DE102017220028A1

DE102017220028A1 - Spritzeinrichtung und Verfahren

Info

Publication number: DE102017220028A1
Application number: DE102017220028.6A
Authority: DE
Inventors: Jochen Glasbrenner; Helmut Schomburg; Olaf Ohlhafer; Steffen Sies; Dieter Amesoeder; Hans-Arndt Freudigmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2019-05-16
Also published as: BR112020009048A2; WO2019091797A1; US20200253184A1; EP3706568A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spritzeinrichtung (1) zum Ausbringen von Flüssigkeiten, insbesondere für landwirtschaftliche Zwecke, mit zumindest einer Spritzdüse (4) zum Ausspritzen der Flüssigkeit und mit zumindest einer Mischeinrichtung (15), die zumindest eine Mischkammer (16) aufweist, wobei in die Mischkammer (16) zumindest ein erster Zulauf (20,21) für eine Trägerflüssigkeit (TF), zumindest zweite Zuläufe (17-19) für unterschiedliche Wirkstoffflüssigkeiten (A,B,C) und zumindest einen mit der Spritzdüse (4) verbundenen Ablauf (22) münden. Es ist vorgesehen, dass jedem der Zuläufe (17-19) ein betätigbares Ventil (23-27) zugeordnet ist, und mit einer Einrichtung (CPU), welche die Ventile (23-27) bei bestimmungsgemäßem Gebrauch derart betätigt, dass sich in den Ablauf unabhängig von der Betätigung der Ventile/Beschaltung der Zuläufe (17-21) ein konstanter Volumenstrom ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spritzeinrichtung zum Ausbringen von Flüssigkeiten, insbesondere für landwirtschaftliche Zwecke, mit zumindest einer Spritzdüse zum Ausspritzen der Flüssigkeit und mit zumindest einer Mischeinrichtung, die zumindest eine Mischkammer aufweist, wobei die Mischkammer zumindest einen ersten Zulauf für eine Trägerflüssigkeit, zumindest zwei zweite Zuläufe für eine Wirkstoffflüssigkeit und zumindest einen mit der zumindest einen Spritzdüse verbundenen Ablauf aufweist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Spritzeinrichtung.
Stand der Technik
Bei heutigen landwirtschaftlichen Pflanzenschutzmaßnahmen muss die Spritzbrühe bestehend aus zumindest einem Wirkstoffmittel, insbesondere einer Wirkstoffflüssigkeit, wie beispielsweise Pflanzenschutzmittel, sowie einer Trägerflüssigkeit, insbesondere Wasser, vor der eigentlichen Applikation auf einem Feld vorgemischt werden. Am Ende der Applikation muss der das jeweilige Mittel bereitstellende Tank in der Regel vollständig auf dem Feld entleert und gereinigt werden. Ein Reagieren auf die Beschaffenheit des Feldes und auf den eigentlichen lokalen Bedarf an Pflanzenschutzmittel ist daher kaum möglich. Die komplette angemischte Spritzbrühe wird daher vollständig auf dem Feld ausgebracht.
Es sind auch Systeme bekannt, bei welchen die Wirkstoffflüssigkeiten unverdünnt in einem eigenen Tank mitgeführt werden und erst bei Bedarf mit der Trägerflüssigkeit beim Ausbringen auf das Feld vermischt werden. Für diesen Mischvorgang ist es erforderlich, die Wirkstoffflüssigkeit mit der Trägerflüssigkeit bedarfsgerecht dosieren zu können. Dieser Dosiervorgang wird auch als Direkteinspeisung bezeichnet und verlangt einen aufwändigen Aufbau einer Spritzeinrichtung, welche hierfür notwendige Ventile und dergleichen vorsehen muss.
Spritzeinrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. So offenbart beispielsweise die Offenlegungsschrift DE 10 2006 059 193 A1 eine Spritzeinrichtung, die eine Mischkammer aufweist, welcher eine Trägerflüssigkeit sowie eine Wirkstoffflüssigkeit, insbesondere ein Pflanzenschutzmittel, zuführbar sind. Dabei ist vorgesehen, die Wirkstoffflüssigkeit zunächst zur Vorverdünnung in zumindest eine Bypassleitung einzuspeisen, wobei die das mit der Trägerflüssigkeit vorverdünnte Wirkstoffmittel enthaltende Bypassleitung in eine zu mehreren Spritzdüsen führende Trägerflüssigkeitsleitung mündet. Um die Vermischung beziehungsweise das Verhältnis von Trägerflüssigkeit und Wirkstoffflüssigkeit zu beeinflussen, sind mehrere unabhängig voneinander ansteuerbare Durchlassventile beziehungsweise Einstellventile mit jeweils einem Ventilelement als Stellelement vorhanden, die der die Mischkammer bildenden Flüssigkeitsleitungen vorgeschaltet sind.
