DE102010002802B4

DE102010002802B4 - Feldspritzsystem

Info

Publication number: DE102010002802B4
Application number: DE201010002802
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2010-03-12
Publication date: 2011-12-22
Anticipated expiration: 2030-03-13
Also published as: DE102010002802A1

Abstract

Feldspritzsystem (1) mit einem Ventil (6) zur Steuerung des Flusses eines Fluids, wobei das Ventil (6) pneumatisch betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen Ventilkörper (24) des Ventils (6) als pneumatischer Druck in einer Betriebsstellung des Ventils (6) der Umgebungsdruck wirkt und in einer anderen Betriebsstellung ein gegenüber dem Umgebungsdruck reduzierter Druck wirkt.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Feldspritzsystem für die Land- oder Forstwirtschaft, in welchem ein Ventil eingesetzt ist, welches zur Steuerung des Flusses eines Fluids, beispielsweise eines Düngers, Wasser und/oder ein Insektizid, von mindestens einem Eingangsanschluss zu einem Ausgangsanschluss dient.
STAND DER TECHNIK
DE 10 2006 008 612 A1 offenbart ein Feldspritzsystem für den Einsatz in der Landwirtschaft, bei welchem ein Fluid über eine Pumpe aus einem Flüssigkeitstank und eine Dosierarmatur, die über einen Stellmotor einstellbar ist, einer Druckleitung zugeführt wird. Die Druckleitung verzweigt in einzelne Teilbreitenleitungen, aus denen dann das Fluid über einzeln ansteuerbare oder gruppenweise ansteuerbare Spritzdüsen ausgebracht wird. Um zu vermeiden, dass sich in den unterschiedlichen Leitungen Ablagerungen bilden, schlägt die Druckschrift vor, die Fließgeschwindigkeit in den Leitungen zu erhöhen. Dies erfolgt dadurch, dass die Teilbreitenleitungen stromabwärts der Spritzdüsen unter Zwischenschaltung von Drossel- oder Abschaltventilen in eine zentrale Rückführleitung münden, die wieder in den Tank einmündet. Der Fluss in den Leitungen ergibt sich somit aus der Summe des über die Spritzdüsen ausgebrachten Fluids und des rückgeführten Fluids, so dass auch bei geringem Volumenstrom des auszubringenden Fluids mit dann erhöhtem rückströmenden Fluid die Leitungen ”durchspült” werden und eine minimale Fließgeschwindigkeit gewährleistet werden kann. Die die Rückführung in die zentrale Rückführleitung steuernden Drossel- oder Abschaltventile sind motorisch betätigbar mit einer Ansteuerung über Signalleitungen, die von einem Bordcomputer angesteuert werden. Die Drossel- oder Abschaltventile bilden somit Ventile, über welche eine Steuerung eines Flusses eines Fluids von einem Eingangsanschluss, der hier mit der Teilbreitenleitung verbunden ist, und einem Ausgangsanschluss, der hier mit der zentralen Rückführleitung verbunden ist, dient.
Auch aus DE 34 01 734 C2 ist ein Feldspritzsystem bekannt, bei welchem eine zentrale Ausgangsleitung einer Pumpe in Teilbreitenleitungen verzweigt, welche eingangsseitig über Absperrventile verfügen. Die Teilbreitenleitungen sind in einer zentralen Rückführleitung zusammengeführt unter Zwischenschaltung eines Rückschlagventils, wobei in der zentralen Rückführleitung ein Absperrventil angeordnet ist. In den Teilbreitenleitungen können stromabwärts der Spritzdüsen Drosseln vorhanden sein.
Gemäß DE 84 24 973 U1 verzweigt die Saugseite einer Pumpe über ein T-Stück mit jeweils stromaufwärts angeordnetem Kugelhahn zu einer Tankauslaufleitung sowie einer Nachführleitung, während die Druckseite der Pumpe über ein T-Stück mit nachgeordneten Kugelhähnen zu einer Ausbringleitung und einer Tanknachfüllleitung verzweigt. Sind die der Nachführleitung sowie der Tanknachfüllleitung zugeordneten Kugelhähne geöffnet, während die anderen Kugelhähne geschlossen sind, fördert die Pumpe Flüssigkeit, beispielsweise Wasser aus einem Gewässer, in den Tank zum Nachfüllen desselben. Hingegen fördert die Pumpe für Öffnung der Kugelhähne, die der Tankauslaufleitung sowie der Ausbringleitung zugeordnet sind, und Schließung der anderen Kugelhähne Fluid aus dem Tank in die Umgebung zur Ausbringung des Fluids. Somit bilden die Kugelhähne Ventile zur Steuerung des Flusses zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss in einem Feldspritzsystem. Die Betätigung der Ventile, hier der Kugelhähne, erfolgt manuell.
