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Vorrichtung zum Aufbrechen
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pflanzenbaulich genutzten Bodens Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Aufbrechen pflanzenbaulich genutzten Bodens mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1.
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Bei der in der deutschen Patentanmeldung P 3245912.2 beschriebenen
Vorrichtung zum Aufbrechen pflanzenbaulich genutzten Bodens kann durch eine Sonde
über ein Schnellschlußventil schlagartig Druckluft und über ein Injektionsventil
ein Substrat in den Boden eingebracht werden. Dazu ist für das Substrat ein Zwischenbehälter
vorgesehen, der oben das Schnellschlußventil und im unteren Bereich das Injektionsventil
aufweist. Das Schnellschlußventil ist mit einem einen Druckluftauslass aufweisenden
Injektorrohr gekoppelt, das nach dem Öffnen des Schnellschlußventils zeitlich verzögert
von einem Injektorventilsitz des Zwischenbehälters zur Freigabe des Injektionsventils
abhebbar ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung mit den
Merkmalen des Oberbegriffs dahingehend weiterzubilden, daß eine von der Betätigung
des Schnellschlußventils unabhängige, staudruckgesteuert getrennte Bedienung des
Injektionsventils für die Substrateinbringung in den Boden erzielt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie weitere Vorteile
und wesentliche Einzelheiten der Erfindung sind den Merkmalen der Unteransprüche,
der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, die in einer einzigen
Figur in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform als Beispiel
zeigt.
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Die in der Zeichnung beispielhaft dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung
dient dem Aufbrechen pflanzenbaulich genutzten Bodens, wobei Druckluft, die zum
Beispiel von einem Kompressor erzeugt wird, in einer Tiefe von etwa 50 cm bis etwa
85 cm und tiefer in den Boden schlagartig als Eruptionsstoß eingebracht wird. Der
Boden wird dadurch in definierten Bereichen aufgebrochen und aufgelockert und insbesondere
in den strukturell vorgezeichneten Bruchlinien aufgerissen und durchlässig gemacht,
so daß die Bodenstruktur selbst nicht geschädigt wird.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Kanäle im Eruptionsauflockerungsbereich
durch unmittelbar nach dem Beginn des Druckstoßes eingebrachte Füllstoffe verbaut
und somit abgestützt werden. Es kann aber auch ein anderes Substrat, wie zum Beispiel
ein Düngemittel oder auch ein Heilmittel, kurz nach dem Beginn des Druckstoßes durch
Injektionswirkung mit Hilfe der Druckluft in die Kanäle des Eruptionsauflockerungsbereiches
eingebracht werden, wobei durch den gleichzeitigen Sauerstoffeintrag eine optimale
Aufbereitung des Bodens erreicht wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels
ist für eine erhöhte Funktionssicherheit eine ausschließlich druckabhängige Zwangssteuerung
der Injektionsventilöffnung für den Substrateintrag in den Boden gegeben, so daß
das Substrat nur dann automatisch im richtigen Augenblick eingebracht wird, wenn
der Boden tatsächlich aufgebrochen worden ist und sich entsprechende Kanäle und
Spalten gebildet haben.
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Der vorzugsweise aus einem durchsichtigen Kunststoff gebildete trichterförmige
Zwischenbehälter 101 besteht aus einem Unterteil 102 und einem Oberteil 103, die
über ein Gewinde 104 miteinander verschraubt sind. An der unteren Verjüngung des
Unterteils 102 des Zwischenbehälters 101 ist der Befestigungsstutzen 105 ausgebildet,
in dem das Innenrohr 106 der in den aufzubrechenden Boden einbringbaren Sonde 107
angeordnet ist. In der unteren Verjüngung des Zwischenbehälters 101 ist zudem ein
Injektionsventil 108 angeordnet, das aus dem am Unterteil 102 ausgebildeten Injektorventilsitz
109 und aus der konischen Wandung des düsenförmig ausgebildeten Druckluftauslasses
110 des koaxial zur vertikalen Längsmittenachse des Zwischenbehälters 101 in dessen
Innenraum 111 angeordneten Injektorrohres 112 besteht.
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An einer Seite der Oberwandung 113 befindet sich ein Überdruckventil
114. Koaxial zur vertikalen Längsmittenachse des Zwischenbehälters 101 ist an der
Oberwandung 113 zudem eine in den Innenraum 111 hineinragende Rohrhülse 115 angeordnet.