Eine weitere Spritzeinrichtung ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 31 40 441 A1 bekannt, mit einer Dosierpumpe, die als Kolbenpumpe ausgebildet ist, wobei in der Dosierpumpe Trägerflüssigkeit und Wirkstoffflüssigkeit zusammengeführt werden, sodass die Dosierpumpe selbst als Mischeinrichtung mit einer Mischkammer und die Kolben als Stellelemente wirken.
Weiterhin ist aus der Offenlegungsschrift DE 39 08 963 A1 eine Spritzeinrichtung bekannt, mit Dosierpumpen, welche sowohl die Wirkstoffflüssigkeit als auch die Trägerflüssigkeit in eine Mischkammer bei Bedarf in einem gewünschten Mischverhältnis hinein pumpen.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Spritzeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine schnelle und situationsgerechte Pflanzenschutzmaßnahme vorgenommen werden kann, wobei sichergestellt ist, dass die Gesamtausbringmenge beziehungsweise der der zumindest einen Spritzdüse zugeführten Volumenstrom unabhängig von der Anzahl der zudosierten Wirkstoffflüssigkeiten konstant bleibt. Hierdurch ist eine optimale Applikation der Pflanzenschutzmittel auf einem Feld gewährleistet. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass jedem der Zuläufe ein betätigbares Ventil zugeordnet ist, und dass die Spritzeinrichtung eine Einrichtung aufweist, welche die Ventile bei bestimmungsgemäßem Gebrauch derart betätigt, dass sich in dem Ablauf unabhängig von der Betätigung der Ventile beziehungsweise der Beschaltung der Zuläufe ein konstanter Volumenstrom ergibt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die den Zuläufen zugeordneten Ventile jeweils gleich ausgebildet sind. Hierdurch ergibt sich eine hohe Anzahl von Gleichteilen, welche eine einfache Montage und eine kostengünstige Bereitstellung der Spritzeinrichtung gewährleistet. Darüber hinaus wird hierdurch erreicht, dass aufgrund der gleichen Ausbildung der Ventile die Ventile jeweils den gleichen Strömungswiderstand aufweisen und auch die gleichen Durchströmungsquerschnitte zur Verfügung stellen.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass jedem Ventil eine Pumpeneinrichtung zum Fördern der jeweiligen Flüssigkeit vorgeschaltet ist, wobei die Pumpeneinrichtungen dazu ausgebildet sind, jeweils den gleichen Förderdruck bereitzustellen. Dies soll nicht bedeuten, dass jedem Ventil eine eigene Pumpeneinrichtung vorgeschaltet sein muss. Vielmehr soll dies bedeuten, dass mehreren Ventilen auch eine gemeinsame Pumpeneinrichtung vorgeschaltet sein kann. Wichtig ist jedoch, dass jedem Ventil eine Pumpeneinrichtung, ob gemeinsam oder allein, vorgeschaltet ist, um den gewünschten Förderdruck auf das jeweilige Ventil bereitzustellen. Somit ist insbesondere jeweils eine Pumpenvorrichtung den Ventilen mit einer gemeinsamen Zuführleitung vorgeschaltet. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Pumpeneinrichtungen gleich ausgebildet sind. Durch die Gewährleistung des gleichen Förderdrucks wird erreicht, dass die Ventile jeweils das gleiche Strömungsvolumen bereitstellen. Dies gilt sowohl für die Zuläufe der Wirkstoffflüssigkeit als auch für den zumindest einen Zulauf für die Trägerflüssigkeit. Dadurch bleibt der Gesamtvolumenstrom erhalten, wenn beispielsweise ein Ventil geschlossen und ein anderes Ventil geöffnet wird.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Mischeinrichtung drei zweite Zuläufe für drei unterschiedliche Wirkstoffflüssigkeiten aufweist. Damit weist die Mischeinrichtung zumindest vier Zuläufe insgesamt auf. Damit lassen sich unterschiedliche Schaltkombinationen erreichen, bei welchen jeweils ein oder mehrere Wirkstoffflüssigkeiten mit der Trägerflüssigkeit gemischt und ein Umschalten zwischen Wirkstoffflüssigkeiten erfolgen kann, ohne dass sich hierdurch der Gesamtvolumenstrom, der durch den Ablauf strömt, verändert.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mischeinrichtung zwei erste Zuläufe für die Trägerflüssigkeit aufweist. Dadurch, dass auch zwei erste Zuläufe für die Trägerflüssigkeit vorhanden sind, ist auch eine Dosierung der Trägerflüssigkeit durch Ein- und Ausschalten der zwei den ersten Zuläufen zugeordneten Ventile möglich. Hierdurch wird die Variantenvielfalt der Mischeinrichtung erhöht, bei gleichbleibendem Ausgangsvolumenstrom.