Gemäß DE 10 2006 037 814 A1 kann ein Sauganschluss einer Pumpe infolge der Zwischenschaltung von Verzweigungsstellen und Absperrventilen und einem 3/2-Wege-Kugelhahn wahlweise mit einem stationären Anschluss zur Ankopplung eines Schlauches zur Zuführung von Frischwasser, beispielsweise von einem Tankwagen, einer Tankausflussleitung und einem Spülwasserbehälter für Reinigungszwecke verbunden werden. Ebenfalls kann die Zuführung des von der Pumpe geförderten Fluids über Ventile zu einer Mischeinrichtung geregelt werden, in welcher beispielsweise von der Pumpe gefördertes Wasser mit einem Pflanzenbehandlungsmittel in dosierter Menge gemischt wird. Somit sind gemäß dieser Druckschrift die eingesetzten Ventile für die Umschaltung unterschiedlicher Fluidquellen und Fluidabnehmer sowie die Beeinflussung des Mischungsverhältnisses von Frischwasser und Pflanzenbehandlungsmittel zuständig. Weiterhin sind über Absperrhähne Abzweigleitungen von einer ausgangsseitig der Pumpe angeordneten Hauptleitung vorgesehen, über welche eine Reinigung des Mischbehälters über in dem Mischbehälter angeordnete Waschdüsen ermöglicht werden soll. Eine weitere Abzweigleitung von dieser Hauptleitung, in welcher ein weiterer Absperrhahn angeordnet ist, führt zu einem Injektor. Ein absperrbarer Anschluss steht mit dem fluidischen Kreislauf zum Abtanken und Umfüllen des Spitzwassergemisches in Verbindung. Durch geeignete manuelle Veränderung der Betriebsstellungen der genannten Ventile können unterschiedliche fluidische Flüsse und Betriebsweisen des Feldspritzsystems ermöglicht werden, was auch eine Befüllung eines Mischbehälters mit Frischwasser mittels einer externen Pumpe, eine Schnellbefüllung des Mischbehälters mit Frischwasser, der Einsatz von flüssigem Pflanzenbehandlungsmittel aus Kanistern oder Behältern und/oder eine Reinigung des Leitungssystems und des Mischbehälters umfasst.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass in Feldspritzsystemen eingesetzte Ventile, insbesondere Absperrventile, Kugelhähne oder Drosselventile, zur Steuerung des Flusses des auszubringenden Fluids manuell betätigt oder über Stellmotoren betätigt werden.
WO 02/087779 A1 beschreibt ein mit einem zentralen Flüssigkeitszufuhrrohr für das Ausbringen von Flüssigkeiten zu landwirtschaftlichen Zwecken koppelbares T-Stück, an welches wiederum zwei (oder mehr) Doppelspritzdüsen-Einheiten ankoppelbar sind. Die Doppelspritzdüsen-Einheiten besitzen jeweils ein Ventil zur Steuerung des Durchtritts von Fluid von dem Flüssigkeitszufuhrrohr zu jeweils einer dem Ventil zugeordneten Düse. In der Schließstellung des Ventils wird über eine vorgespannte Druckfeder ein T-förmiger Ventilkörper mit dem freien Endbereich des T durch eine vorgespannte Druckfeder gegen einen Ventilsitz gepresst. Der Querschenkel des T begrenzt eine pneumatische Steuerkammer. Für in der Steuerkammer anliegenden Umgebungsdruck befindet sich somit das Ventil in seiner Schließstellung, während mit einer Druckerhöhung an einem Steueranschluss der Druck in der Steuerkammer erhöht wenden kann derart, dass die an dem Kolben erzeugte pneumatische Kraft entgegen der Beaufschlagung der Druckfeder den Ventilkörper von dem Ventilsitz abhebt, womit sich eine Öffnungsstellung des Ventils ergibt. Anstelle des genannten T-förmigen Ventilkörpers in Ausbildung als Starrkörper schlägt die Druckschrift auch vor, dass der Ventilkörper als Rollmembran-Schaltkörper oder auch als Kolbendichtungs-Schaltkörper ausgebildet sein kann.
EP 1 661 627 A1 beschreibt eine Düsenvorrichtung für eine Spritzmaschine, insbesondere eine landwirtschaftliche Feldspritze, bei welcher ein Ventil zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung auch Zwischenstellungen besitzen kann, die sowohl stufenlos als auch in Stufen einstellbar sein können, womit der Durchfluss von Spritzflüssigkeit und damit auch eine Ausbringmenge von Spritzflüssigkeit geregelt werden kann, ohne dass der Austrittsquerschnitt einer Düse geändert werden muss.
