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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Agrarspritzen-Ventileinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige Agrarspritzen-Ventileinheiten dienen der Steuerung der Ausbringrate 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.
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STAND DER TECHNIK
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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 abgeschaltet werden sollen. Während für die vollständige Abschaltung in dem Randbereich eines Feldes ein zentrales Ventil 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 Ventile absperrbar sind. Nachteilig hieran ist, dass zusätzlich zu den ohnehin an den Agrarspritzen vorgesehenen Ventileinheiten zusätzliche Leitungssegmente und/oder Ventileinheiten für das temporäre Absperren des fluidischen Flusses vorzusehen sind, wodurch die Kosten und der Bauraum sowie das Gewicht erhöht werden.
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Weitere Problemstellungen moderner Agrarspritzen mit Lösungsvorschlägen sind der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung
DE 10 2009 001 532.9-23 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, dass Ausbringverhalten 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 Spektrums der Tropfengrößen, dem fluidischen Fluss, eines Winkels eines Sprühkegels eine Veränderung des Ausbringverhalten wünschenswert sein. Ebenfalls möglich ist, dass eine Steuerung des Ausbringverhaltens auf Grundlage von Informationen eines Global-Positioning-Systems erfolgen soll, indem beispielsweise je nach Position auf dem Feld das erforderliche Ausbringvolumen vorgegeben ist, beispielsweise auf Grundlage von vergangenen positionsbezogenen Erntedaten.
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Bekannt ist die Beeinflussung eines Volumenstroms für die Ausbringung des agraren Fluids über eine Förderleistung einer Pumpe für die Zuführung des Fluids, eine Veränderung des Druckes in einer Zuführleitung, eine Beeinflussung eines Öffnungs-Querschnitts einer Ventileinheit der Agrarspritze oder über den Einsatz einer Ventileinheit in Ausbildung als pulsmoduliertes System (vgl.
DE 10 2009 001 532.9-23 und
DE 696 25 914 T2 ), wobei 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 Ventileinheit der Agrarspritze nachgeschaltete Spritz- oder Düseneinheit. Es versteht sich, dass eine Wechselwirkung zwischen der Spritzen- oder Düseneinheit einerseits und der zuvor erläuterten Ventileinheit andererseits gegeben ist, so dass der Druck und der Volumenfluss nicht nur durch die Ventileinheit allein, sondern auch durch die einen Strömungswiderstand bildende Spritzen- oder Düseneinheit beeinflusst ist und andererseits die Ventileinheit, beispielsweise in Folge des pulsierenden Betriebs für das pulsweitenmodulierte Ventil, das Ausbringverhalten der Spritzen- oder Düseneinheit beeinflusst. Möglich ist, dass eine Regelung der Betriebsparameter der Ventileinheit und/oder der Spritzen- oder Düseneinheit einzeln oder gemeinsam erfolgt. Ebenfalls denkbar ist, dass die Spritzen- oder Düseneinheit und die Ventileinheit zu einer Baueinheit kombiniert sind, wobei die Ventileinheit auch unmittelbar als Düseneinheit ohne separate Bauelemente der genannten Einheiten ausgebildet sein kann.
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Weiterer Stand der Technik bezüglich einer agraren Ausbringeinrichtung oder einer ”landwirtschaftlichen Feldspritze” ist beispielsweise aus
DE 10 2006 008 612 A1 bekannt.
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Agrarspritzen-Ventileinheiten zur Steuerung des auszubringenden Volumenstroms und der Druckverhältnisse, insbesondere 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 Ventileinheit. In Folge einer Mindestgröße des Ventiltellers zur Schaffung ausreichender Öffnungsquerschnitte der Ventileinheit und den in Agrarspritzen wirkenden Druckdifferenzen zwischen der Primärleitung und der Sekundärleitung bauen Ventileinheiten mit einer Direktsteuerung verhältnismäßig groß.
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In Folge der genannten Nachteile direkt gesteuerter Ventileinheiten finden in modernen Ventileinheiten für Agrarspritzen vorzugweise vorgesteuerte Ventileinheiten Einsatz, wie diese beispielhaft in den 1 und 2 dargestellt sind: Die Ventileinheit 1 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 Ventileinheit 1 die Abgabe des Fluids, beispielsweise auf das Feld, wobei die Sekundärleitung 3 mit einer Düsen- oder Spritzeneinheit gekoppelt sein kann. Die 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.