Vorzugsweise ist die Einrichtung mechanisch arbeitend ausgebildet und weist dazu wenigstens eine in der Mischkammer angeordnete Nockenwelle zur mechanischen Betätigung der Ventile auf. Dadurch ist gewährleistet, dass die Ventile stets gleichzeitig durch eine Bewegung der Nockenwelle betätigt werden, wodurch sichergestellt ist, dass stets das Gesamtfördervolumen durch den Auslass strömt. Hierzu werden die Nockenkurven der Nockenwelle entsprechend gewählt. Vorzugsweise weist das jeweilige Ventil ein beweglich gelagertes und in Richtung der Nockenwelle federvorgespanntes Ventilelement auf, das in einem von der Nockenwelle unbetätigtem Zustand an einem Ventilsitz des Ventils den betroffenen Zugang verschließend dicht anliegt. Das jeweilige Ventil weist also ein bewegliches Ventilelement auf, das im Normalzustand, beziehungsweise einem Zustand, wenn es durch die Nockenwelle nicht betätigt ist, an einem Ventilsitz dichtend anliegt, und dadurch den betroffenen beziehungsweise zugeordneten Zulauf/Zugang verschließt. Durch Verdrehen der Nockenwelle wird das Ventilelement durch die Nockenwelle entgegen der Federkraft verschoben, sodass es einen Abstand zu dem Ventilsitz einnimmt, wodurch der Durchströmungsquerschnitt freigegeben und Wirkflüssigkeit oder Trägerflüssigkeit durch den so geöffneten Zugang hindurchströmen kann. Durch die Federvorspannung wird gewährleistet, dass das Ventilelement stets sicher in den Ventilsitz zurückfindet und eine Zwangsführung für das Ventilelement an der Nockenwelle vorliegt.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass jedem Ventil ein ansteuerbarer Aktuator zugeordnet ist, und dass die Einrichtung dazu ausgebildet ist, die Aktuatoren elektrisch anzusteuern. In diesem Fall erfolgt die Sicherstellung des gleichbleibenden Ausgangsvolumenstroms nicht durch die in der Mischeinrichtung vorhandene Mechanik, sondern durch eine elektrische Ansteuerung der Aktuatoren mittels der Einrichtung. Die Einrichtung weist dazu bevorzugt eine Steuereinheit, insbesondere ein Mikroprozessor, auf, welche die Ansteuerung der Aktuatoren übernimmt, in Abhängigkeit von einer angeforderten Pflanzenschutzmaßnahme.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Einrichtung dazu ausgebildet ist, die Aktuatoren mittels einer Pulsweitenmodulationsansteuerung zu betätigen. Durch die Pulsweitenmodulationsansteuerung wird erreicht, dass auch Zwischenstellungen der Ventile erreichbar sind, sodass beispielsweise ein Durchströmungsquerschnitt nicht vollständig, sondern durch das jeweilige Ventil noch teilweise freigegeben wird. Dadurch ist eine weitere Beeinflussung der Mischverhältnisse der Wirkstoffflüssigkeiten sowie der Trägerflüssigkeiten möglich.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Mischeinrichtung ein Gehäuse auf, das eine Mischbohrung aufweist, in welche die Zuläufe münden. Die Mischkammer wird somit durch eine Mischbohrung gebildet, in welche die Zuläufe jeweils münden, und aus welcher zweckmäßigerweise auch der Ablauf ausmündet. Durch die Mischbohrung ist die Mischkammer auch besonders kostengünstig und in einfacher Art und Weise gefertigt.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass in der Mischbohrung zumindest ein Festkörper zur Reduzierung des Mischvolumens angeordnet ist. Mit zunehmendem Mischvolumen nimmt auch der Aufwand zu, die Mischkammer nach einer erfolgten Pflanzenschutzmittelapplikation zu reinigen und auszuspülen. Durch das Integrieren eines Festkörpers in die Mischbohrung hinein, wird dieses Volumen reduziert, sodass auch das Ausspülen beziehungsweise Reinigen erleichtert beziehungsweise optimiert wird.
Besonders bevorzugt ist der Festkörper als statischer Mischer ausgebildet. Hierdurch wird die Durchmischung der Wirkstoffflüssigkeiten mit der Trägerflüssigkeit verbessert und ein optimales Applikationsergebnis erzielt. Vorzugsweise sind die Wirkstoffflüssigkeiten bereits vorverdünnt, um die Austragsmenge insgesamt zu erhöhen.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass zwischen zumindest einem Zulauf ein Filterelement derart zugeordnet ist. Durch den Filter wird erreicht, dass Partikel oder andere Festbestandteile, welche die Mischkammer und die Spritzdüsen verunreinigen und im schlimmsten Fall verstopfen könnten, daran gehindert sind, in die Mischkammer einzudringen. Dadurch wird die Lebensdauer der Spritzeinrichtung erhöht. Insbesondere können dadurch Wartungszyklen gekürzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 sieht vor, dass die Ventile der Mischeinrichtung derart betätigt werden, dass während eines Pflanzenschutzmittelapplikationsvorgangs, bei welchem das Mischungsverhältnis in der Mischkammer verändert wird, durch den Ablauf stets der gleiche Volumenstrom ein oder mehrere Spritzdüsen zugeführt wird. Hierdurch werden die zuvor genannten Vorteile erreicht.
Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen

1 eine vorteilhafte Spritzeinrichtung in einer vereinfachten Darstellung,
2 eine schematische Detailansicht der Spritzeinrichtung,
3 eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Mischeinrichtung der Spritzeinrichtung,
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorteilhaften Spritzeinrichtung,
5A bis 5C die Mischeinrichtung in unterschiedlichen Ansichten,
6 eine Detailschnittdarstellung der Mischeinrichtung,
7 Varianten der Mischeinrichtung in perspektivischen Darstellungen und
8A bis 8D weitere Varianten der Mischeinrichtung in unterschiedlichen Ansichten.

1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine Spritzeinrichtung 1, die ein als Traktor ausgebildetes Fahrzeug 2 aufweist, welches ein Spritzsystem 3, aufweisend eine Vielzahl von Spritzdüsen 4 trägt, wobei die Spritzdüsen 4 über einen Querträger 5 nebeneinander verteilt angeordnet sind. Das Fahrzeug 2 zieht den Querträger 5 und die Spritzdüsen 4 hinter sich her, sodass die Spritzdüsen oberhalb eines Bodens 6 liegen, um auf dem Boden und gegebenenfalls darauf befindliche Pflanzen Pflanzenschutzmittel zu applizieren. Das Fahrzeug 2 trägt dazu außerdem mehrere Tanks 7, 8, 9 und 10, wobei in den Tanks 7 8 und 9 jeweils ein flüssiges Wirkstoffmittel A, B beziehungsweise C vorrätig gehalten ist, und in dem Tank C eine Trägerflüssigkeit TF, insbesondere in Form von Wasser. Die Tanks 7 bis 10 sind mit den Spritzdüsen 4 durch ein oder mehrere Mischeinrichtungen verbunden, die im Folgenden näher erörtert werden sollen. Zur Förderung der jeweiligen Flüssigkeit ist jedem Tank eine Pumpeinrichtung 11, 12, 13 und 14 zugeordnet, mittels welcher die jeweilige Flüssigkeit entnehmbar und der im Folgenden beschriebenen Mischeinrichtung zuführbar ist. Während in dem folgenden Ausführungsbeispiel drei unterschiedliche Wirkstoffmitteltanks 7, 8 und 9 gezeigt und beschrieben werden, ist es jedoch selbstverständlich, dass die Spritzeinrichtung 1 auch mehr oder weniger Wirkstoffmitteltanks aufweisen kann.
2 zeigt in eine vereinfachte Detailansicht der Spritzeinrichtung 1, in welcher die vier Tanks 7, 8, 9 und 10, die zugeordneten Pumpenvorrichtungen 11 bis 14 sowie zwei der Spritzdüsen 4 gezeigt sind. Den Spritzdüsen 4 ist jeweils eine Mischeinrichtung 15 vorgeschaltet, die jeweils mit den Pumpenvorrichtungen 11, 12, 13 und 14 durch entsprechende Fluidleitungen verbunden sind. Damit ist jede der Mischeinrichtung 15 mit der jeweiligen Flüssigkeit beaufschlagbar, wobei die Mischeinrichtung 15 dazu ausgebildet ist, ein gewünschtes Mischungsverhältnis der einzelnen Flüssigkeiten miteinander einzustellen und der jeweiligen Spritzdüse 4 zuzuführen.
Die durch die Mischeinrichtung 15 zur Verfügung zustellende Spritzbrühe besteht aus der Trägerflüssigkeit und einem Pflanzenschutzmittel, beispielsweise A, B oder C, oder aus einer Kombination von diesen. Typischerweise bewegt sich die Zusammensetzung der Spritzbrühe im Bereich von 25 bis 200 Volumenanteilen Trägerflüssigkeit auf einen Volumenanteil des Pflanzenschutzmittels für flüssige und festförmige Pflanzenschutzmittel im Bereich von 50 bis 20.000 Massenteile Trägerflüssigkeit auf einen Massenanteil Pflanzenschutzmittel. Natürlich sind auch hiervon abweichende Werte möglich. Dadurch, dass die Mischeinrichtung 15 der jeweiligen Spritzdüse 4 jeweils vorgeschaltet ist, ergibt sich der Vorteil, dass eine Vermischung der einzelnen Flüssigkeiten erst kurz vor der Spritzdüse erfolgt, sodass zum einen jede Spritzdüse eine individuelle Zusammensetzung der Spritzbrühe abgeben kann, und dass zum anderen das Volumen, das im Anschluss an eine Pflanzenschutzmittelapplikation aus den Leitungen der Spritzeinrichtung 1 entfernt werden müsste, zur Reinhaltung derer Bestandteile, besonders gering gehalten wird.