Aus der nicht gattungsgemäßen DE 101 16 507 A1 ist der Einsatz eines Vorsteuerventils in Ausbildung als Magnetventil oder Piezoventil bekannt.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Feldspritzsystem mit einem Ventil mit veränderten Ansteuermöglichkeiten vorzuschlagen.
LÖSUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit einem Feldspritzsystem mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen dieser erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich gemäß den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 10.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung schlägt vor, ein Ventil, über welches der Fluss eines Fluids, insbesondere des auszubringenden Fluids, in einem Feldspritzsystem gesteuert wird, als pneumatisch betätigbares Ventil auszubilden. Hierbei kann ein pneumatischer (Vor-)Steuerdruck auf beliebige Weise erzeugt werden, beispielsweise durch manuelles Umschalten eines Vorsteuerventils, ein vorsteuerndes Magnetventil o. ä.
Für die pneumatische Betätigung des Ventils sind zwei oder mehr pneumatische Steuerdrücke vorgebbar, welche mit den unterschiedlichen Betriebsstellungen des Ventils korrelieren. Auf einen Ventilkörper des Ventils wirkt als pneumatischer Druck in einer Betriebsstellung des Ventils der Umgebungsdruck. Diese Betriebsstellung kann somit herbeigeführt werden, ohne dass ein besonderes Hochdruck- oder Niederdruckniveau genutzt wird – vielmehr ist diese Betriebsstellung besonders einfach herbeiführbar, indem der Steueranschluss des Ventils mit der Umgebung verbunden wird.
In einer anderen Betriebsstellung ist ein Druck als Steuerdruck wirksam, welcher gegenüber dem Umgebungsdruck reduziert ist.
Ein pneumatisch betätigtes Ventil, dessen Einsatz aus anderen Gebieten als für Feldspritzsysteme seit langem bekannt ist, hat für den erfindungsgemäßen Einsatz in einem Feldspritzsystem überraschende Vorteile:

– Zunächst einmal zeigt sich, dass ein pneumatisch betätigbares Ventil mit kurzen Reaktionszeiten seine Betriebsstellung ändern kann, da die pneumatische Be- und Entlüftung des Ventils innerhalb kurzer Zeiten möglich ist.
– Andererseits hat die Erfindung erkannt, dass eine reine Ausbildung des Feldspritzsystems mit einem Kreislauf des auszubringenden Fluids, dessen Druck auch für eine Umschaltung eines Ventils zur Steuerung des Flusses des auszubringenden Fluids genutzt wird, nachteilig ist. Grund hierfür ist, dass dann in einem Steuerraum des Ventils das auszubringende Fluid ruht und mit der Ansteuerung mit kleinen Strömungsgeschwindigkeiten u. U. intermittierend vor- und zurückbewegt wird. Hierdurch kann es zu Ablagerungen des auszubringenden Fluids in einem Steuerraum oder an Funktionsflächen des Ventils kommen, die zu Funktionsbeeinträchtigungen des Ventils führen können. Eine ”Durchspülen” der fluidischen Steuerräume zur Beseitigung von Ablagerungen ist naturgemäß nicht möglich. Hier geht die Erfindung den scheinbar aufwändigeren Weg, neben dem Kreislauf für das auszubringende Fluid einen zusätzlichen pneumatischen Steuerkreis zu schaffen, über welchen die Veränderung der Betriebsstellung des Ventils herbeigeführt werden kann, ohne dass hierzu das auszubringende Fluid in einem Steuerraum mit kleinen Förderwegen und/oder Strömungsgeschwindigkeiten hin- und herbewegt werden muss. Funktionsbeeinträchtigungen infolge von Ablagerungen in Steuerräumen oder -kammern sind damit zuverlässig ausgeschlossen.