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Zur Gewährleistung der Vorsteuerung ist der Ventilkörper 6 unter Abdichtung (in den 1 und 2 nicht 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 mit einer Zuführleitung 12 mit der Primärleitung 2 verbunden, in der eine Art Drossel 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 zwischengeordnet 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 nach oben gegen die Beaufschlagung durch eine Feder 16 gezogen wird, wodurch das Vorsteuerventil 5 in seine Öffnungsstellung überführt wird. Die Funktionsweisen einer derart vorgesteuerten 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 Drosselnwirkung in der Zuführleitung 12 mit zeitlicher Verzögerung) dem Druck in der Primärleitung 2 entspricht. Dieser 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 auf eine Ringfläche 18 des Ventilkörpers 6 radial außen liegend von dem Ventilsitz 8 wirkt, ist nicht groß genug, um den Ventilkörper 6 von dem Ventilsitz 8 anzuheben. Wird hingegen die Spule 14 bestromt, wird das Hauptventil 4 in den geöffneten Schaltzustand und das Vorsteuerventil in die geöffnete Schaltstellung 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 in kleinerer Druck wirkt als in der über die Drossel 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 Ventileinheit 1 in den Betriebszustand gemäß 1 erwünscht, kann durch Überführung der Spule 14 im stromlosen Zustand das Vorsteuerventil 5 wieder in seine gesperrte Schaltstellung überführt werden, womit der Druck im Druckraum 10 wieder ansteigt und in Folge fuidisch erzeugter Kraft auf die Kolbenfläche 11 das Hauptventil 4 in seinen geschlossenen Schaltzustand überführt wird. Derartige vorgesteuerte Ventileinheiten 1 haben den Vorteil, dass mit relativ kleinen Spulen 14 und Ankern 15 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 Ventileinheit 1 gemäß 1 und 2 für einen Einsatz derselben für eine Agrarspritze, dass in dem feinen Leitungssystem und dem Vorsteuerventil 5 mit gewünschter kleiner Bauweise Verunreinigungen, Partikel oder ähnliches abgelagert werden können, die schlimmstenfalls zu Verstopfungen der Leitungen, Ventilquerschnitte und/oder Beeinträchtigungen der Bewegungsfreiheitsgrade der Ventilglieder führen können, die letztendlich zu Funktionsstörungen und Einschränkungen der Lebensdauer führen.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Agrarspritzen-Ventileinheit vorzuschlagen, die eine geringe Anfälligkeit gegenüber Verunreinigungen besitzt.
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LÖSUNG
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Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich entsprechend den abhängigen Patentansprüche 2 bis 8.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Erfindungsgemäß findet zunächst eine Agrarspritzen-Ventileinheit mit einem Hauptventil sowie einem Vorsteuerventil Einsatz, wobei diese in beliebiger Bauart, also als Sitzventil oder Schieberventil, ausgebildet sein können. Allerdings ist erfindungsgemäß nicht, wie gemäß dem Stand der Technik, der in den 1 und 2 dargestellt ist, das elektromagnetische Vorsteuerventil als 2/2-Wegeventil ausgebildet. Vielmehr besitzt das Vorsteuerventil eine erste Schaltstellung, in der dieses den Druckraum mit der Primärleitung verbindet, während das elektromagnetische Vorsteuerventil in einer zweiten Schaltstellung den Druckraum mit einem Auslass verbindet, der beispielsweise unmittelbar oder mittelbar mit der Umgebung verbunden ist oder zu einer Drucksenke führt, wie beispielsweise einem Tank. Darüber hinaus wird in der zweiten Schaltstellung des Vorsteuerventils Fluid aus dem Druckraum zu dem Auslass gefördert. Diese Förderung erfolgt veranlasst durch eine Verschiebung es Ventilkörpers, wenn das Hauptventil in den geöffneten Schaltzustand überführt wird. Diese Verschiebung des Ventilkörpers hat zur Folge, dass sich das Volumen des Druckraums verändert. Mit dieser Volumenveränderung wird die Förderbewegung des Fluids veranlasst – vereinfacht gesagt wirkt die Bewegung des Ventilkörpers als eine Art ”Pumpe” für die Förderung des Fluids zu dem Auslass. Angesichts der Ausbildung des Vorsteuerventils mit den beiden genannten Schaltstellungen erfolgt damit eine exakte Leitung des fluidischen Flusses zu und von dem Druckraum: Während in der ersten Schaltstellung lediglich ein Zufluss zu dem Druckraum von der Primärleitung über das Vorsteuerventil ermöglicht ist, erfolgt in der zweiten Schaltstellung die Abfuhr von Fluid von dem Druckraum zu dem Auslass. Für einen im Betrieb erfolgenden wiederholten betriebsbedingten Wechsel zwischen der ersten und zweiten Schaltstellung des Vorsteuerventils und zurück ergibt sich somit eine intermittierende, aber stets in eine Richtung gerichtete Förderung von Fluid, nämlich mit kleinen schrittweise bewegten Volumina des Fluids. Die Größe der Volumina entspricht im Wesentlichen der Veränderung des Volumens des Druckraums für die Verschiebung des Ventilkörpers. Diese Volumina werden sukzessive von der Primärleitung durch eine Zuführleitung zu dem Druckraum und von dort zu dem Auslass gefördert. Auch etwaige Partikel werden vorrangig in eine Förderrichtung in Richtung des Auslasses transportiert, wo diese beseitigt werden können. (Anders ist dies für den eingangs erläuterten Stand der Technik, wo für eine Veränderung des Volumens des Druckraums Fluid mit Partikeln in der Ventileinheit verbleiben kann, durch den Abführkanal der Sekundärleitung zugeführt werden kann und sogar rückwärts zurück in die Zuführleitung 12 gepresst werden kann. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist somit letztendlich eine verbesserte Reinigung und ein Austrag von Partikeln aus der Ventileinheit ermöglicht. Andererseits können weitere Vorteile einer vorgesteuerten Ventileinheit, wie diese für den Stand der Technik beschrieben worden sind, wie beispielsweise die Öffnung des Hauptventils erst mit Überschreiten eines Mindestdruckes in der Primärleitung, unverändert weiter genutzt werden. Die Erfindung schlägt erstmalig die Verwendung eines vorgesteuerten Ventils mit den zuvor erläuterten Merkmalen für eine Agrarspritzen-Ventileinheit vor.
