DE102004059291A1

DE102004059291A1 - Verfahren zum Dosieren bei der Ausbringung von Gülle auf landwirtschaftliche Flächen

Info

Publication number: DE102004059291A1
Application number: DE102004059291A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr.-Ing. Herberg
Original assignee: BALLAN OEKO TECHNIK GmbH; Ballan Oko-Technik GmbH
Current assignee: BALLAN OEKO TECHNIK GmbH; Ballan Oko-Technik GmbH
Priority date: 2004-12-09
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2006-06-14

Abstract

Verfahren zum Fördern und Dosieren von Gülle oder anderen flüssigen Düngern beim Verteilen auf landwirtschaftlichen Flächen, die den flüssigen Dünger aus Vorratsbehältern mittels Kreiselpumpen durch ein Leitungssystem zu Verteilorganen, die sich in systematischer Bahn mit veränderlicher Geschwindigkeit über die zu düngende landwirtschaftliche Fläche bewegen, fördert, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit mittels geeigneter Messmittel die aktuelle Vorfahrtgeschwindigkeit der Verteilorgane laufend feststellt, unter Zugrundelegung von eingegebenen Sollwerten für die Aufwandmenge und der Arbeitsbreite der Verteilorgane den erforderlichen Volumenstrom laufend errechnet und mittels geeigneter Stellglieder eine geeignete Stellgröße von Kreiselpumpe, Leitungssystem oder Verteilorganen unter Zugrundelegung von in der Steuereinheit abgelegten Kennlinien laufend so einstellt, dass dieser Volumenstrom tatsächlich erzielt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dosieren von Gülle oder anderen flüssigen organischen Düngern beim Verteilen auf landwirtschaftliche Flächen.

Für das Dosieren von Gülle bei der Ausbringung gibt es folgende Varianten, die an die im jeweiligen Tankwagen realisierten Fördertechnik gebunden sind:

– Kompressor-Tankwagen

Bei Kompressor-Tankwagen wird der Behälter zum Befüllen von einem aufgebauten Kompressor mit Unterdruck beaufschlagt und die Gülle so in den Behälter gesaugt. Zum Ausbringen wird der Kompressor umgeschaltet, so dass der Behälter-Überdruck die Gülle durch die an der tiefsten Stelle des Behälters befindliche Ausgangsöffnung zum Verteiler drückt. Wegen der geltenden Druckbehälter-Verordnung ist der Überdruck auf 1 bar begrenzt. Aufgrund der Behälterhöhe von ca. 2,2 Meter verringert sich der Volumenstrom bei konstantem Behälter-Innendruck während der Entleerung kontinuierlich um bis zu 2,20 mWS. Zum Erzielen der vorgesehenen Aufwandmenge wählt der Fahrer zu Beginn der Arbeit unter Zugrundelegung von Erfahrungswerten die Fahrgeschwindigkeit, die er bei Abweichung der Aufwandmenge vom Sollwert bei der nächsten Fahrt korrigiert.

Folgende Fehlerquellen können die Dosierung verfälschen:

– Unkontrolliertes Abweichen von der vorgewählten Fahrgeschwindigkeit infolge von Hangneigung, aufgeweichtem Boden o.ä.,
– Änderung des geodätischen Höhenunterschieds zwischen Güllepegel und Verteiler-Auslaß bei der Entleerung,
– Unvorhersehbarkeit des Strömungsverhaltens der Gülle.

Wegen der Robustheit ist die Kompressortechnik bei Güllewagen sehr weit verbreitet. Nachteilig ist dagegen ist die oben angesprochene Ungenauigkeit der Dosierung sowie aufgrund des geringen Kompressordrucks die geringe Ausbringleistung. Ein weiterer Nachteil ist die aufgrund der Befüll- und Entleerungstechnik bestehende Notwendigkeit eines druck- und vakuumfesten Behälters.

Vereinzelt werden zur Verbesserung der Dosierung elektronische Steuerungen eingesetzt, bei denen über einen Fahrzeug-Sensor die Fahrgeschwindigkeit und über einen Sensor im Leitungssystem der Güllevolumenstrom laufend ermittelt werden. Die Fahrgeschwindigkeit wird mit der einzugebenden Arbeitsbreite und dem Güllevolumenstrom zur Aufwandmenge (cbm/ha) verrechnet und bei Abweichung vom Sollwert wird ein im Leitungssystem installierter Dosierschieber elektrisch verstellt.