Es ist darauf hinzuweisen, dass das erfindungsgemäße Ventil an beliebiger Stelle eines Feldspritzsystems angeordnet werden kann, wobei dieses den Fluss von mindestens einem Eingangsanschluss des Ventils zu mindestens einem Ausgangsanschluss steuert und die Steuerung die Schaffung eines Öffnungs- und Durchlassquerschnitts, eine Schaffung eines reduzierten oder erweiterten Öffnungs- oder Durchlassquerschnitts und/oder durch Herbeiführung einer Sperrstellung zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss des Ventils umfassen kann. Ebenfalls denkbar ist, dass die pneumatische Betätigung des Ventils eine Umschaltung von einer Verbindung eines Eingangsanschlusses mit dem Ausgangsanschluss zu einem anderen Eingangsanschluss mit dem anderen Ausgangsanschluss umfassen kann. Das Ventil kann hierbei in beliebiger Bauweise ausgestaltet sein, beispielsweise als Sitzventil oder als Schieberventil, und zwei oder mehr Stellungen besitzen. Auch die Art der in dem erfindungsgemäßen Feldspritzsystem miteinander durch das Ventil verbundenen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen kann beliebig sein. Um lediglich einige Beispiele zu nennen, kann es sich bei den Eingangsanschlüssen um Anschlüsse für Leitungen von unterschiedlichen fluidischen Quellen, beispielsweise einem Tank, einem Behälter für eine Düngeflüssigkeit, einem Behälter für ein Insektizid u. a. handeln. Möglich ist, dass von dem Ausgangsanschluss über eine Pumpe das Fluid zu mindestens einer Spritzdüse gefördert wird. Ebenfalls denkbar ist, dass es sich bei dem Eingangsanschluss um eine Teilbreitenleitung handelt, welche in geöffneter Stellung des Ventils verbunden wird mit einer zentralen Rückführleitung.
Für eine weitere Ausgestaltung des Grundgedankens der Erfindung ist der Ventilkörper je nach pneumatischer Beaufschlagung in eine Öffnungsstellung und eine Schließstellung (ggf. auch weitere Stellungen) bewegbar. In der Öffnungsstellung verbindet das Ventil den Eingangsanschluss mit dem Ausgangsanschluss, so dass ein fluidischer Fluss zwischen Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss ermöglicht ist. Hingegen wird in der Schließstellung der Eingangsanschluss von dem Ausgangsanschluss getrennt. Um die pneumatische Betätigung zu ermöglichen, besitzt der Ventilkörper eine pneumatisch beaufschlagte Kolbenfläche. Für die konstruktive Ausgestaltung des Ventilkörpers gibt es hierbei vielfältige Möglichkeiten. Während in den folgenden Anmeldungsunterlagen die Ausbildung eines Ventilkörpers als Membran offenbart ist, kann der Ventilkörper auch als Ventilschieber in Form eines Starrkörpers ausgebildet sein und/oder einen endseitigen Kolben besitzen, der die pneumatisch beaufschlagte Kolbenfläche ausbildet und mit einem Stößel mit einem weiteren Teilelement des Ventilelements verbunden ist, welches mit einem Ventilsitz oder Steuerkanten oder Steuerkanälen zusammenwirkt.
In weiterer Ausgestaltung wirkt auf den Ventilkörper sowohl ein fluidischer Druck, nämlich der Druck des auszubringenden Fluids, als auch ein pneumatischer Druck, nämlich der pneumatische Steuerdruck. In diesem Fall ist die Betriebsstellung des Ventils von der Druckdifferenz des pneumatischen und des fluidischen Drucks abhängig. Möglich ist, dass durch diese Ausgestaltung automatisch dafür Sorge getragen ist, dass eine Veränderung des Betriebszustands des Ventils nur dann eintritt, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind, nämlich einerseits der fluidische Druck einen Schwellwert über- oder unterschreitet und andererseits der pneumatische Steuerdruck einen Schwellwert unter- oder überschreitet, wodurch die Betriebssicherheit weiter erhöht werden kann. Um hier lediglich ein Beispiel zu nennen, kann das Ventil auch bei Vorgabe eines pneumatischen Drucks, der an sich mit einer Öffnungsstellung korreliert, geschlossen bleiben, wenn der fluidische Druck angesichts eines Fehlers in dem Feldspritzsystem, beispielsweise einer Leckage oder nicht funktionierender Pumpe, nicht einen Solldruck erreicht.
Durchaus denkbar ist, dass in einer weiteren Betriebsstellung zur Umschaltung des Ventils ein gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhter Druck an dem Steueranschluss des Ventils anliegt. Ein derartiger erhöhter Druck kann über eine Pumpe bedarfsgerecht erzeugt werden oder durch Verbindung des Steueranschlusses mit einem Druckbehälter erzeugt werden, wobei der Druckbehälter turnusgemäß, in der Werkstatt oder ständig mit dem erhöhten Druck beaufschlagt wird. Ein derartiger Druckbehälter kann neben dem Feldspritzsystem für wertere Zwecke, beispielsweise zum Betrieb eines Fahrzeugs oder von Zusatzaggregaten desselben verwendet werden.