Die Rohrhülse 115 ist am Oberteil 103 materialeinheitlich einstückig angeformt,
sie kann aber auch als extra
Bauteil am Oberteil 103 befestigt sein.
In der Rohrhülse 115 ist das Injektorrohr 112 axial verschiebbar geführt und über
eine Ringdichtung 116 abgedichtet gelagert.
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Auf der Oberwandung 113 des Zwischenbehälters 101 ist ein Schnellschlußventil
117 angeordnet, das eine am unteren Ende der Hubstange 118 angeordnete Dichtung
119 aufweist, deren Außenrand an einem Ventilsitz 120 anliegt. Unterhalb der Dichtung
119 ist am oberen Steil der Rohrhülse 115 zur Belüftung des Innenraums 111 eine
Querbohrung 121 ausgebildet. Das geöffnete Oberende 122 des Injektorrohres 112 ist
am unteren Ende der Hubstange 118 über eine Schraubenmutter 123 befestigt, mit deren
Hilfe auch eine Feineinstellung für eine exakte Dichtfunktion am Injektorventilsitz
109 erzielt werden kann. Dicht über der Dichtung 119 des Schnellschlußventils 117
ist in einer Gehäusewandung des Schnellschlußventils 117 die Öffnung 124 des Anschlußstutzens
für die vom Kompressor zugeführte Druckluft ausgebildet.
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Auf das im wesentlichen rohrförmige Ventilgehäuse 125 des Schnellschlußventils
117 ist koaxial ein Pneumatikzylinder 126 aufgeschraubt, in dem ein Kolben 127 axial
verstellbar geführt ist. Der Kolben 127 begrenzt nach unten hin eine Druckkammer
128 und nach oben hin eine Gegendruckkammer 129. Am Kolben 127 ist zudem ein nach
unten gerichtetes Kolbenrohr 130 angeordnet, das in einer Hülse 131 abgedichtet
geführt ist und an dessen unterem Ende die Dichtung 119 des Schnellschlußventils
117 mit einem entsprechenden Anschlußteil befestigt ist.
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Auf den Pneumatikzylinder 126 ist koaxial ein Druckluftzylinder 132
aufgeschraubt, in dem ein Hubkolben 133 axial verschiebbar gelagert ist. Das Ventilgehäuse
125,der Pneumatikzylinder 126 und der Druckluftzylinder 132 besitzen einen im wesentlichen
gleichen Durchmesser. Der Hubkolben 133 begrenzt nach unten hin eine Arbeitskammer
134 und weist ein nach unten gerichtetes Stößelrohr 135 auf, das in einer Hülse
131' abgedichtet geführt ist und an dessen unterem Ende die ebenfalls abgedichtet
geführte Hubstange 118 befestigt ist.
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Die Hubstange 118 des vorliegenden Ausführungsbeispiels besitzt eine
in Längsrichtung als durchgehende Bohrung ausgeführte Luftleitung 136, so daß ein
freier Luftdurchgang vom Injektorrohr 112 durch die Hubstange 118, das Stößelrohr
135 und durch eine Bohrung des Hubkolbens 133 in eine Staudruckkammer 137 hinein
besteht. Diese Staudruckkammer 137 des Druckluftzylinders 132 ist vom Hubkolben
133 mitbegrenzt. Oben ist das Gehäuse 125' des Druckluftzylinders 132 von einem
aufgeschraubten Deckel 138 abgeschlossen. In der Staudruckkammer 137 befindet sich
eine Druckfeder 139, die sich einerseits am Deckel 138 abstützt und mit ihrem unteren
Ende gegen die Staudruckfläche 140 des Hubkolbens 133 wirkt. Diese Staudruckfläche
140 ist wesentlich größer ausgeführt als die nach unten gerichtete Arbeitsfläche
141 des Hubkolbens 133.
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Sowohl der Druckkammer 128 des Pneumatikzylinders 126 als auch der
Gegendruckkammer 129 und der Arbeitskammer 134 des Druckluftzylinders 132 sind getrennte
Steuerdruckleitungen
142,143,144 zugeordnet. Die Steuerdruckluft gelangt dabei vorzugsweise über ein
hier nicht dargestelltes Wegeventil gleichzeitig durch die Steuerdruckleitung 142
in die Druckkammer 128 und durch die Steuerdruckleitung 144 in die Arbeitskammer
134.In der zum Druckluftzylinder 132 führenden Steuerdruckleitung 144 ist ein Druckminderventil
145 angeordnet, welches den Druck der Steuerdruckluft hier so weit reduziert, daß
die Steuerdruckluft in Höhe von maximal 7,5 bar in die Arbeitskammer 134 des Druckluftzylinders
132 eingeleitet wird, während die Höhe des Drucks der in die Druckkammer 28 des
Pneumatikzylinders 126 eingeführten Steuerdruckluft wesentlich höher ist und etwa
bis maximal 20 bar beträgt.
