringkanal
30: Stichleitung
31: Außengewinde
32: Hauptventilgehäuse
33: Aufnahmeraum
34: Fase
35: Zylinderfläche
36: Bund
37: Zylinderfläche
38: Federraum
39: Druckraum
40: Gehäuseansatz
41: Kanal
42: Kanal
43: Ringbund
44: Membran
45: Ventilkörperteil
46: Wulst
47: Fortsatz
48: Ringnut
49: Verdickung
50: Bereich
51: Ringfläche
52: Überbrückungsbereich
53: Führungs- und Dichtbereich
54: Nut
55: Dichtelement
56: Kanal
57: Druckfeder
58: Überwurfmutter
59: Innengewinde
60: 2/2-Wegeventil
61: Drosselbohrung
62: Druckraum
63: Kolbenfläche
64: Ringfläche
65: Führungsfläche
66: Führungsfläche
67: Erweiterung
68: Druckraum
69: Kolbenfläche
70: erster Leitungspfad
71: zweiter Leitungspfad
72: Einlass
73: Auslass
74: Kolbenfläche

Claims

Agrarspritzen-Ventileinheit (1) für eine Steuerung der Ausbringung eines agraren Fluids, bei welcher a) eine Primärleitung (2) sowohl über einen ersten Leitungspfad (70) als auch über einen zweiten Leitungspfad (71) mit einer Sekundärleitung (3) verbindbar ist, wobei b) in dem ersten Leitungspfad (70) ein Hauptventil (4) angeordnet ist, c) in dem zweiten Leitungspfad (71) ein Vorsteuerventil (5) angeordnet ist, d) der zweite Leitungspfad (71) über einen Druckraum (62) verläuft, welcher von einer Kolbenfläche (63) des Ventilkörpers (6) des Hauptventils (4) begrenzt ist und dessen Druck den Ventilkörper (6) des Hauptventils (4) beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass e) der zweite Leitungspfad (71) zwischen dem Vorsteuerventil (5) und der Sekundärleitung (3) über einen Kanal (56) verläuft, welcher sich durch den Ventilkörper (6) erstreckt.
Agrarspritzen-Ventileinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Druckraum (68) vorhanden ist, welcher von einer weiteren Kolbenfläche (69) des Ventilkörpers (6) des Hauptventils (4) begrenzt ist und in welchen der sich durch den Ventilkörper (6) erstreckende Kanal (56) mündet.
Agrarspritzen-Ventileinheit (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Kolbenfläche (69) des Ventilkörpers (6) des Hauptventils (4) eine Fläche besitzt, die so groß ist wie eine Fläche einer entgegengesetzt wirkenden Kolbenfläche (74), auf die in einer Schließstellung des Hauptventils (4) der Druck der Sekundärleitung (3) wirkt.
Agrarspritzen-Ventileinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leitungspfad (71) zwischen der Primärleitung (2) und dem Vorsteuerventil (5) über einen Kanal oder eine Drosselbohrung (61) verläuft, welcher oder welche sich durch den Ventilkörper (6) erstreckt.
Agrarspritzen-Ventileinheit (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal oder die Drosselbohrung (61), der oder die sich durch den Ventilkörper (6) erstreckt und in dem zweiten Leitungspfad (71) zwischen der Primärleitung (2) und dem Vorsteuerventil (5) angeordnet ist, einen größeren Strömungswiderstand oder einen kleineren Strömungsquerschnitt besitzt als der Kanal (56), der den Ventilkörper (6) durchsetzt und in dem zweiten Leitungspfad (71) zwischen dem Vorsteuerventil (5) und der Sekundärleitung (3) angeordnet ist.
Agrarspritzen-Ventileinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (6) mit einer elastischen Membran (44) und einem starren Ventilkörperteil (45) gebildet ist.
Agrarspritzen-Ventileinheit (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kanal oder die Drosselbohrung (61), der oder die sich durch den Ventilkörper (6) erstreckt und in dem zweiten Leitungspfad (71) zwischen der Primärleitung (2) und dem Vorsteuerventil (5) angeordnet ist, durch die Membran (44) erstreckt.
Agrarspritzen-Ventileinheit (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kanal (56), der sich durch den Ventilkörper (6) erstreckt und in dem zweiten Leitungspfad (71) zwischen dem Vorsteuerventil (5) und der Sekundärleitung (3) angeordnet ist, durch das starre Ventilkörperteil (45) erstreckt.
Agrarspritzen-Ventileinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsteuerventil (5) als elektromagnetisches 2/2-Wegeventil (60) ausgebildet ist.
Agrarspritzen-Ventileinheit (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptventil (4) über eine Druckfeder (57), welche sich an dem starren Ventilkörperteil (45) abstützt, in Schließrichtung beaufschlagt ist.
Agrarspritzen-Ventileinheit (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das starre Ventilkörperteil (45) eine Führungsfläche (66) für das Fluid ausbildet, welche sich benachbart eines Ventilsitzes (8) des Hauptventils (4) in die Sekundärleitung (3) erstreckt, wobei zwischen der von dem starren Ventilkörperteil (45) ausgebildeten Führungsfläche (66) und einer von der Sekundärleitung (3) ausgebildeten Führungsfläche (65) in Strömungsrichtung des Fluids eine Erweiterung (67) des Strömungsquerschnitts gebildet ist.
Agrarspritzen-Ventileinheit (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsfläche (66) für das Fluid von einem konusförmigen Fortsatz (47) des starren Ventilkörperteils (45) ausgebildet ist.
Agrarspritzen-Ventileinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Druckraum (62), welcher zwischen der Primärleitung (2) und dem Vorsteuerventil (5) in dem zweiten Leitungspfad (71) angeordnet ist, zwischen einem Einlass (72) des Druckraums (62) und einem Auslass (73) des Druckraums (62) erstreckt.