Für die Bereitstellung und Umschaltung des Steuerdrucks für das Ventil sind beliebige Maßnahmen bekannt, beispielsweise die manuelle Umschaltung eines Vorsteuerventils. In besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist dem Ventil zur Bereitstellung des Steuerdrucks ein Magnetventil vorgeordnet, über welches die pneumatische Beaufschlagung eines oder des Ventilkörpers erfolgt. Ein derartiges Magnetventil kann durch eine extra für diesen Zweck vorgesehene Steuereinheit oder auch anderen Zwecken dienende Steuereinheit auf einfache Weise angesteuert werden. Je nach Bestromung des Magnetventils kann dieses in seine Öffnungs- oder Schließstellung verbracht werden, womit eine Veränderung des Steuerdrucks erfolgt, beispielsweise eine Umschaltung von dem Umgebungsdruck auf einen gegenüber dem Umgebungsdruck reduzierten Druck. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Magnetventil um ein 3/2-Wegeventil, wobei dieses beispielsweise in stromlosem Zustand den Steueranschluss des Ventils mit der Entlüftung verbinden kann, während in bestromtem Zustand der Steueranschluss mit einer Drucksenke verbunden wird, dessen Druck niedriger ist als der Umgebungsdruck.
Eine besonders einfache Möglichkeit zur Erzeugung der unterschiedlichen Druckverhältnisse an dem Steueranschluss des Ventils ist gegeben, wenn eine Pumpe in dem Feldspritzsystem nicht nur für die Förderung des auszubringenden Fluids zuständig ist. Für diese Ausgestaltung ist die Pumpe auch einsetzbar, um die pneumatischen Druckverhältnisse an dem Steueranschluss zu beeinflussen und damit letztendlich die Energie zur Verfügung zu stellen, die die Veränderung des Betriebszustands des Ventils herbeiführt. Hierdurch ergibt sich eine multifunktionale Nutzung der Pumpe, was letztendlich den Bauraum und den konstruktiven Aufwand verringern kann. Für diese Ausgestaltung ist somit die Pumpe sowohl (unmittelbar) mit dem fluidischen Kreis gekoppelt als auch, u. U. mittelbar, mit dem pneumatischen Steuerkreis gekoppelt.
In weiterer Ausgestaltung dieses Lösungsgedankens ist eine Saugseite der Pumpe mit dem oder einem Ausgangsanschluss des Ventils verbunden. Damit fördert die Pumpe für geöffnetes Ventil Fluid von dem Eingangsanschluss durch das Ventil zu dem Ausgangsanschluss (und weiter in das Feldspritzsystem). Darüber hinaus ist die Saugseite der Pumpe mit einem pneumatischen Steuerkreis des Ventils verbunden, um hier letztendlich ein gegenüber dem Umgebungsdruck verringertes Druckniveau zur Verfügung zu stellen.
Für eine Kopplung des fluidischen Kreises mit dem pneumatischen Steuerkreis gibt es vielfältige Möglichkeiten. Beispielsweise kann Fluid an der Saugseite der Pumpe einwirken auf eine Membran oder einen Kopplungskolben, deren oder dessen anderer Seite unmittelbar von dem pneumatischen Steuerkreis pneumatisch beaufschlagt ist. Wird an der Kopplungsmembran oder dem Kopplungskolben angesichts der saugenden Förderwirkung der Pumpe ein Unterdruck erzeugt, überträgt die Kopplungsmembran oder der Kopplungskolben einen derartigen Unterdruck in den pneumatischen Steuerkreis, welcher, bei Verbindung durch ein Vorsteuerventil, mit dem Steueranschluss dann zu einem reduzierten Druck an einer Kolbenfläche des Ventilkörpers führen kann.
Eine besonders einfache Ausgestaltung ergibt sich allerdings, wenn zwischen Pumpe bzw. fluidischem Kreis und pneumatischen Steuerkreis zur Trennung ein Rückschlagventil zwischengeordnet ist. Dieses öffnet in Richtung von dem pneumatischen Steuerkreis zu der Pumpe und sperrt eine Strömung in entgegengesetzte Richtung. In die Öffnungsrichtung kann somit die Pumpe Luft aus dem pneumatischen Steuerkreis absaugen, wobei sich diese Luft dann stromabwärts des Rückschlagventils mit dem Fluid in dem Feldspritzsystem mischt, ohne dass dies den Förderkreislauf des Fluids an sich beeinträchtigen würde. Hingegen vermeidet das Rückschlagventil, dass das Fluid von der Saugseite der Pumpe eintritt in den pneumatischen Steuerkreis, womit auch vermieden ist, dass sich in dem pneumatischen Steuerkreis und dem Ventil im Bereich des pneumatischen Steuerraums Ablagerungen des Fluids bilden können.