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Bei dieser erfindungsgemäß vorteilhaften Vorrichtung wird zur Inbetriebnahme
über ein Handventil oder ein Wegeventil der Weg für die Steuerdruckluft durch die
Steuerdruckleitungen 142 und 144 freigegeben, so daß die Steuerdruckluft gleichzeitig
in die Druckkammer 128 und in die Arbeitskammer 134 gelangt. Da der Druck in der
Druckkammer 128 des Pneumatikzylinders 126 größer ist, wird der Kolben 127 nach
oben gedrückt, so daß über das Kolbenrohr 130 die Dichtung 119 vom Ventilsitz 120
abhebt und das Schnellschlußventil 117 schlagartig öffnet. Da die gegen den Hubkolben
133 des Druckluftzylinders 132 nach oben gerichtete Kraft erheblich kleiner ist
und die Druckfeder 139 den Hubkolben 133 zudem nach unten drückt, wird das Injektörrohr
112 über das Stößelrohr 135 und die Hubstange 118, die den Kolben 127 und die Dichtung
119 in Gleitbuchsen axial verschiebbar durchsetzt, gegen den Injektorventilsitz
109 gedrückt,
so daß das Injektionsventil 108 geschlossen ist.
Nach dem Öffnen des Schnellschlußventils 117 strömt die Druckluft durch die Öffnung
124 in das Injektorrohr 112 und durch den Druckluftauslass 110 in die Sonde 107
ein. Der sich vor dem Aufbrechen des Bodens in der Sonde 107 und dem Injektorrohr
112 aufbauende Staudruck gelangt durch die Luftleitung 136 in der Hubstange 118
in die Staudruckkammer 137 des Druckluftzylinders 132 und bewirkt, daß der Hubkolben
133 verstärkt nach unten gedrückt wird, so daß das Injektorrohr 112 mit erhöhter
Druckkraft gegen den Injektorventilsitz 109 gepreßt wird und ein absolut dichter
Verschluß des Injektionsventils 108 gewährleistet ist. Es ist damit mit hoher Sicherheit
verhindert, daß nach dem Öffnen des Schnellschlußventils 117 der sich insbesondere
bei einem harten Boden in der Sonde 107 aufbauende Staudruck das Injektionsventil
108 öffnet und dadurch Druckluft von unten her in den Innenraum 111 des Zwischenbehälters
101 entweicht und eventuell über das vorzugsweise auf 3,4 bar eingestellte Überdruckventil
114 nach außen gelangt. Der Druck in der Sonde 107 steht somit ausschließlich zum
Aufbrechen des Bodens zur Verfügung.
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Nachdem der Boden durch die eingetragene Druckluft aufgebrochen worden
ist, sinkt der Druck in der Sonde 107, dem Injektorrohr 112 und somit auch in der
Staudruckkammer 137 ab. Sobald der Druck auf etwa 4 bar abgesunken ist, wird der
Hubkolben 133 durch die in der Arbeitskammer aufgebrachte Druckkraft entgegen der
Druckfeder 139 nach oben geschoben, so daß über das Stößelrohr 135 und die Hubstange
118 das Injektorrohr 112 vom Injektorventilsitz
109 abgehoben
wird. Das Injektionsventil 108 ist damit geöffnet und das im Zwischenbehälter 101
befindliche Substrat kann jetzt durch den aufgrund der Luftströmung am Druckluftauslass
110 eingeleiteten Druck im Injektionsventil 108 nach unten in die Sonde 107 einströmen
und in den Boden eingebracht werden. Die Verbauung, das heißt, der Eintrag des Substrats
und die Verteilung im Boden, ist bei einem Druck unter 3,5 bar in der Gesamtzuluft
gemindert und nicht mehr optimal wirksam. Die Steuerdruckkraft und die zusätzlich
angeordneten Schließfedern beenden daher durch Schließen des Injektionsventils 108
und nachfolgend des Schnellschlußventils 117 den Bearbeitungsvorgang. Durch die
genannte Reihenfolge ist ein Verstopfen durch Substratreste in der Vorrichtung ausgeschlossen.