Während vorliegend die Mischeinrichtungen 15 direkt einer Spritzdüse 4 vorgeschaltet sind, ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass jeweils eine Teilbreite, also einer vorbestimmten Anzahl von nebeneinanderliegend angeordneten Spritzdüsen 4, nur eine Mischeinrichtung 15 vorgeschaltet ist, sodass die Teilbreite von Spritzdüsen 4 jeweils die gleiche Spritzbrühe auf das Feld appliziert. Auch kann vorgesehen sein, dass die Mischeinrichtung 15 den Tanks 7, 8, 9, 10 beziehungsweise deren Pumpenvorrichtung 11 bis 14 unmittelbar nachgeschaltet ist, um frühzeitig die gewünschte Spritzbrühe herzustellen und allen Spritzdüsen 4 der Spritzeinrichtung 1 zuzuführen. Zur Einzeldüsenschaltung ist zusätzlich jede Spritzdüse 4 optional mit einem einfachen Schaltventil ausgestattet, welches eine Aktivierung und Deaktivierung der jeweiligen Spritzdüse einfach ermöglicht.
Bei einer typischen Applikation von Pflanzenschutzmittel mit einer Trägerflüssigkeit ist es erforderlich, die Gesamtaufwandsmenge, insbesondere die Menge an Trägerflüssigkeit, konstant zu halten. So sollte bei einem Umschalten von beispielsweise einem Pflanzenschutzmittel auf eine Kombination von mehreren Pflanzenschutzmitteln die Gesamtaufwandsmenge pro Spritzdüse 4 beziehungsweise pro zu bespritzender Fläche konstant bleiben. Durch die vorteilhafte Ausbildung der Spritzeinrichtung 1 ist es nunmehr möglich, einen konstanten Volumenstrom der jeweiligen Spritzdüse zuzuführen, unabhängig davon, welche Kombination von Pflanzenschutzmitteln und Trägerflüssigkeit gewählt ist, und ob diese Kombination während des Betriebs gewechselt wird.
Hierzu ist vorgesehen, dass die Pumpeneinrichtungen 11 bis 14 dazu ausgebildet sind, den gleichen Volumenstrom und/oder den gleichen Fluiddruck bereitzustellen, sodass sich von den Pumpenvorrichtungen 11 bis 14 jeweils ein konstanter beziehungsweise gleicher Volumenstrom für alle Flüssigkeiten ergibt. Dadurch wird auch gewährleistet, dass für die Pflanzenschutzmittelapplikation eine optimale Tropfengröße an der jeweiligen Spritzdüse 4 gewährleistet ist. Aufgrund der vorteilhaften Ausbildung bleibt auch die Tropfengröße oder das Tropfengrößenspektrum gleich, auch dann, wenn zwischen den Pflanzenschutzmitteln gewählt wird. Dies soll im Folgenden näher erörtert werden.
3 zeigt dazu in einer schematischen Darstellung die Mischeinrichtung 15. Diese weist eine Mischkammer 16 auf, in welcher die verschiedenen Flüssigkeiten miteinander vermengt werden können. Die Mischkammer 16 weist dazu mehrere Zuläufe 17 bis 21 auf, sowie einen zu zumindest einer der Spritzdüsen 4 führenden Ablauf 22.
Den Zuläufen 17 bis 21 ist jeweils ein Ventil 23, 24, 25, 26 und 27 zugeordnet, welches den Durchströmungsquerschnitt des jeweiligen Zulaufs 17 bis 21 verschließen, freigeben oder teilweise freigeben kann. Dazu sind die Ventile 23 bis 27 elektrisch ansteuerbar ausgebildet. Insbesondere weisen die Ventile 23 bis 27 jeweils einen Aktuator 23', 24', 25', 26' und 27' zum Bewegen eines verstellbaren Ventilelements auf, das entgegen der Kraft einer Rückstellfeder bewegbar ist. Die Ventile 23 bis 27 sind in der 3 vereinfacht gezeichnet. Das Ventil 23 ist dabei zwischen der Pumpenvorrichtung 11 und der Mischkammer 16 geschaltet, das Ventil 24 zwischen der Pumpenvorrichtung 12 und der Mischkammer 16, das Ventil 25 zwischen der Pumpenvorrichtung 13 und der Mischkammer 16 und die Ventile 26 und 27 sind jeweils zwischen der Pumpenvorrichtung 14 und der Mischkammer 16 geschaltet. Durch die Ventile 26, 27 ist somit jeweils die Trägerflüssigkeit beziehungsweise der Volumenstrom der Trägerflüssigkeit in die Mischkammer 16 einstellbar, während mit den Ventilen 23, 24 und 25 jeweils die Wirkstoffflüssigkeiten A, B und C einstellbar sind. Die Wirkstoffflüssigkeiten sind zweckmäßigerweise bereits mit der Trägerflüssigkeit vorverdünnt in den Tank 7, 8, 9 gelagert oder werden über ein geeignetes Vormischsystem bereitgestellt.