Durchaus möglich ist, dass ein wie zuvor erläutert erzeugter Unterdruck in dem pneumatischen Steuerkreis unmittelbar auf den Ventilkörper einwirkt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird allerdings vorgeschlagen, dass in dem pneumatischen Steuerkreis ein Unterdruckbehälter angeordnet ist. Dieser Unterdruckbehälter kann durch die Förderleistung der Pumpe zunehmend entleert werden, so dass der Unterdruckbehälter eine Drucksenke bereitstellt, die bedarfsgerecht und dann, u. U. auch unabhängig von einem aktuellen Förderzustand der Pumpe, genutzt werden kann, um den Betriebszustand des Ventils zu verändern.
Während durchaus möglich ist, dass lediglich ein Ventil eingesetzt ist, über welches selektiv durch Ansteuerung eines Vorsteuerventils über eine Steuereinheit oder durch manuelle Betätigung eines Vorsteuerventils eine selektive Verbindung oder Absperrung eines Eingangsanschlusses mit einem Ausgangsanschluss erfolgen kann, schlägt die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass in einer Baueinheit mehrere Ventile vorgesehen sind, über welche mehrere Eingangsanschlüsse selektiv mit einem Ausgangsanschluss verbindbar sind und/oder ein Eingangsanschluss selektiv mit mehreren Ausgangsanschlüssen verbindbar ist. Eine derartige Baueinheit ist somit multifunktional, ermöglicht vielfältige unterschiedliche Betriebszustände und fluidische Flüsse und stellt eine besonders kompakte Ausführungsform dar.
Möglich ist hierbei, dass für die Förderung des Fluids von mindestens einem Eingangsanschluss zu mindestens einem Ausgangsanschluss eine einzige, hier multifunktional eingesetzte Pumpe verantwortlich ist.
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 wertere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUR
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in einer Figur dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert und beschrieben. Die einzige
1 zeigt schematisch ein Feldspritzsystem mit zwei Ventilen zur Steuerung des fluidischen Flusses zwischen zwei Eingangsanschlüssen und einem Ausgangsanschluss.
FIGURENBESCHREIBUNG
1 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Feldspritzsystems 1 zum Ausbringen eines agraren Fluids, beispielsweise eines Düngemittels, Wasser oder eines Insektizids, auf eine agrare Fläche oder Pflanze.
Das Feldspritzsystem 1 verfügt über einen in 1 nur teilweise dargestellten fluidischen Kreis 2, in welchem das auszubringende Fluid von einem Speicherbehälter zu einer Spritzdüse gefördert wird mit der Möglichkeit einer Rückförderung eines Teilvolumenstroms des Fluids zu dem Speicherbehälter, wie dies aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt ist. An sich kann der fluidische Kreis 2 beliebig ausgestaltet sein mit aus dem Stand der Technik bekannten Bauelementen und Steuerungsmöglichkeiten, beispielsweise einer Teilbreitensteuerung, Mischeinrichtungen, usw. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 besitzt der fluidische Kreis 2 Eingangsanschlüsse 3a, 3b, einen gemeinsamen Ausgangsanschluss 4 und eine Baueinheit 5 mit zwei pneumatisch angesteuerten Ventilen 6a, 6b. Je nach Schaltstellung erfolgt über das Ventil 6a (bzw. 6b) eine Verbindung des Eingangsanschlusses 3a (bzw. 3b) mit dem gemeinsamen Ausgangsanschluss 4 oder eine Sperrung der genannten Verbindung. Die Ventile 6a, 6b können unabhängig voneinander geschaltet werden. Weiterhin besitzt der fluidische Kreis 2 eine an den Ausgangsanschluss 4 anschließende zentrale Ausgangsleitung 7, die mit der Saugseite einer Pumpe 8 verbunden ist. Die Druckseite der Pumpe 8 ist mit einer zentralen Zuführleitung 9 verbunden, die bspw. stromabwärts zu Spritzdüsen führen kann. Weiterhin besitzt das Feldspitzsystem 1 pneumatische Steuerkreise 10a, 10b, welche mit einem gemeinsamen Vorratsbehälter 11, welcher eine Drucksenke bildet, sowie jeweils einer Entlüftungsleitung 12a, 12b, einem in die Entlüftungsleitung 12a, 12b integrierten Magnetventil 13a, 13b und einem mit der Entlüftungsleitung 12a, 12b verbundenen Steueranschluss 14a, 14b des Ventils 6a, 6b gebildet ist. Der Aufbau und die Funktionsweise sollen zunächst anhand eines einzigen Ventils 6 unter Verwendung der Bezugszeichen in der Beschreibung ohne ergänzenden Buchstaben verdeutlicht werden, während in der Zeichnung vorrangig die Bauelemente des Ventils 6b mit den Bezugszeichen versehen sind unter Ergänzung des Buchstabens ”b”. Da das andere Ventil 6a entsprechend ausgebildet ist, gilt für dieses das Entsprechende.
