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Spritzgestänge einer landwirtschaftlichen Feldspritze
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Die Neuheit betrifft ein Spritzgestänge einer landwirtschaftlichen Feldspritze gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Spritzgestänge an landwirtschaftlichen Feldspritzen sind im Arbeitsbetrieb aufgrund ihrer seitlichen Erstreckung in großer Breite erheblichen dynamischen Kräften ausgesetzt, welche sich aufgrund der Massenträgheit des Spritzgestänges und der kinematischen Bewegungen der Feldspritze bei Fahrt auf unebenem Boden oder bei Kurvenfahrt ergeben. Um aus diesen Schwingungen und Kräften resultierende Gestängeschäden sowie unterschiedliche Längs- und Querverteilungen der mit den Feldspritzen ausgebrachten Flüssigkeiten und damit einhergehenden Schäden für Gesundheit, Pflanzen und Umwelt zu vermeiden, wurden die verschiedensten Systeme zur Schwingungskompensation vorgeschlagen. Beispielsweise beschreibt die
US-Patentschrift 6 053 419 ein mehrteiliges Spritzgestänge, wobei die Gestängeschwingungen der Gestängehälften zum Rahmen mit Reed-Schaltern erfasst werden und hydraulische Zylinder entgegen der Bewegungsrichtung angesteuert werden, um das Spritzgestänge wieder in eine ideale Position auszurichten.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 100 54 285 A1 beschreibt die Regelung eines Spritzgestänges, wobei die Gierschwingungen mittels eines Lasers erfasst werden und über eine Steuerung Stellglieder wie hydraulische, pneumatische oder elektrische Motoren aktiv verstellt werden. Die aktive Schwingungskompensation über Stellmotoren verursacht jedoch aufgrund der Gestängedynamik hohe erforderliche Stellkräfte, welche sich wiederum negativ auf die Haltbarkeit der Stellmotoren und Gestängebestandteile auswirkt.
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Einfacher wird die Wank- und Schwingungskompensation des Spritzgestänges, indem man Schwingungsdämpfer einsetzt, deren Dämpfungsrate verstellbar ist. Die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2011 117 805 A1 befasst sich mit teilweise regelbar ausgebildeten Dämpfungssystemen.
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Die deutsche Patentschrift
DE 10 2009 049 469 B4 befasst sich mit einer hydraulischen Gleichlaufschwingungsdämpfung.
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Allen hydraulischen Dämpfungssystemen und motorischen Stellsystemen ist eine Trägheit bzw. Schalthysterese zu eigen, welche ein schnelles Eingreifen bei kritischen Gestängeschwingungen unnötig verzögert.
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Aufgabe der Neuheit ist, ein semiaktives Dämpfungssystem für ein Spritzgestänge bereit zustellen, welches die obigen Nachteile behebt und auf einfache Weise einen Ausgleich der Wank- und Gierschwingungen und Bewegungen des Spritzgestänges ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 gelöst.
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Indem die Dämpfungseigenschaften der einstellbaren Dämpfersysteme durch Zufuhr von elektrischer Energie in ihren Dämpfungseigenschaften oder Dämpfungsraten verändert werden, ist eine schnellstmögliche Reaktion und Anpassung auf Schwingungsereignisse des Spritzgestänges oder seiner Gestängebereiche ermöglicht. Durch diesen Zeitgewinn wird ein Beschleunigen der bewegten Gestängemassen vorzeitig unterbunden und kann mit wesentlich kleinerem Dämpfungsaufwand kompensiert werden, als dies bei späterem Eingreifen möglich ist.
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In einer bevorzugten Neuheitsausführung ist die Zufuhr von elektrischer Energie für die einstellbaren Dämpfersysteme durch die Steuer- und Regeleinrichtung stufenlos oder in Schritten schalt- und regelbar ausgebildet. Gerade elektronische und leistungselektronische Steuer- und Regeleinrichtung können auf einfache und günstige Weise unterschiedliche elektrische Ströme und Spannungen liefern, wodurch in Verbindung mit den einstellbaren Dämpfersystemen ein adaptives und beispielsweise progressives Verhalten der einstellbaren Dämpfersysteme bei schnellster Einstellbarkeit erreicht wird.