Schwachpunkt in diesem System ist die Messung des Volumenstroms, weil die Korrelation zwischen Messsignal und Volumenstrom sehr stark von er Zusammensetzung der Gülle abhängt, so dass das System häufig kalibriert werden muß. Außerdem stellt sch die Integration des Messfühlers in die Anlage häufig als problematisch dar, weil sie zum genauen Arbeiten ein langes Stück gerader Leitung erfordert, das sich am Güllewagen oft nur mit großem Aufwand unterbringen lässt. Weitere Probleme sind der Anschaffungspreis und der Aufwand für die Reinigung des Sensors sowie der Druckverlust am Dosierschieber.

– Verdrängerpump-Tankwagen

Bei dieser Variante wird die Gülle sowohl beim Befüllen als auch beim Entleeren mittels Verdrängerpumpe gefördert. Es besteht eine gute Proportionalität zwischen Pumpendrehzahl und Volumenstrom, so dass eine Veränderung des Strömungswiderstandes der Gülle bei gegebener Drehzahl bei gut gewarteter Pumpe nur geringen Einfluß auf den Volumenstrom hat. Der Anwender stellt die Pumpe auf die Betriebsdrehzahl ein und wählt die Fahrgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der Arbeitsbreite so, dass die gewünschte Aufwandmenge (cbm/ha) erreicht wird.

Wie beim Kompressor-Tankwagen führen auch hier Abweichungen von der vorgewählten Fahrgeschwindigkeit (Anfahren, Hangneigung, aufgeweichter Boden) zu Abweichung bei der Aufwandmenge. Der Einsatz von Verdrängerpumpen bei der Gülleausbringung ist aufgrund von Anschaffungskosten für die Pumpe, Anfälligkeit der Pumpen gegen Fremdkörper, Bauaufwand für die Behälter und wegen des hohen Pumpenverschleißes nur gering verbreitet.

– Kreiselpump-Tankwagen

Bei dieser Variante wird die Gülle beim Ausbringen mittels am Fahrzeug installierter und über die Schlepper-Zapfwelle mit konstanter Drehzahl angetriebene Kreiselpumpe gefördert. Die Befüllung geschieht durch eine stationäre Pumpe. Lediglich aus DE 299 22 096 U1 ist eine Lösung bekannt, nach der sowohl das Befüllen als auch das Ausbringen mit einer Kreiselpumpe erfolgt.

Die Beziehung zwischen Pumpendrehzahl und Volumenstrom hängt sehr von der Gülle-Konsistenz ab, so dass der Anwender bei der Ausbringung ähnlich verfährt wie beim Kompressor-Tankwagen, wobei auch die gleichen Fehlermöglichkeiten bestehen.

Vorliegende Erfindung ermöglicht eine hinreichend genaue Dosierung des flüssigen Düngers bei der Ausbringung, ohne dass einerseits eine teure und verschleißanfällige Verdrängerpumpe oder andererseits ein ebenfalls teurer und im Einbau problematischer Volumenstromsensor eingesetzt wird. Der Aufbau des Systems zum Fördern und Ausbringen der Gülle ist in 1 dargestellt. Sie zeigt die Seitenansicht eines von einem Traktor (1) gezogenen Gülleanhängers (2) während der Ausbringung. Im Behälter (3) des Anhängers (2) befindet sich Gülle (4). Am rückwärtigen Auslauf (5) des Behälters (3) sind eine oder mehrere Kreiselpumpen (6) angeordnet. Diese ziehen die Gülle (4) aus dem Behälter (3) und drücken sie durch eine Leitungssystem (7) zu den Verteilorganen (8). Diese verteilen die Gülle auf hier nicht zu erörternde Weise auf die Arbeitsbreite, die nicht dargestellt ist und sich im rechten Winkel zur Bildebene von 1 erstreckt.