Das Ventil 6 ist mit einem Gehäuse 15 gebildet. Von dem Ausgangsanschluss 4 geht eine Stichbohrung 16 aus, in deren innenliegenden Endbereich eine quer hierzu orientierte Stichbohrung 17 einmündet. In dem außenliegenden Endbereich der Stichbohrung 17 ist diese durch einen umlaufenden ringartigen Fortsatz begrenzt, welcher einen Ventilsitz 18 bildet. Der Ventilsitz 18 ist nach innen gegenüber einem Anlagebund 19 der zugeordneten Stirnseite des Gehäuses 15 rückversetzt, wobei zwischen Ventilsitz 18 und Anlagebund 19 ein umlaufender, ringförmiger Ringkanal 20 gebildet ist, in welchen eine von dem Eingangsanschluss 3 ausgehende Stichbohrung 21 einmündet. Das Gehäuse 15 ist stirnseitig unter Abdichtung mit einem Deckel 22 verschlossen. Radial innenliegend von dem Anlagenbund 19 ist zwischen Deckel 22 und Gehäuse 15 ein Raum 23 gebildet, in welchem ein Ventilkörper 24 aufgenommen ist. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel ist der Ventilkörper 24 mit einem Membrankörper 25 gebildet, welcher ein Verschlusselement 26 sowie eine radial an den Verschlusskörper 26 anschließende ringförmige elastische Membran 27 besitzt. Radial außenliegend ist die Membran 27 zwischen dem Anlagebund 19 des Gehäuses 15 und dem Deckel 22 unter Abdichtung eingespannt und gehalten. Ein pneumatischer Steuerraum 28 ist begrenzt durch den Deckel sowie eine Kolbenfläche 40 des Membrankörper 25 und auf der der Stichbohrung 17 abgewandten Seite des Membrankörpers 25 angeordnet. In den Steuerraum 28 mündet eine Steuerleitung 29 ein, die mit dem Steueranschluss 14 verbunden ist.
In 1 ist das Ventil 6a in der Öffnungsstellung dargestellt, während das Ventil 6b in seiner Schließstellung dargestellt ist. Der Verschlusskörper 26 besitzt eine kreis- oder tellerartige Geometrie, so dass dieser in der Schließstellung entlang des gesamten Umfangs unter Abdichtung zur Anlage an den Ventilsitz 18 kommt, womit die Verbindung der Stichleitung 17 mit dem Ringkanal 20 und der Stichleitung 21 abgesperrt ist. Hingegen bildet sich zwischen dem Verschlusskörper 26 und dem Ventilsitz 18 ein ringförmiger Übertrittsspalt 30 aus, welcher eine Verbindung zwischen der Stichleitung 17 und dem Ringkanal 20 und damit der Stichbohrung 21 schafft.
In 1 ist eine Baueinheit 5 mit den beiden Ventilen 6a, 6b dargestellt, wobei die Ventile 6a, 6b hier spiegelsymmetrisch zu einer Vertikalachse in 1 ausgebildet sind. In diesem Fall sind die Gehäuse der Ventile 6a, 6b zu einem gemeinsamen Gehäuse 15 vereinigt und die Stichbohrungen 17a, 17b sind als von den beiden gegenüberliegenden Stirnseiten ausgehende Durchgangsbohrung ausgebildet, die mittig die Stichbohrung 16 durchsetzt und in deren Endbereichen jeweils die Ventilsitze 18a, 18b gebildet sind. Für das darstellte Ausführungsbeispiel ist eine gemeinsame Stichbohrung 16 zur Bildung des einzigen Ausgangsanschlusses 4 eingesetzt.
Zwischen Ausgangsanschluss 4 und Pumpe 8 ist eine fluidische Verzweigungsstelle 31 in dem fluidischen Kreis 2 vorgesehen, mit einer Zweigleitung 32, an die in dem der Verzweigungsstelle 31 gegenüberliegenden Endbereich ein Rückschlagventil 33 angeschlossen ist. Das Rückschlagventil 33 gewährleistet den Übergang bzw. die Trennung von dem fluidischen Kreis 2 zu dem pneumatischen Steuerkreis 10. Stromaufwärts des Rückschlagventils 33 ist der Vorratsbehälter 11 angeordnet. Mit Betrieb der Pumpe 8 wird neben einer Förderung von Fluid von dem Ausgangsanschluss 4 auch die Zweigleitung 32 mit einem Unterdruck beaufschlagt. Ist das Druckniveau in der Zweigleitung 32 niedriger als das Druckniveau in dem Vorratsbehälter 11, öffnet das Rückschlagventil 33 und Druckluft tritt von dem Vorratsbehälter 11 über das Rückschlagventil 33 in die Zweigleitung 32 ein. Es erfolgt eine zunehmende Entlüftung des Vorratsbehälters 11 über das Rückschlagventil 33 in die Zweigleitung 32, bis das Druckniveau des Vorratsbehälters 11 (ungefähr) auf das Druckniveau an der Saugseite der Pumpe 8 angepasst ist, wobei unterschiedliche Druckniveaus durch entsprechende Drosseleinrichtungen oder anderweitige pneumatische Bauelemente herbeigeführt werden können.