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Grundsätzlich kann für ein elektromagnetisches Vorsteuerventil ein beliebiges Vorsteuerventil mit einer beliebigen Anzahl von Anschlüssen und/oder Schaltstellungen sowie in beliebiger Bauart verwendet werden. Gemäß einem Vorschlag der Erfindung wird ein elektromagnetisches Vorsteuerventil in Ausbildung als 3/2-Wegeventil verwendet. Derartige Ventile sind kostengünstig zu beziehen, gewährleisten aber dennoch die erste sowie zweite Schaltstellung des Vorsteuerventils. Mit einem derartigen 3/2-Wegeventil können mit minimiertem Aufwand die vorgenannten Schaltstellungen realisiert werden.
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Grundsätzlich kann das elektromagnetische Vorsteuerventil auch stromlos, beispielsweise bei einer Deaktivierung der elektrischen Leitungsversorgung oder bei einem Versagen der elektrischen Leitungsversorgung, in die zweite Schaltstellung geschaltet sein. Für einen anderen erfindungsgemäßen Vorschlag, für welchen das elektromagnetische Vorsteuerventil stromlos in der ersten Schaltstellung ist, kann allerdings ausgeschlossen werden, dass bei einer derartigen Abschaltung oder einem Einbruch der elektrischen Spannungsversorgung das Hauptventil geöffnet ist, was dazu führen würde, dass Fluid aus der Agrarspritze ausgebracht wird, ohne dass elektrische Eingriffsmöglichkeiten bestehen. Vielmehr ist für den stromlosen Zustand das Hauptventil gesichert geschlossen.
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Auch das Hauptventil kann an sich in beliebiger Bauart ausgebildet sein, beispielsweise auch als Schieberventil, sofern dieses in Folge fluidischer Vorsteuerung durch das Vorsteuerventil von einer ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung überführbar ist (oder umgekehrt). Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist allerdings das Hauptventil als ein Sitzventil ausgebildet. Derartige Sitzventile sind mit vertretbaren Kosten herstellbar. Des Weiteren führen diese nicht auf Probleme in Folge abzudichtender, unter Umständen in einem hohen Verschleiß und/oder einer Leckage unterworfenen Steuerkanten, wie diese für ein Hauptventil in Schieberbauart erforderlich sind. Hierbei kann der in dem Sitzventil eingesetzte Ventilkörper ein- oder mehrteilig ausgebildet sein, beispielsweise mit einem Stößel oder anderweitigen Übertragungsmechanismus zwischen einem Ventilteller und einer vom Vorsteuerventil beaufschlagten Fläche.
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Der Ventilkörper kann auf beliebige, an sich bekannte Bauweise ausgebildet sein, beispielsweise mit einem Ventilteller und einem starren Ventilkörper. Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung ist allerdings der Ventilkörper mit einer Membran ausgebildet. Eine derartige Membran ist auf einfach Weise kostengünstig zu fertigen und zu montieren und ist vorteilhaft hinsichtlich der gewünschten Dichtwirkung am Ventilsitz sowie der Lebensdauer.