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In einer speziellen Ausführung der Neuheit sind die einstellbaren Dämpfersysteme als auf elektro- oder magnetorheologischen Medien basierende Dämpfer- oder Federdämpfersysteme ausgebildet. Hierdurch kann bei geringer Zufuhr von elektrischer oder elektromagnetischer Energie eine hohe und reproduzierbare Dämpfungswirkung bei hoher Dauerhaltbarkeit der einstellbaren Dämpfungselemente erzielt werden. Insbesondere elektro- oder magnetorheologische Flüssigkeiten sind sehr gut geeignet. Jedoch auch elastische oder plastische Materialien, deren interne Schubspannungen elektrisch oder magnetisch beeinflusst werden kann.
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In einer weiteren Neuheitsausführung sind Mittel vorhanden, welche die Bewegungen des Spritzgestänges oder dessen Gestängebereiche zum Rahmen, zur Umgebung oder zueinander erfassen, wobei die erfassten Bewegungen zur Regelung der einstellbaren Dämpfersysteme an die Steuer- und Regeleinrichtung übertragen werden. Beispielsweise kann durch Einsatz von Abstands-, Neigungs- oder Winkelsensoren, aber auch translatorischer oder rotatorischer Beschleunigungssensoren eine noch höhere Regelgüte und verbesserte Gestängeführung erreicht werden.
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In einer besonderen Ausführung der Neuheit sind Mittel zur Kollisionserkennung eines Hindernisses oder des Bodens mit einem Gestängebereich vorhanden, welche eine tatsächliche oder drohende Kollision an die Steuer- und Regeleinrichtung übertragen, wobei die einstellbaren Dämpfersysteme zumindest im Kollisionsfall durch die Steuer- und Regeleinrichtung deaktiviert werden können. Durch diese Kollisionserkennung können die einstellbaren Dämpfersysteme durch Abschalten der elektrischen Energiezufuhr schnellstmöglich wirkungslos und frei beweglich geschaltet werden. Ein größerer Schaden an Spritzgestänge oder Hindernis wird verhindert oder Unfälle können vermieden werden.
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In einer weiteren Form der Neuheiten sind Mittel als optische 3D-Sensoren, welche ein dreidimensionales Bild und Abstandswerte des Spritzgestänges, dessen Gestängebereiche oder dessen Bewegungen erfassend ausgebildet. Durch die Verwendung eines Sensors mit einer integrierten Chipmatrix und einer darauf integrierten Abstands- oder Laufzeitauswertung kann ein dreidimensionales Abbild der erfassten Szene als Regelgröße an die Steuer- und Regeleinheit zur Regelung der einstellbaren Dämpfersysteme geliefert werden. Vorzugsweise erfolgt die Anbringung der Mittel in der Nähe des Rahmens, um die sich nach außen erstreckenden Gestängebereiche oder deren Bewegungen in optimaler Weise entsprechend dem Erfassungswinkel der Mittel zu erreichen.
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Die Neuheit zeichnet sich insbesondere dadurch aus dass über die unmittelbare elektrische Steuerung der Dämpfungsraten der einstellbaren Dämpfersysteme ein wertvoller Zeitgewinn zur Vermeidung dynamischer Gestängebewegungen und der daraus resultierenden, mechanischen Belastungen entsteht. Ohne beispielsweise aufwendige hydraulische Schaltungen können einzelne Dämpfersysteme beliebig und sogar diametral unterschiedlich angesteuert werden. Durch aktives Eingreifen während der schwingenden Gestängeauslenkung in die Dämpfungsraten der einstellbaren Dämpfersysteme kann wie beim Abbremsen einer Schaukel in effizienter Weise eine stabile Gestängeführung unabhängig von Wank- und Gierbewegung und sonstigen fahrdynamischen Einflüssen der landwirtschaftlichen Feldspritze erreicht werden. Die Folge sind minimale mechanische Gestängebelastungen sowie eine optimale Verteilung der auszubringenden Flüssigkeiten, Dünge- oder Pflanzenschutzmittel. Weitere Einzelheiten und Vorteile des Neuheitsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:
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1 eine schematische Draufsicht einer landwirtschaftlichen Feldspritze mit Spritzgestänge und
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2 eine schematische Heckansicht des gleichen Gerätes.