Vorliegend sind die Ventile 23 bis 27 gleich ausgebildet, und durch Ansteuern der Aktuatoren 23' bis 27' durch eine Steuereinheit CPU derart miteinander kombiniert, dass am Auslass 22 stets ein konstanter Volumenstrom Q_ges vorliegt. Dies wird dadurch erreicht, dass zum einen in den Zuführleitungen, also an der Druckseite der jeweiligen Pumpeneinrichtung 11 bis 14 der gleiche Druck vorliegt.

In der folgenden Tabelle sind in der ersten Spalte unterschiedliche Kombinationen von Pflanzenschutzmitteln A, B und C mit der Trägerflüssigkeit TF beziehungsweise entsprechende Schaltkombinationen zum Erreichen des Volumenstroms Q_ges aufgelistet. In den fünf dahinter angeordneten Spalten sind die Grundschaltstellungen der einzelnen Ventile 23 bis 27 gezeigt. Dabei steht „AN“ für ein vollständig geöffnetes Ventil und „AUS“ für ein vollständig geschlossenes Ventil:

	Ventil 23	Ventil 24	Ventil 25	Ventil 26	Ventil 27
A+TF	AN	AUS	AUS	AN	AN
B+TF	AUS	AN	AUS	AN	AN
C+TF	AUS	AUS	AN	AN	AN
A+B+TF	AN	AN	AUS	AN	AUS
A+C+TF	AN	AUS	AN	AN	AUS
C+B+TF	AUS	AN	AN	AN	AUS
A+B+C+TF	AN	AN	AN	AUS	AUS

Eine Schaltkombination 26 = AN und Ventil 27 = AUS kann alternativ über die Schaltkombination Ventil 26 = AUS und Ventil 27 = AN dargestellt werden.
Die hydraulischen Widerstände der einzelnen Ventile 23 bis 27 sind aufgrund ihrer gleichen Ausbildung ebenfalls gleich. Somit fließt für die in der Tabelle dargestellten Schaltkombinationen ein Drittel des gesamten Volumenstroms Q_ges über die jeweils geöffneten Ventile. Typischerweise wird für eine Applikation der Volumenstrom Q_ges durch eine Spritzdüse 4, vorgegeben. Des Weiteren ist die Konzentration C₂ , also das Volumen der jeweiligen Komponente geteilt durch das gesamte Volumen in einem Referenzelement (dabei wird von einer konstanten Dichte und molaren Masse ausgegangen), der einzelnen Pflanzenschutzmittel A, B, C ebenfalls vorgegeben. Damit die Sollkonzentration für die einzelnen Schaltkombinationen eingehalten wird, werden die Pflanzenschutzmittel A, B, C mittels der Trägerflüssigkeit TF auf eine Konzentration C₁ verdünnt. Dabei entspricht die jeweilige Konzentration C₁ für den dargestellten Schaltplan in der oben genannten Tabelle dem dreifachen der Endkonzentration C₂ .

Wird beispielsweise der gesamte Volumenstrom Q_ges auf 3 l/min und die Konzentrationen der einzelnen Pflanzenschutzmittel A, B, C wie folgt festgelegt: C_2A = 0,01, C_2B = 0,02 und C_2C = 0,001, so ergeben sich für die einzelnen Schaltkombinationen in der oben genannten Tabelle folgende Volumenströme um Konzentrationen Ci:

	Q_ges in l/min	C_2A	C_2B	C_2C	Q_VA in l/min	Q_VB in l/min	Q_VC in l/min	Q_VTF1 in l/min	Q_VTF2 in l/min	C_1A	C_1B	C_1c
A+TF	3	0.01	0	0	1	0	0	1	1	0.03	-	-
B+TF	3	0	0.02	0	0	1	0	1	1	-	0.06	-
C+TF	3	0	0	0.001	0	0	1	1	1	-	-	0.003
A+B+TF	3	0.01	0.02	0	1	1	0	1	0	0.03	0.06	-
A+C+TF	3	0.01	0	0.001	1	0	1	1	0	0.03	-	0.003
C+B+TF	3	0	0.02	0.001	0	1	1	1	0	-	0.06	0.003
A+B+C+T F	3	0.01	0.02	0.001	1	1	1	0	0	0.03	0.06	0.003

Es ist möglich, den Volumenstrom durch die einzelnen Ventile 23 bis 27 mittels einer pulsweitenmodulierten Ansteuerung der Aktuatoren 23' bis 27' zu reduzieren. Dadurch ist es möglich, die Konzentration trotz vorgegebener Konzentrationen am Eingang der Mischeinrichtung 15 am Ausgang der Mischeinrichtung zu variieren. Weiterhin ist es möglich, den gesamten Volumenstrom mittels Pulsweitenmodulation anzusteuern beziehungsweise zu variieren. Dies ist beispielsweise bei Kurvenfahrten vorgesehen, da in solch einem Fall die Relativgeschwindigkeit der Spritzdüsen 4 über dem Boden 6 unterschiedlich hoch ist. Um eine gleichbleibende Menge an Trägerflüssigkeit und Pflanzenschutzmittel pro Fläche ausbringen zu können, wird durch die Pulsweitenmodulation der gesamte Volumenstrom durch die jeweiligen Spritzdüsen 4 mittels der Mischeinrichtung 15 angepasst.