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An sich sind die erfindungsgemäßen Maßnahmen und Vorteile nicht gekoppelt an eine bestimmte Leitungsführung für die Primärleitung, Sekundärleitung und/oder Zuführ- und Abführleitungen. Für den Fall, dass allerdings eine Primärleitung auf einer anderen Seite des Hauptventils angeordnet ist als der Druckraum, müsste eine Zuführleitung zwischen Primärleitung und Druckraum an dem Hauptventil vorbeigeführt werden, wodurch sich eine Erstreckung der Agrarspritzen-Ventileinheit seitlich des Hauptventils vergrößern würde mit einer hierdurch erforderlichen vergrößerten Baugröße der Ventileinheit. Zur Abhilfe schlägt die Erfindung für eine weitere Ausgestaltung vor, dass die Zuführleitung nicht seitlich an dem Hauptventil vorbeigeführt ist. Vielmehr ist die Primärleitung über eine Ausnehmung der Membran mit dem Druckraum verbunden – dies kann bedeuten, dass sich die Zuführleitung durch die Membran hindurch erstreckt. Hierdurch kann die Baugröße der Ventileinheit signifikant verringert werden.
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Für einen weiteren Vorschlag der Erfindung ist allerdings eine Steuereinheit vorgesehen. Diese kann in die Ventileinheit selbst integriert sein oder an diese angebaut sein, so dass die Steuereinheit der Agrarspritzen-Ventileinheit selbst zugeordnet ist. Denkbar ist, dass eine Steuereinheit dezentral angeordnet ist und über eine geeignete Steuereinleitung auf das Vorsteuerventil einwirkt, wobei in diesem Fall die Steuereinheit auch für mehrere Agrarspritzen-Ventileinheiten sowie unter Umständen auch weitere Steuerzwecke genutzt werden kann. Möglich ist auch, dass jeweils eine separate Steuereinheit der Ventileinheit zugeordnet ist als externe Steuereinheit oder integrierte Steuereinheit. In jedem Fall ist die Steuereinheit über eine Steuerleitung mit dem elektromagnetischen Vorsteuerventil verbunden.
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Möglich ist, dass eine Spülung der Ventileinheit durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen durchgeführt wird im üblichen Betrieb der Agrarspritze, indem jeweils für die Öffnung des Hauptventils Fluid aus dem Auslass ausgeschoben wird und für die Schließung des Hauptventils neues Fluid von der Primärleitung zu dem Druckraum zugeführt wird. Für einen weiteren Vorschlag der Erfindung ist die Steuereinheit mit einer Steuerungslogik ausgestattet, die derart ausgebildet ist, dass das elektromagnetische Vorsteuerventil über ein über die Steuerleitung gesendetes Vorsteuersignal innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls wiederholt zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung hin- und herschaltbar ist. Demgemäß wird in kurzen Abständen immer wieder Fluid aus der Primärleitung zu dem Druckraum nachgeführt und aus dem Druckraum über den Auslass beseitigt, womit die Ventileinheit mit der Zuführleitung, dem Druckraum, der Abführleitung und den Führungsflächen für bewegte Bauelemente ”durchspült” werden kann. Auch die durch das Hin- und Herschalten erzeugten Druckpulsationen können genutzt werden, um sich ablagernde Partikel ”loszureißen” und über den Auslass aus der Agrarspritzen-Ventileinheit abzuführen.
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Für die konstruktive Ausgestaltung der Agrarspritzen-Ventileinheit gibt es vielfältige Möglichkeiten, indem diese mit einer einzigen Baueinheit oder einem Modul ausgebildet ist oder modular mit mehreren Modulelementen ausgebildet ist. Entsprechend einem besonderen Vorschlag der Erfindung ist die Agrarspritzen-Ventileinheit mit einem Anschlussgehäuse sowie einem Ventilgehäuse gebildet. Das Anschlussgehäuse bildet die Primärleitung und die Sekundärleitung sowie einen Ventilsitz des Hauptventils aus. Hingegen besitzt das Ventilgehäuse eine Ausnehmung, in welcher der Druckraum gebildet ist. Das Anschlussgehäuse und das Ventilgehäuse werden dann unter Zwischenordnung des Ventilkörpers miteinander montiert, wodurch eine besonders einfach konstruktive Ausgestaltung ermöglicht ist. Die Montage kann auf beliebige Weise erfolgen, beispielsweise über eine formschlüssige Verbindung, eine reibschlüssige Verbindung oder Pressverbindung, einen Bajonettverschluss, eine anderweitige Rastverbindung oder ähnliches. Denkbar ist, dass die Verbindung über eine Überwurfmutter erfolgt, die beispielsweise vom Ventilgehäuse getragen sein kann und mit einem Innengewinde in Wechselwirkung tritt mit einem Außengewinde des Anschlussgehäuses. Durch die Ausbildung mit dem Anschlussgehäuse einerseits und einem Ventilgehäuse andererseits ist weiterhin ermöglicht, dass eine Ventileinheit mit einem Ventilgehäuse in Verbindung mit unterschiedlichen Anschlussgehäusen genutzt wird, so dass die Ventileinheit mit dem Ventilgehäuse und der Ausnehmung, unter Umständen auch mit der Zuführleitung und der Abführleitung und dem Vorsteuerventil in einer großen Stückzahl gefertigt werden kann und dann die Verbindung mit unterschiedlichen Anschlussgehäusen, die beispielsweise an sich verschiedenen Spritzen- oder Düseneinheiten zugeordnet sind, erfolgen kann.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung 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. 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.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
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1 zeigt eine Prinzipskizze einer vorgesteuerten Ventileinheit gemäß dem Stand der Technik für ein Hauptventil in geschlossenem Schaltzustand und ein Vorsteuerventil in gesperrter Schaltstellung.