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1 zeigt eine gezogene landwirtschaftliche Feldspritze 2, welche an einem nicht dargestellten Traktor angehängt und durch diesen fortbewegt wird. Zugleich dient der Traktor als mobile Energieversorgung für den mechanischen, hydraulischen und elektrischen Energiebedarf der landwirtschaftlichen Feldspritze 2. Ebenfalls ist eine durch den Traktor getragene oder motorisierte, selbstfahrende Feldspritze denkbar. Mit einer Zugeinrichtung 13, welche beweglich zum Rahmen 3 der landwirtschaftlichen Feldspritze 2 über hydraulische Verstellzylinder 14 lenkbar ist, ist die landwirtschaftliche Feldspritze 2 am Traktor angehängt. Der Rahmen 3 trägt einen Flüssigkeitsbehälter 15 und am hinteren Ende eine Höhenverstelleinrichtung 16 zur Verstellung des Abstandes des Spritzgestänges 1 zum Boden 12. Die Höhenverstelleinrichtung 16 ist Bestandteil des Rahmens 3. Unterhalb des Rahmens 3 befindet sich im hinteren Bereich eine Laufachse 17, welche die landwirtschaftliche Feldspritze 2 trägt und auf dem Boden abrollt. Hinter der Höhenverstelleinrichtung 16 sind die beiden Hälften oder Gestängebereiche 4, 5 des Spritzgestänges 1 über die Achse des Gelenkes 18 gierend beweglich zur Höhenverstelleinrichtung 16 beziehungsweise zum Rahmen 3 angeordnet. Für die Funktion der landwirtschaftlichen Feldspritze ist eine Höhenverstelleinrichtung 16 nicht zwingend erforderlich, aber von Vorteil. Daher schließt eine beanspruchte Verbindung von Elementen wie beispielsweise der Bezugszeichen 4, 5, 6, 7, 18 zum Rahmen 3 ebenfalls eine mögliche Verbindung zur Höhenverstelleinrichtung 16 ein oder ersetzt die Verbindung zum Rahmen 3 durch die Verbindung zur Höhenverstelleinrichtung 16, falls diese funktional erforderlich ist.
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Seitlich beabstandet zur Achse des Gelenkes 18 greifen jeweils ein Stellmotor 6 sowie ein einstellbares Dämpferelement 7 an die Höhenverstelleinrichtung 16 und die Gestängebereiche 4 oder 5 an. Das einstellbare Dämpferelement 7 kann auch mit einem zusätzlichen Energiespeicher als Federdämpferelement mit einstellbarer Dämpfung realisiert sein, genauso kann der Stellmotor 6 mit einem federnden Energiespeicher ausgestattet oder durch einen solchen ersetzt werden. Letztendlich sind die Energiespeicher oder Stellelemente vorgesehen, welche das Spritzgestänge 1 in einer annähernd linearen Ausrichtung quer zur Fortbewegungsrichtung 20 in einer Ruheposition halten. Auch können die Gestängebereiche 4 und 5 in weitere Bereiche unterteilt sein oder durch einen nicht dargestellten, mittleren Bereich ergänzt sein, welche sich wiederum um Achsen drehbar zueinander bewegen und mit weiteren Stellmotoren 6, Energiespeichern oder einstellbaren Dämpferelementen 7 zueinander abstützen. Auch können die Gestängebereiche 4, 5 zu einer Transportposition manuell oder durch die Stellmotoren 6 zusammengeklappt werden.