Die Kreiselpumpen (6) überwinden den Strömungswiderstand von Auslauf (5), Leitungssystem (7) und Verteilorganen (8) sowie die sich bei der Ausbringung verändernde Druckdifferenz, die aus dem veränderlichen Höhenunterschied (9) zwischen Oberfläche der Gülle (4) und Auslauf des Verteilers (8) resultiert. Zum Druckausgleich zwischen Behälter (3) und Umgebung ist eine Be- und Entlüftungsleitung (10) angebracht. Eventuell am Gülleanhänger (2) vorhandene Vorrichtungen zum Befüllen oder für andere Zwecke sind nicht Inhalt der Erfindung und nicht behandelt.

Bei der auf vorliegender Erfindung beruhenden Anordnung stellt eine Steuereinheit (12) mittels geeigneter Messmittel (11) die aktuelle Vorfahrtgeschwindigkeit (13) der Verteilorgane (8) laufend fest und berechnet laufend unter Zugrundelegung der Arbeitsbreite der Verteilorgane (8) und eines vor Arbeitsbeginn in den Speicher der Steuereinheit (12) eingegebenen Sollwerts für die Aufwandmenge den erforderlichen Volumenstrom und stellt ohne Messung des Volumenstroms mittels geeigneter Stellglieder eine geeignete Stellgröße von Kreiselpumpe (6), Leitungssystem (7) oder Verteilorganen (8) unter Zugrundelegung von vor Arbeitsbeginn ermittelten und in den Speicher der Steuereinheit (12) abgelegten Kennlinien laufend so ein, dass dieser Volumenstrom tatsächlich immer erzielt wird.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Kreiselpumpe (6) mit einem drehzahlverstellbaren Antrieb ausgerüstet. Die Steuereinheit (12) errechnet aus der Vorfahrtgeschwindigkeit (13), der Arbeitsbreite und dem Sollwert der Aufwandmenge den erforderlichen Volumenstrom, errechnet anschließend unter Zugrundelegung der vor Arbeitsbeginn ermittelten und gespeicherten Druck-Volumenstrom-Kennlinie der Verteilorgane den zur Erzielung des Volumenstroms notwendigen Druck vor den Verteilorganen und stellt diesen anschließend durch Veränderung der Kreiselpumpendrehzahl unter Nutzung eines Druck-Messsignals ein.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Kreiselpumpe ebenfalls mit einem drehzahlverstellbaren Antrieb ausgerüstet. Auch hier errechnet die Steuereinheit aus der Fahrgeschwindigkeit, der Arbeitsbreite und dem Sollwert der Aufwandmenge den erforderlichen Volumenstrom. Im zweiten Schritt errechnet sie unter Zugrundelegung des vor Arbeitsbeginn ermittelten Drehzahl-Druck-Volumenstrom-Kennfeldes der Kreiselpumpen sowie der vor Arbeitsbeginn ermittelten und gespeicherten Druck-Volumenstrom-Kennlinien für Leitungssystem und Verteilorgane die erforderliche Kreiselpumpendrehzahl und stellt diese anschließend unter Nutzung eines Drehzahl-Messsignals ein.

In einer weiteren Ausführungsform arbeitet die Kreiselpumpe mit Konstant-Drehzahl. Nach Ermittlung des erforderlichen Volumenstroms errechnet die Steuereinheit ebenfalls unter Zugrundelegung der bereits erwähnten Druck- Volumenstrom-Kennlinie der Verteilorgane den zur Erzielung des Volumenstroms notwendigen Druck vor den Verteilorganen und stellt diesen durch gezieltes Verändern des Querschnitts einer zwischen Kreiselpumpen und Verteilorganen angeordneten Stell-Drossel unter Nutzung eines Druck-Messsignals ein.

In einer anderen, ansonsten gleichen Ausführungsform wird statt der Stelldrossel ein Stellglied eingesetzt, das einen veränderlichen Anteil des Flüssigkeitsstromes zum den Vorratstank zurück leitet.