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2 zeigt die Ventileinheit gemäß 1 für das Hauptventil in einem geöffneten Schaltzustand sowie das Vorsteuerventil in einer durchlassenden Schaltstellung.
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3 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Agrarspritzen-Ventileinheit mit einem Hauptventil in einem geschlossenen Schaltzustand sowie einem Vorsteuerventil in einer ersten Schaltstellung.
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4 zeigt die Agrarspritzen-Ventileinheit gemäß 3 mit dem Hauptventil in einem geöffneten Schaltzustand sowie dem Vorsteuerventil in der zweiten Schaltstellung.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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Für das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel, welches in den 3 und 4 dargestellt ist, werden für Bauelemente und Merkmale, die an sich Bauelementen und Merkmale des Ausführungsbeispiels gemäß dem Stand der Technik, wie dieses in den 1 und 2 dargestellt und hierzu beschrieben ist, entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Grundsätzlich ist die Ventileinheit 1 mit drei Komponenten oder Modulen gebildet, nämlich einem Anschlussmodul 20, einem Ventilmodul 21 und einem Vorsteuermodul 22. In dem Anschlussmodul 20 sind in einem Anschlussgehäuse 23 die Primärleitung 2 und die Sekundärleitung 3 gebildet. Für das dargestellt Ausführungsbeispiel durchsetzt die Sekundärleitung 3 das Anschlussgehäuse 23 in dem dargestellten Teilbereich zentral und Koaxial zu einer Längsachse 30 mit einer Axialbohrung. Die Primärleitung 2 ist mit einem die Sekundärleitung 3 unter Zwischenschaltung eines hülsenartigen Fortsatzes 24 koaxial umgebenden Ringkanal 25 gebildet, in welchen mindestens eine Stichleitung 26 einmündet. Die dem Ventilmodul 21 zugewandte kreisringförmige Stirnfläche des hülsenartigen Fortsatzes 24 bildet den Ventilsitz 8 aus. Zumindest in dem in den 3 und 4 dargestellten Teilbereich ist das Anschlussmodul 20 mit einer im Wesentlichen zylinderförmigen Mantelfläche ausgebildet, welche in dem dem Ventilmodul 21 zugewandten Endbereich mit einem Außengewinde 27 ausgestattet ist. Die Stichleitung 26 kann eine Anschluss besitzen, über welchen der Ventileinheit 1 Fluid von der Druckmittelquelle zugeführt wird (in den Figuren nicht dargestellt). Hingegen kann die Sekundärleitung 3 unmittelbar oder mittelbar mit einer Düsen- oder Spritzeneinheit verbunden sein, die unmittelbar von dem Anschlussgehäuse 23 ausgebildet sein kann, in dieses integriert sein kann oder von diesem gehalten sein kann.
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Das Ventilmodul 21 verfügt über ein Ventilgehäuse 28. In dem Ventilgehäuse 28 ist eine Durchgangsbohrung 29 vorgesehen, die parallel zu der Längsachse 30 der Ventileinheit 1 orientiert ist und für das dargestellte Ausführungsbeispiel in dem dem Anschlussmodul 20 zugewandten Endbereich in einen zum Anschlussmodul 20 offenen Ringraum 31 einmündet, womit auch eine Drossel gebildet sein kann. Mit der Durchgangsbohrung 29 ist die Zuführleitung 12 gebildet.