Eine Variante des in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels der Mischeinrichtung 15 ist in 4 gezeigt. Daher unterscheidet sich die in 4 gezeigte Variante von dem Ausführungsbeispiel in 3 dadurch, dass lediglich zwei verschiedene Pflanzenschutzmittel A und B sowie nur ein Anschluss zu dem Tank 10 mit Trägerflüssigkeit TF vorhanden sind. Hierbei entspricht die Konzentration von Pflanzenschutzmittel zu Trägerflüssigkeit am Eingang dem doppelten der Konzentration am Ausgang der Mischeinrichtung 15.
Im Folgenden werden unterschiedliche Ausführungsbeispiele für die Mischeinrichtung 15 näher erläutert.
5 zeigt dazu ein erstes Ausführungsbeispiel der Mischeinrichtung 15. Die Mischeinrichtung 15 weist die fünf Ventile 23 bis 27 auf, die an einem die Mischkammer 16 bildenden Gehäuse 28 angeordnet sind. In dem Gehäuse 28 verlaufen Fluidkanäle in die Mischkammer 16 durch die Ventile 23 bis 27, wobei die internen Fluidkanäle mit Fluidleitungen FA, FB, FC und FTF verbunden sind, die mit der Druckseite jeweils einer der Pumpeneinrichtungen 11 bis 14 verbunden sind, um entsprechend die Trägerflüssigkeit TF, oder die Pflanzenschutzmittel A, B und C der Mischeinrichtung 15 zuzuführen. Die Ventile 23 bis 27 sind dabei vorliegend als Cartridge-Ventile beziehungsweise als 2/2-Wege-Ventile ausgebildet. Die fluidführenden Leitungen FTF, FA, FB und FC werden vorliegend mittels zweier Haltebügel 29 an dem Gehäuse 28 befestigt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer einfachen Montage und einer kompakten Bauweise der Mischeinrichtung 15.
Während in 5A die Mischeinrichtung in einer perspektivischen Darstellung zeigt, zeigen 5B und 5C die Mischeinrichtung 15 in unterschiedlichen Schnittdarstellungen, wobei die Schnittebenen senkrecht zueinander liegen. Die einzelnen Strömungspfade verlaufen durch die Ventile 23 bis 27, wobei der Strömungspfad für die Trägerflüssigkeit TF aufgeteilt wird und durch zwei einzelne Ventile 26 und 27 führt, wie zuvor bereits erläutert und in 3 gezeigt. Vorzugsweise sind die Ventile 26, 27 am Kopf des Gehäuses 28 die Ventile für die Trägerflüssigkeit. Somit ist es möglich, die gesamte Mischbohrung 30 zur Reinigung mit Trägerflüssigkeit auszuspülen. Unter dem Kopf der Mischbohrung 30 wird damit das von der Spritzdüse 4 abgewandte Ende der in dem Gehäuse 28 ausgebildeten Mischbohrung 30, welche die Mischkammer 16 bildet, verstanden.
Stromab der Ventile 23 bis 27 treffen die Strömungspfade in der Mischbohrung 30 zusammen, sodass sich die Flüssigkeiten miteinander vermengen. Vorteilhafterweise entspricht der Durchmesser der Mischbohrung 30 nur wenige Millimeter oder weniger. Das Volumen der Mischbohrung 30 beeinflusst nach welcher Zeit eine in der Mischbohrung veränderte Mischung aus der Mischbohrung und der Spritzdüse 4 ausgetragen wird. Desto geringer das Volumen in der Mischbohrung 30 ist, desto kürzer ist der Zeitraum zwischen dem Umschalten der Ventile 23 bis 27 und dem Vorliegen der gewünschten Spritzbrühe an der zugeordneten Spritzdüse 4. Zur Reduzierung des Volumens der Mischbohrung 30 ist bevorzugt ein geeigneter Festkörper 31 in der Mischbohrung angeordnet. Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Festkörper 31 um einen statischen Mischer, welcher die Durchmischung der einzelnen Flüssigkeiten innerhalb der Mischbohrung verbessert.
6 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung der Mischeinrichtung 15 anhand einer Detailschnittdarstellung. Gezeigt ist in 6 das Gehäuse 28 mit einer daran ausgebildeten Zulauföffnung 32, die beispielsweise den Zulauf 17 bildet, sowie einen der Zulauföffnung 32 zugeordneten Zuführnippel 33 der diesem Zulauf zugeordneten Fluidleitung. Der Zuführnippel 33 verbindet eine der Fluidleitungen, vorliegend der Fluidleitung FA, mit der Mischeinrichtung 15. Dazu ragt der Zuführnippel quer in die Fluidleitung FA hinein, sodass eine fluidtechnische Verbindung zwischen der Mischeinrichtung 15 und der Fluidleitung FA hergestellt ist. Um die Einzelventile und die Spritzdüse 4 vor Verschmutzungen und Partikel zu schützen, ist vorliegend vorgesehen, dass ein Filterelement 34 entweder in den Zuführnippel 33 integriert ist oder zwischen den Zuführnippel und dem Gehäuse 28 axial verspannt beziehungsweise gehalten ist.