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Die Höhenverstelleinrichtung 16 kann sich vertikal zum Rahmen 3 mit nicht weiter dargestellten Stellmotoren, wie beispielsweise Hydraulikzylindern, bewegen.
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Dargestellt ist zudem die Steuer- und Regeleinrichtung 8, welche über nicht dargestellte Leitungen mit elektrischer Energie vom Traktor versorgt wird. Die Steuer- und Regeleinrichtung 8 ist über Kabel mit den einstellbaren Dämpferelementen 7 verbunden. Durch die Beaufschlagung mit elektrischer Energie werden die einstellbaren Dämpferelemente 7 durch ihre elektro- oder magnetoreologischen Eigenschaften in ihrer Dämpfungsrate verändert. Hier sind Einstellungen von vollständiger Blockade bis völligem Freigang denkbar sowie jedwede Zwischenstufe. Ebenso ein progressiver linearer oder degressiver Anstieg der Dämpfungsrate mit zunehmender Bewegungsgeschwindigkeit der Dämpfereinzelteile zueinander. Die erforderlichen Strom- und Spannungsparameter können auf der Steuer- und Regeleinrichtung 8 in einem Programm hinterlegt oder messtechnisch erfasst werden.
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Seitlich am jeweiligen Gestängebereich sind Mittel 10 zur Erfassung von Hindernissen 11 oder Personen vorgesehen, welche eine drohende Kollision an die Steuer- und Regeleinrichtung 8 melden. Diese wiederum schaltet die Stellmotoren 6 und einstellbaren Dämpfungselemente 7 auf Freigang und Kollisionsschäden werden vermieden. Die Mittel 10 können beispielsweise als Näherungssensoren optisch, kapazitiv, induktiv, als Radar- oder Ultraschallsensoren ausgeführt sein. Ebenso sind Beschleunigungs-, Weg- oder Winkelaufnehmer denkbar, welche beispielsweise an Gelenkpunkten oder anderen messtechnisch sinnvollen Positionen weitere Messdaten an die Steuer- und Regeleinrichtung 8 liefern, um die Einstellparameter für die Stellmotoren 6 oder die einstellbaren Dämpfersysteme 7 noch präziser berechnen zu können. Die Stellmotoren 6 und einstellbaren Dämpfersysteme 7 können unabhängig und einzeln oder zusammen von der Steuer- und Regeleinrichtung 8 betrieben werden. Der Übersichtlichkeit halber wurde auf unterschiedliche Bezugszeichen verzichtet. Auch kann die Steuer- und Regeleinrichtung 8 mit weiteren hydraulischen oder pneumatischen Ventilen und einer dafür erforderlichen Energieversorgung verbunden sein, um die Stellmotoren 6 oder weitere Stellmittel, auch für andere Funktionen der landwirtschaftlichen Feldspritze 2, zu steuern oder zu regeln.