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Das Ventilgehäuse 28 besitzt eine koaxial zur Längsachse 30 orientierte Ausnehmung 32, die in Richtung des Anschlussmoduls 20 offen ist und auf der dem Vorsteuermodul 22 zugewandten Seite durch einen Boden 33 geschlossen ist. Von dem Boden 33 erstreckt sich in Richtung des Anschlussmoduls 20 koaxial zur Längsachse 30 ein hülsenartiges Führungselement 34 über ungefähr die Hälfte der Längserstreckung der Ausnehmung 32. In dem dem Boden 33 abgewandten Endbereich besitzt das Führungselement 34 einen radial nach Innen orientierten Fortsatz, welcher als Rastnase oder Rastring 35 ausgebildet sein kann. In die Ausnehmung 32 eingesetzt ist ein Führungskolben 36, welche auf der dem Anschlussmodul 20 zugewandten Seite eine zylinderförmige Mantelfläche 37 mit dem größten Durchmesser besitzt. Im Bereich dieser Mantelfläche 37 ist der Führungskolben 36 gegenüber einem korrespondierenden Innendurchmesser der Ausnehmung 32 in Richtung der Längsachse 30 geführt unter Ermöglichung einer begrenzten Axialverschiebung. Im Bereich einer Stufe 38 ist an den Führungskolben 36 ein Federfußpunkt einer Druckfeder 39 abgestützt, deren anderer Federfußpunkt im Bereich des Bodens 33 an dem Ventilgehäuse 28 abgestützt ist. Über eine weitere Stufe 40 geht der Führungskolben 36 über in einen stempelartigen Fortsatz 41. Der Fortsatz 41 ist zur Montage des Führungskolbens 36 in das Innere des hülsenartigen Führungselements 34 einführbar, was unter elastischer Aufweitung des Rastrings 35 und/oder elastischer Komprimierung des stempelartigen Fortsatzes 41 radial nach innen erfolgt. Im Inneren des Führungselements 34 ist der stempelartige Fortsatz 41 radial geführt mit einer, begrenzenden axialen Verschieblichkeit in Richtung der Längsachse 30. Zur Ermöglichung einer radialen Kompression des Fortsatzes 41 für die genannte Montage kann dieser, wie dargestellt, mindestens einen Schlitz 56 besitzen.
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Der Führungskolben 36 trägt in montiertem Zustand eine Membran 42, die im Wesentlichen rotationssymmetrisch zur Längsachse 30 ausgebildet ist. Die Membran 42 besitzt einen T-förmigen Querschnitt, wobei der Querschenkel des T den eigentlichen Membrankörper 43 bildet und der Vertikalschenkel des T einen zapfenartigen Fortsatz 44 bildet, der Aufnahme findet in einer korrespondierenden stirnseitigen Sacklochbohrung 45 des Führungskolbens 36. Ein Innenraum des Ventilgehäuses 28, welcher begrenzt ist durch die Ausnehmung 32, die dem Anschlussmodul 20 abgewandte Seite des Membranköpers 43, den Führungskolben 36, den Boden 33 und das Führungselement 34, bildet den Druckraum 10, in welchem sich die Druckfeder 39 erstreckt. In den Druckraum 10 mündet eine Vorsteuerleitung 46, welche von der dem Vorsteuermodul 22 zugewandten Stirnseite des Ventilmoduls 21 ausgeht und beispielsweise als in den Druckraum 10 mündende Stichleitung ausgebildet ist. Die Vorsteuerleitung 46 ist für das dargestellte Ausführungsbeispiel parallel zur Längsachse 30 orientiert. Von derselben Stirnseite geht eine Auslassleitung 47 aus. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel besteht die Auslassleitung 47 aus einer parallel zur Längsachse 30, von der genannten Stirnseite ausgehenden Sacklochbohrung, in welche eine von der Mantelfläche des Ventilgehäuses 28 ausgehende, radial orientierte Sacklochbohrung einmündet. Im Bereich der Mantelfläche des Ventilgehäuses 28 endet die Auslassleitung 47 in einem Auslass 48. Das Ventilgehäuse 28 besitzt in dem dem Anschlussmodul 20 zugewandten Endbereich eine ringförmige Erweiterung 49, an welcher sich ein radial nach innen orientierter ringförmiger Kragen 50 einer Überwurfmutter 51 abstützt.
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Für eine Montage des Anschlusselements 20 mit dem Ventilmodul 21, in welches bereits die Druckfeder 39 eingebracht ist und der Führungskolben 36 ”eingeclipst” ist, wird zunächst die Membran 42 in die Sacklochbohrung 45 eingesteckt oder aber die Membran in eine ungefähr kreisförmige Vertiefung mit der Tiefe entsprechend der Dicke der Membran 42 des Anschlussgehäuses 23 eingelegt. Die Stirnseiten des Anschlussgehäuses 23 sowie des Ventilgehäuses 28 werden dann aneinander angenähert und aneinander gepresst, womit die Druckfeder 39 elastisch vorgespannt wird und die Membran zwischen Ventilsitz 8 des Anschlussgehäuses 23 und Führungskolben 36 eingespannt wird. Die Überwurfmutter 51 wird dann zunehmend mit dem Außengewinde 27 verschraubt, bis über den Kragen 50 das Ventilgehäuse 28 insbesondere mit einer radial außen liegend von der Membran 42 angeordneten kreisringförmigen Abstützfläche an die Stirnseite des Anschlussgehäuses 23 gepresst wird.
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Die Membran besitzt über den Umfang verteilt mehrere Bohrungen 52, welche die Primärleitung 2 mit dem Ringraum 31 und damit mit der Zuführleitung 12 verbinden.