Die Anordnung der fluidführenden Zuführleitungen FA, FB, FC und FTF an die Mischeinrichtung 15 und die Anordnung der Ventile 23 bis 27 kann neben der in 5 gezeigten Ausführung auch in weiteren Varianten realisiert werden. Hierzu sind weitere Beispiele in den 9 und 10 gezeigt.
7A und 7B zeigen hierzu zwei Ausführungsbeispiele, welchen die Fluidleitungen nebeneinander an einer Seite der Mischeinrichtung 15 beziehungsweise des Gehäuses 28 angeordnet sind. Dabei sind vier der Ventile an einer Seite und das fünfte Ventil auf der anderen Seite der Mischeinrichtung 15 angeordnet. Die Fluidleitungen FA - FTF sind dabei durch eine gemeinsame Halteklammer 29 an dem Gehäuse 28 gehalten.
8A bis 8D zeigen weitere Ausführungsbeispiele, die sich von den vorhergehenden Ausführungsbeispielen dadurch unterscheiden, dass die Fluidleitungen FA - FTF zwar an zwei Seiten des Gehäuses 28 angeordnet sind, jedoch in der Höhe versetzt zueinander liegen. 8A und 8B zeigen dazu die Mischeinrichtung 15 in der perspektivischen Vorderansicht und in einer Rückansicht, und die 8C und 8D die Mischeinrichtung 15 gemäß diesem Ausführungsbeispiel in zwei unterschiedlichen Schnittdarstellungen, wobei die Schnittebenen senkrecht zueinander liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006059193 A1 [0005]
DE 3140441 A1 [0006]
DE 3908963 A1 [0007]

Claims

Spritzeinrichtung (1) zum Ausbringen von Flüssigkeiten, insbesondere für landwirtschaftliche Zwecke, mit zumindest einer Spritzdüse (4) zum Ausspritzen der Flüssigkeit und mit zumindest einer Mischeinrichtung (15), die zumindest eine Mischkammer (16) aufweist, wobei in die Mischkammer (16) zumindest ein erster Zulauf (20,21) für eine Trägerflüssigkeit (TF), zumindest zweite Zuläufe (17-19) für unterschiedliche Wirkstoffflüssigkeiten (A,B,C) und zumindest einen mit der Spritzdüse (4) verbundenen Ablauf (22) münden, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der Zuläufe (17-21) ein betätigbares Ventil (23-27) zugeordnet ist, und mit einer Einrichtung (CPU), welche die Ventile (23-27) bei bestimmungsgemäßem Gebrauch derart betätigt, dass sich in den Ablauf unabhängig von der Betätigung der Ventile/Beschaltung der Zuläufe (17-21) ein konstanter Volumenstrom ergibt.
Spritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Zuläufen (17-21) zugeordneten Ventile (23-27) jeweils gleich ausgebildet sind.
Spritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Ventil (23-27) eine Pumpeneinrichtung (11-14) zum Fördern der jeweiligen Flüssigkeit vorgeschaltet ist, wobei die Pumpeneinrichtungen (11-14) dazu ausgebildet sind, jeweils den gleichen Förderdruck bereitzustellen.
Spritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (15) drei zweite Zuläufe (17-19) für drei unterschiedliche, insbesondere vorverdünnte Wirkstoffflüssigkeiten (A,B,C) aufweist.
Spritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (15) zwei erste Zuläufe (20,21) für die Trägerflüssigkeit (TF) aufweist.
Spritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (C) mechanisch arbeitend ausgebildet ist und dazu wenigstens eine in der Mischkammer (16) angeordnete Nockenwelle zum mechanischen Betätigen der Ventile (23-27) aufweist.
Spritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Ventil (23-27) ein ansteuerbarer Aktuator (23'-27') zugeordnet ist, und dass die Einrichtung (CPU) dazu ausgebildet ist, die Aktuatoren (23'-27') elektrisch anzusteuern.
Spritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (CPU) dazu ausgebildet ist, die Aktuatoren (23'-27') mittels einer Pulsweitenmodulationsansteuerung zu betätigen.
Spritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (15) ein Gehäuse (28) aufweist, das eine Mischbohrung (30) aufweist, in welche die Zuläufe (17-21) münden.
Spritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mischbohrung (30) mindestens ein Festkörper (31) zur Reduzierung des Mischvolumens angeordnet ist.
Spritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörper (31) als statischer Mischer ausgebildet ist.
Spritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem Zulauf (17-21) ein Filterelement (34) zugeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Spritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (23-27) derart betätigt werden, dass durch den Ablauf (22) stets der gleiche Volumenstrom einer oder mehrerer Spritzdüsen (4) geführt wird.