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2 zeigt das Spritzgestänge 1 und die landwirtschaftliche Feldspritze 2 von hinten mit Blick auf die Fortbewegungsrichtung 20. An der Höhenverstelleinrichtung 16 als Bestandteil des Rahmens 3 sind über die Achse des Gelenkes 19 die beiden Gestängebereiche 4 und 5 unabhängig voneinander beweglich befestigt. Hierdurch können Wankbewegungen der landwirtschaftlichen Feldspritze 2 als auch unterschiedliche Anstellwinkel der Gestängebereiche 4, 5 in kuppiertem Gelände angefahren werden, um beispielsweise im Zusammenspiel mit der Höhenverstelleinrichtung 16 eine annähernd parallele Ausrichtung zum Boden 12 oder zu einer Pflanzenbestandskante zu erreichen. Ausgerichtet werden die Gestängebereiche über die Stellmotoren 6 oder Energiespeicher, welche deren Funktion unterstützen oder ersetzen. In gleicher Anordnung dazu befinden sich weiter einstellbare Dämpferelemente 7, welche in gleicher Weise, wie zuvor in 1 beschrieben, unabhängig zueinander oder gleichzeitig von der Steuer- und Regeleinrichtung 8 betätigt oder in ihren Eigenschaften verändert werden. Wie in 1 ist sind auch hier mehrere Gelenke 19 oder Lagerungen zur pendelnden Aufhängung einzelner Gestängebereiche oder eines hier nicht dargestellten weiteren Mittelbereiches möglich. In Abständen zueinander sind hier Ausbringeinheiten 21 als schaltbare Düsenventile, welche hier beispielsweise mit Flachstrahldüsen versehen sind, zur Ausbringung von Flüssigkeiten auf den Boden oder die Pflanzen am Spritzgestänge 1 angebracht. Die dafür erforderlichen Pumpen, Dosiereinrichtungen und Leitungen sind hier nicht weiter detailliert. Die Ausbringeinheiten 21 können auch in ihren Ausbringraten variabel verstellt werden. Die Steuerung und Regelung der Ausbringung kann ebenfalls über die Steuer- und Regeleinrichtung 8 mit übernommen werden. Mittel 9 zur Messung des Abstandes der Gestängebereiche 4, 5 zum Boden 12 oder zur Pflanzenbestandskante werden von der Steuer- und Regeleinrichtung 8 ausgewertet und zur Steuerung der Stellmotoren 6 und der einstellbaren Dämpfersysteme 7 verwendet. Wie zuvor oben beschrieben sind jedwede Sensoren und Erfassungseinrichtungen zur Unterstützung der Regelgüte der Steuer- und Regeleinrichtung 8 denkbar. Genau wie in der Beschreibung zu 1 kann auch hier bei drohender Kollision eines Gestängebereiches 4, 5 mit einem Hindernis 11 oder dem Boden 12 durch die Steuer- und Regelrichtung 8 mit den Signalen der Mittel 9, 10 passend in die Dämpfung oder motorische Ansteuerung eingegriffen werden.
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Die Steuer- und Regeleinrichtung
8 ist beispielsweise als Computersteuerung mit einem hinterlegtem Auswerte- und Regelprogramm ausgeführt. Zugleich sind analoge oder digitale Schaltstufen zur Schaltung höherer elektrischer Spannungen und Ströme, wie sie von den einzelnen einstellbaren Dämpferelementen benötigt werden, ebenfalls in der Steuer- und Regeleinrichtung
8 vorgesehen, können aber auch in einer separaten Einheit vorhanden sein. Zudem ist die Steuer- und Regeleinrichtung
8 vorzugsweise mit einer Bedien- und Anzeigeeinheit auf dem Traktor verbunden, welches Bestandteil der landwirtschaftlichen Feldspritze
2 oder des Traktors sein kann. BEZUGSZEICHENLISTE
| 1 | Spritzgestänge |
| 2 | Landwirtschaftliche Feldspritze |
| 3 | Rahmen |
| 4 | Gestängebereich |
| 5 | Gestängebereich |
| 6 | Stellmotoren |
| 7 | einstellbare Dämpfersysteme |
| 8 | Steuer- und Regeleinrichtung |
| 9 | Mittel |
| 10 | Mittel |
| 11 | Hindernis |
| 12 | Boden |
| 13 | Zugeinrichtung |
| 14 | Verstellzylinder |
| 15 | Flüssigkeitsbehälter |
| 16 | Höhenverstelleinrichtung |
| 17 | Laufachse |
| 18 | Gelenk |
| 19 | Gelenk |
| 20 | Fortbewegungsrichtung |
| 21 | Ausbringeinheiten |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6053419 [0003]
- DE 10054285 A1 [0004]
- DE 102011117805 A1 [0005]
- DE 102009049469 B4 [0006]