In einer Ausführungsform stellt die Steuereinheit unter Zugrundelegung des vor Arbeitsbeginn ermittelten und in den Speicher der Steuereinheit abgelegten Drehzahl-Druck-Volumenstrom-Kennfeldes der Kreiselpumpen, der vor Arbeitsbeginn ermittelten und in den Speicher der Steuereinheit abgelegten Druck-Volumenstrom-Kennlinie des Leitungssystems und der vor Arbeitsbeginn ermittelten und in den Speicher der Steuereinheit abgelegten Querschnitt-Druck-Volumenstrom-Kennfeldes der Verteilorgane mittels geeigneter Stellglieder die Durchlassquerschnitte der Verteilorgane laufend so ein, dass sich der errechnete Volumenstrom einstellt

Allen Ausführungsformen gemeinsam ist die Möglichkeit, nach Ende einer Ausbringfahrt anhand der gedüngten Fläche (Arbeitsbreite × Fahrtstrecke) und des Fassungsvermögens der Vorratstanks den Mittelwert der tatsächlichen Aufwandmenge mit dem Sollwert zu vergleichen und der Steuereinheit vor Beginn der nächsten Fahrt gegebenenfalls einen Korrekturwert einzugeben.

Claims

Verfahren zum Fördern und Dosieren von Gülle oder anderen flüssigen Düngern beim Verteilen auf landwirtschaftlichen Flächen, die den flüssigen Dünger aus Vorratsbehältern mittels Kreiselpumpen durch ein Leitungssystem zu Verteilorganen, die sich in systematischer Bahn mit veränderlicher Geschwindigkeit über die zu düngende landwirtschaftliche Fläche bewegen, fördert, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit mittels geeigneter Messmittel die aktuelle Vorfahrtgeschwindigkeit der Verteilorgane laufend feststellt, unter Zugrundelegung von eingegebenen Sollwerten für die Aufwandmenge und der Arbeitsbreite der Verteilorgane den erforderlichen Volumenstrom laufend errechnet und mittels geeigneter Stellglieder eine geeignete Stellgröße von Kreiselpumpe, Leitungssystem oder Verteilorganen unter Zugrundelegung von in der Steuereinheit abgelegten Kennlinien laufend so einstellt, dass dieser Volumenstrom tatsächlich erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit unter Zugrundelegung einer im Speicher der Steuereinheit gespeicherten Druck-Volumenstrom-Kennlinie der Verteilorgane den zur Erzielung des Volumenstroms erforderlichen, vor den Verteilorganen anstehenden Druck laufend berechnet und die Drehzahl der Kreiselpumpe unter Messung des Druckes laufend so einstellt, dass der errechnete Druck erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit unter Zugrundelegung eines im Speicher der Steuereinheit abgelegten Drehzahl-Druck-Volumenstrom-Kennfeldes der Kreiselpumpe, einer im Speicher der Steuereinheit abgelegten Druck-Volumenstrom-Kennlinie für Leitungssystem und Verteilorgane die zur Erzielung des Volumenstroms erforderliche Kreiselpumpendrehzahl laufend berechnet und unter ständiger Kontrolle laufend einstellt.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit unter Zugrundelegung einer im Speicher der Steuereinheit gespeicherten Druck-Volumenstrom-Kennlinie der Verteilorgane den zur Erzielung des Volumenstroms erforderlichen, vor den Verteilorganen anstehenden Druck laufend berechnet und den Querschnitt einer zwischen Kreiselpumpen und Verteilorganen angeordneten Stelldrossel unter Messung des Druckes laufend so einstellt, dass der errechnete Druck erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit unter Zugrundelegung einer im Speicher der Steuereinheit gespeicherten Druck-Volumenstrom-Kennlinie der Verteilorgane den zur Erzielung des Volumenstroms erforderlichen, vor den Verteilorganen anstehenden Druck laufend berechnet und Stellglieder, die zwischen den Kreiselpumpen und den Verteilorganen angeordnet sind einen veränderlichen Teil des Flüssigkeitsstromes zum Vorratstank zurück leiten unter laufender Messung des Druckes so verstellt; dass der errechnete Druck erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit unter Zugrundelegung eines im Speicher der Steuereinheit abgelegten Drehzahl-Druck-Volumenstrom-Kennfeldes der Kreiselpumpen, einer im Speicher der Steuereinheit abgelegten Druck-Volumenstrom-Kennlinie des Leitungssystems und eines im Speicher der Steuereinheit abgelegten Querschnitt-Druck-Volumenstrom-Kennfeldes der Verteilorgane mittels geeigneter Stellglieder die Durchlassquerschnitte der Verteilorgane laufend so einstellt, dass sich der errechnete Volumenstrom einstellt