Außerdem ist durch die erfindungsgemäße vorbeschriebene Druckluftsteuerung die Entstehung
einer Drucklufteinströmung von unten und ein unerwünschter Druckaufbau im Zwischenbehälter
101 ausgeschlossen.
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Das Injektionsventil 108 öffnet grundsätzlich erst und nur nach dem
Bodenaufbruch. Solange kein Aufbruch des Bodens erfolgt, kann das Injektionsventil
108 nicht öffnen und bleibt mit erhöhter Sicherheit und Schließkraft geschlossen.
Erst bei einem Druckabfall in der Sonde 107 und dem Injektorrohr 112 kann das Injektionsventil
108 öffnen. Die bei geöffnetem Injektionsventil 108 eintretende sehr hohe Luftgeschwindigkeit
erzeugt im Bereich des Injektorventilsitzes 109 einen in den Zwischenbehälter 101
hineinwirkenden Unterdruck, so daß das hier zwischengelagerte Substrat aus dem trichterförmigen
Zwischenbehälter 101 problemlos nach unten austreten
kann. Die
Bedienung des Schnellschlußventils 117 und des Injektionsventils 108 erfolgt somit
erfindungsgemäß getrennt durch je einen separaten Pneumatikzylinder 126 und Druckluftzylinder
132, wobei die zeitliche Verzögerung des Öffnens des Injektionsventils 108 durch
den verfahrensgemäßen Druckabfall in der Sonde 107 nach dem Aufbruch des Bodens
gesteuert wird. Zum Verschließen des Injektionsventils 108 wird über die Staudruckverbindung
zur Staudruckkammer 137 eine Servofunktion ausgeübt, die eine erhöhte Verschlußkraft
für das In j ekti onsventil 108 gewährleistet. Die Öffnung des Injektionsventils
108 erfolgt somit ausschließlich druckabhängig. Die Höhe des Staudrucks selbst gibt
den Impuls beziehungsweise bestimmt den jeweiligen optimalen Zeitpunkt zum Öffnen
des Injektionsventils 108. Es ist damit eine durch den vom Bodenaufbruch bestimmte
Druckabfallsteuerung des Injektionsventils 108 gegeben, die gewährleistet, daß auch
bei unterschiedlichen Bodenbeschaffenheiten (fest verbackener Boden, sandiger Boden)
stets eine einwandfreie Funktion. gewährleistet ist und ein Substrateintrag im genau
richtigen Augenblick nur dann erfolgt, wenn die Druckluft den Boden kurz vorher
aufgebrochen hat.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Vorteil erreicht, den
pflanzenbaulich zu nutzenden Boden in mehr ökosystemarer Art als mit herkömmlichen
Pflügen oder dergleichen zu lockern. Dabei ist ein wesentlich kleinerer Energieeinsatz
als beim Pflügen erforderlich. Ein wesentlicher Vorteil besteht zudem darin, daß
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine optimale Verbauung von Erdspalten
und
Rissen durch die unmittelbar folgende Substrateinbringung erreicht wird. Eine solche
Verbauung der Erdspalten hat eine große Langzeitwirkung. Insbesöndere nach mehrmaliger
Anwendung wird dabei ein dichtes Versorgungsadernetz erzielt, welches die Möglichkeit
schafft, bei der späteren Bearbeitung oftmals nur eine flachgründige Saatbeetbereitung
durchzuführen.
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Bei der Bearbeitung des Bodens..wird zweckmäßig so vorgegangen, daß
die Spitze der Sonde 107 an der Stelle auf den Boden aufgesetzt wird, von der aus
der Aufbruch erfolgen soll. Die Sonde 107 wird dann mittels einer hier nicht dargestellten
druckluftbetriebenen Sondenramme, die unter dem Zwischenbehälter 101 am Befestigungsstutzen
105 angeordnet ist, bis zu der gewünschten Lockerungstiefe durch Betätigung eines
entsprechenden Ventils für die Druckluft der Sondenramme eingetrieben, Zur Herstellung
eines feingegliederten und eng begrenzten Auf bruchs sowie zur Einbringung von Verbauungssubstrat,
organischen Substanzen, Dünger und Heilmitteln kann die Sonde 107 zum einen etwa
45cm bis 50 cm tief in den Boden eingebracht werden. Durch ein nachfolgendes tieferes
Einbringen bis auf etwa 85 cm und tiefer kann ein weitflächiger Aufbruch erreicht
werden, in dessen Risse und Spalten ebenfalls Verbauungssubstrate, mineralischer
Dünger und Heilmittel aus dem Zwischenbehälter 101 der erfindungsgemäßen Vorrichtung
eingebracht werden können.