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Stirnseitig an dem Ventilmodul 21 befestigt ist das Vorsteuermodul 22, wobei in dem Vorsteuermodul 22 ebenfalls eine Zuführleitung 12a, eine Vorsteuerleitung 46a sowie eine Auslassleitung 47a vorgesehen sind, die mit der Befestigung der Module 21, 22 aneinander fluidisch verbunden werden mit der Zuführleitung 12, der Vorsteuerleitung 46 sowie der Auslassleitung 47 des Ventilmoduls 21. Hierbei können die Anschlussverbindungen für die genannten Leitungen separat hergestellt werden oder die Anschlussverbindungen werden automatisch mit der Befestigung oder einem Anflanschen der Module 21, 22 aneinander hergestellt.
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Das Vorsteuermodul 22 besitzt elektrische Bauelemente, nämlich insbesondere Anschlussstecker 53, 54, für die Zuführung elektrischer Signale. Die Anschlussstecker 53, 54 können der elektrischen Leistungsversorgung einer in das Vorsteuermodul 22 integrierten Steuereinheit dienen, die ein als Magnetventil ausgebildetes Vorsteuerventil 55 ansteuert. Ebenfalls möglich ist, dass über die Anschlussstecker 53, 54 bereits ein geeignetes Steuersignal zur Ansteuerung des Vorsteuerventils 55 übertragen wird, welches einer externen Steuereinheit entstammt. Das Vorsteuerventil 55 ist wie dargestellt als 3/2-Wegeventil ausgebildet.
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In der in 3 wirksamen ersten Schaltstellung verbindet das Vorsteuerventil 55 die Zuführleitung 12a mit der Vorsteuerleitung 46 und damit mit dem Druckraum 10. Diese erste Schaltstellung entspricht wegen einer Feder des Vorsteuerventils der unbestromten Stellung des Vorsteuerventils 55. In dieser ersten Schaltstellung ist über das Vorsteuerventil 55 die Auslassleitung 47a abgesperrt.
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Hingegen verbindet das Vorsteuerventil 55 in einer zweiten Schaltstellung, die in 4 eingenommen ist, die Vorsteuerleitung 46a mit der Auslassleitung 47a, so dass letztendlich der Druckraum 10 mit dem Auslass 48 über das Vorsteuerventil 55 verbunden ist.
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Der Ventilkörper 6 ist in dem in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Membran 42 sowie dem Führungskolben 36 gebildet.
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Die Funktionsweise der Ventileinheit 1 ist wie folgt:
Für den Betriebszustand gemäß 3 ist das Vorsteuerventil 55 nicht bestromt. Die Primärleitung 2 ist über die Bohrung 52, den Ringraum 31, die Durchgangsbohrung 29 bzw. die Zuführleitung 12, die Zuführleitung 12A, das Vorsteuerventil 5, 55 in der ersten Schaltstellung und die Vorsteuerleitung 46a, 46 mit dem Druckraum 10 verbunden. Auf die Kolbenfläche 11, die mit der Rückseite des Membrankörpers 43 und der Mantelfläche des Führungskolbens 36 gebildet ist, wirkt somit der durch die Primärleitung 2 vorgegebene Druck. Die hierdurch erzeugte Druckkraft drückt ergänzt durch die Druckkraft der Feder 17, 39 und vermindert durch eine Druckkraft, die entgegengesetzt an der Ringfläche 18 wirkt, den Membrankörper 42 gegen den Ventilsitz 8. Das Hauptventil 4 befindet sich somit in dem geschlossenen Schaltzustand, womit ein Übertritt vom Fluid von der Primärleitung 2 zu der Sekundärleitung 3 vermieden ist. Die Auslassleitung 47, 47a ist für diesen Betriebszustand durch das Vorsteuerventil 5, 55 abgesperrt.
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Wird gemäß 4 das Vorsteuerventil 5, 55 durch elektrische Bestromung in die zweite Schaltstellung überführt, wird zunächst die Zuführleitung 12, 12a durch das Vorsteuerventil 5, 55 abgesperrt. Hingegen schafft das Vorsteuerventil 5, 55 eine fluidische Verbindung des Druckraums 10 über die Vorsteuerleitungen 46, 46a, das Vorsteuerventil 5, 55 und die Abführleitungen 13,a, 13 bzw. die Auslassleitungen 47a, 47 zu dem Auslass 48. Da am Auslass 48 der Umgebungsdruck wirkt, wird der Druck in dem Druckraum 10 vermindert, womit die auf den Ventilkörper 6 wirkende fluidische Kraft vermindert wird. Die an der Ringfläche 18 von dem Druck in der Primärleitung 2 ausgeübte fluidische Kraft reicht dann aus, um entgegen der Beaufschlagung durch die Feder 17, 39 den Führungskolben 36 in die Position gemäß 4 zu verschieben und die Membran 42 wie in 4 dargestellt zu verformen. Hierdurch werden die Übertrittsquerschnitte 9 geschaffen, welche zur Folge haben, dass Fluid von der Primärleitung 2 zu der Sekundärleitung 3 übertreten kann mit hierdurch verursachtem Ausbringen des Fluids, beispielsweise über die nachgeordnete Spritzen- oder Düseneinheit. Andererseits hat die Verformung der Membran 42 und die Bewegung des Führungskolbens 36 zur Folge, dass sich das Volumen des Druckraums verringert. Diese Verringerung des Volumens des Druckraums 10 geht einher mit einem Ausschieben von Fluid aus dem Druckraum 10 über die Vorsteuerleitung 46, 46a, das Vorsteuerventil 5, 55 und die Abführleitung 13a, 13 bzw. Auslassleitung 47a, 47 zu dem Auslass, wo das Fluid dann in die Umgebung abgegeben wird.
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Wird die elektrische Bestromung des Vorsteuerventils 5, 55 beendet, kehrt dieses in die erste Schaltstellung gemäß 3 zurück mit entsprechender Rückbewegung der Membran 42 und des Führungskolbens 36, die mit einer Vergrößerung des Volumens des Druckraums 10 einhergeht. Da die Vorsteuerleitung 47a, 47 durch das Vorsteuerventil 5, 55 in der ersten Schaltstellung abgesperrt ist, kann nicht Fluid zurück aus der Auslassleitung 47, 47a gesaugt werden. Vielmehr geht die Vergrößerung des Volumens des Druckraums 10 einher mit der Zufuhr von Fluid aus der Primärleitung 2 über die Bohrung 52, den Ringraum 31 und die Zuführleitung 12 bzw. die Durchgangsbohrung 29, die Zuführleitung 12a, das Vorsteuerventil 5, 55 und die Vorsteuerleitung 46a, 46 zu dem Druckraum 10. Wiederholtes abwechselndes Bestromen und Beseitigung der Bestromung des Vorsteuerventils 5, 55 führt letztendlich dazu, dass Fluid sukzessive von der Primärleitung 2 den Druckraum 10 durchspült und über den Auslass 48 abgeführt wird.
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Für die dargestellte erfindungsgemäße Ausgestaltungsform bleibt das Hauptventil 4 je nach Auslegung u. U. auch geschlossen, wenn das Vorsteuerventil 5, 55 bestromt wird, aber der an der Ringfläche 18 wirkende Druck in der Primärleitung 2 einen Schwellwert nicht überschreitet. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die Agrarspitze mit Druckverhältnissen betrieben wird, die nicht das gewünschte Ausbringverhalten für das Fluid gewährleisten. Andererseits ist auf diese Weise eine Art ”Überströmventil” gebildet, die eine Art ”Fluidstop” oder ”Auslaufstop” bildet, womit vermieden ist, dass bei einem Abstellen des Fahrzeugs in bestromten Zustand des Vorsteuerventils 5, 55 ein Fluidreservoir vollständig ”leerläuft” mit langsam abfallendem Druck bis hin zu einer vollständigen Entleerung mit verschwindendem Druck. Vielmehr sichert der Schwellwert, für welchen der Druck gerade noch ausreichend ist, um an der Ringfläche 18 wirkend das Hauptventil 4 zu öffnen, ein Restvolumen des Fluids.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- 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
- Anschlussmodul
- 21
- Ventilmodul
- 22
- Vorsteuermodul
- 23
- Anschlussgehäuse
- 24
- Fortsatz
- 25
- Ringkanal
- 26
- Stichleitung
- 27
- Aussengewinde
- 28
- Ventilgehäuse
- 29
- Durchgangsbohrung
- 30
- Längsachse
- 31
- Ringraum
- 32
- Ausnehmung
- 33
- Boden
- 34
- Führungselement
- 35
- Rastring
- 36
- Führungskolben
- 37
- Mantelfläche
- 38
- Stufe
- 39
- Druckfeder
- 40
- Stufe
- 41
- Fortsatz
- 42
- Membran
- 43
- Membrankörper
- 44
- Fortsatz
- 45
- Sacklochbohrung
- 46
- Vorsteuerleitung
- 47
- Auslassleitung
- 48
- Auslass
- 49
- Erweiterung
- 50
- Kragen
- 51
- Überwurfmutter
- 52
- Bohrung
- 53
- Anschlussstecker
- 54
- Anschlussstecker
- 55
- Vorsteuerventil
- 56
- Schlitz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009001532 [0003, 0004]
- DE 69625914 T2 [0003, 0004]
- DE 102006008612 A1 [0005]