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Die Sonde 107 kann somit im wesentlichen beliebig tief in den Boden
eingebracht werden, so daß für den Aufbruch klar definierte Verdichtungszonen, Verbauungen,
Dünge- und Heizzonen erreicht werden können.
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Die beigemischten Substrate, die auch als Kunststoffgranulat ausgeführt
sein können, werden somit durch die Luft in die Risse und Spalten des Bodens transportiert.
Pulverförmige Stoffe schlagen sich fein verteilt an den feuchten Wänden nieder,
körnige Stoffe und Granulate bleiben an den Engstellen hängen und füllen die Spalten
und Risse. Der gesamte Vorgang, bei dem für die Aufbringung von etwa 3 1 Substrat
etwa 30 1 auf 20 bar vorgespannte Duft erforderlich sind, wobei demnach etwa 600
1 durch den Boden strömen, dauert etwa zwischen einer dreiviertel und eineinhalb
Sekunden.
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Nach dem Druckluft- und Substrateintrag kann die Sonde 107 durch Zurückdrehen
ihres Innenrohres 106 geschlossen werden. Danach kann die Sonde 107 wie beschrieben
tiefer in den Boden eingebracht oder mittels der Vorrichtung aus dem Boden herausgehoben
werden, um anschließend an einer anderen Stelle in den Boden eingetrieben zu werden.
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Systematische Praxisanwendungen haben ergeben, daß der Boden um so
wirkungsvoller aufgebrochen und verbaut werden kann, je schneller das Energiepotential
beziehungsweise die Druckluft und anschließend das Substrat beigesetzt werden. Die
Dimensionierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in jedem Falle vom Einsatz-
beziehungsweise Verwendungszweck her vorbestimmt. Praktisch bedeutet dies, daß sowohl
die Einzelsonde für den Aufbruch bis zum Beispiel 50 cm Tiefe in einem neistungsfähigen
Fahrgerät ebenso dimensioniert sein muß wie ein entsprechendes Handgerät. Damit
ist bei dieser Arbeitstiefe ein Mindestpotential für den optimalen Aufbruch erforderlich.
Eine weitere Anhebung
des Potentials kann darüber hinaus keine
wesentliche Wirkungssteigerung bewerkstelligen und ist praktisch somit zwecklos.
Es hat sich herausgestellt, daß ein Energiepotential von etwa 30 1 auf 20 bar vorgespannter
Luft ein Optimum bei 50 cm Arbeitstiefe darstellen. Für die Freisetzung ist dabei
während des Vorgangs an allen Stellen des Luftweges möglichst ein Durchlass von
etwa 5cm2 zu gewährleisten. Mit einer solchen Vorrichtung können bei dem genannten
Potential absolut zuverlässig etwa 3 1 Substrat in die geweiteten Spalten und Risse
eingebracht werden. Dabei werden im Boden etwa 2 ion2 Spaltenwände und weit mehr
beaufschlagt und verbaut und zum Beispiel mit Düngekalk bepudert und offengehalten.
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Die Zuleitung vom Druckluftbehälter zum Schnellschlußventil 117 sollte
möglichst kurz und mit einem großen Durchlassquerschnitt ausgestattet sein.
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Fehlbedienungen werden durch geeignete Sicherheitsvorkehrungen (Verriegelungen)
ausgeschlossen, so daß ein zuverlässiger Verfahrensablauf gewährleistet ist. Das
Ingangsetzen der Sondenramme für die Sonde 107 kann nur nach Freigabe durch die
Schlagposition eines auf das das Innenrohr 106 umhüllende Mantelrohr wirkenden Ambosses
erfolgen. Eine unzulässige Auslösung des Schnellschlußventils 117 wird durch eine
Verriegelung verhindert, die dann gelöst wird, wenn das Innenrohr 106 zur Freigabe
der Austrittsöffnungen an der Spitze der Sonde 107 in die entsprechende Offenstellung
gedreht wird. Durch Drehen des Innenrohres 106 wird das Hubventil des Hubzylinders
für die Sondenramme freigegeben oder gesperrt.