Die beiden Entlüftungsleitungen 12a, 12b sind jeweils an den Vorratsbehälter 11 angeschlossen, hier über eine pneumatische Verzweigungsstelle 34. Die Magnetventile 13 sind als 3/2-Wegeventile ausgebildet mit einem ersten Anschluss 35, welcher mit dem Steueranschluss 14 verbunden ist, einem zweiten Anschluss 36, welcher mit einer Entlüftung 37 verbunden ist, sowie einem dritten Anschluss 38, an welchen die Entlüftungsleitung 12 angeschlossen ist. In der nicht bestromten Betriebsstellung des Magnetventils 13, die für das Magnetventil 13b dargestellt ist, verbindet dieses die Anschlüsse 35, 36, während der Anschluss 38 gesperrt ist. Hingegen verbindet das Magnetventil 13 in der anderen, bestromten Betriebsstellung, welche für das Magnetventil 13a dargestellt ist, die Anschlüsse 35, 38, während der Anschluss 36 gesperrt ist.
Die Funktionsweise des Feldspritzsystems 1 ist wie folgt:
In der Schließstellung des Ventils 6a, 6b wirkt der Saugdruck der Pumpe 8 in der Stichbohrung 17 sowie an der innenliegenden Kolbenfläche 39, während an radial außenliegenden Teilbereichen des Ventilkörpers 24, insbesondere der Membran 27, der u. U. höhere Druck wirkt, welcher an dem Eingangsanschluss 3 anliegt. Hingegen ist der Steuerraum 28 über die Steuerleitung 29 und das Magnetventil 13 mit der Entlüftung 37 verbunden, so dass hier der Umgebungsdruck wirkt. Die genannten Druckverhältnisse haben zur Folge, dass der in dem Steuerraum 28 anliegende Umgebungsdruck eine Kraft erzeugt, die größer ist als die entgegengesetzt wirkenden Kräfte infolge des Drucks in der Stichleitung 17 sowie dem Ringkanal 20. Dieser Kraftüberschuss führt dazu, dass der Verschlusskörper 26 des Ventilkörpers 24 gegen den Ventilsitz 18 gepresst wird.
Wird hingegen das Magnetventil umgeschaltet in die andere Betriebsstellung, wird letztendlich der Steuerraum 28 verbunden mit der Drucksenke in Form des Vorratsbehälters 11, was zur Folge hat, dass die den Ventilkörper 24 in Schließrichtung drückende pneumatische Kraft verringert wird in einem Ausmaß, dass die Summe der Kräfte, die in dem Stichkanal 17 auf den Verschlusskörper 26 im Bereich der Kolbenfläche 39 ausgeübt wird sowie von dem Fluid in dem Ringkanal 20 auf die Membran 27 ausgeübt wird, größer wird als diese. Dies hat zur Folge, dass sich der Verschlusskörper 26 von dem Ventilsitz 18 unter Schaffung des Übertrittsspalts 30 wegbewegt. Es kann somit Fluid von dem Eingangsanschluss 3 über den Stichkanal 21 und den Ringkanal 20 über den Übertrittsspalt 30 in den Stichkanal 17 übertreten zu dem Stichkanal 16 und dem Ausgangsanschluss 4.
Die Magnetventile 13a, 13b können unabhängig voneinander bestromt werden, so dass selektiv eine Verbindung des Ausgangsanschlusses 4 mit einem der Eingangsanschlüsse 3a, 3b möglich ist, mit der zusätzlichen Option, dass der Ausgangsanschluss 4 mit beiden Eingangsanschlüssen 3a, 3b verbunden ist oder gegenüber beiden Eingangsanschlüssen 3a, 3b abgesperrt ist.
Es versteht sich, dass durchaus möglich ist, dass lediglich ein Ventil 6 vorgesehen ist oder mehr als die zwei dargestellten Ventile 6a, 6b in einer Baueinheit 5 angeordnet sind. Bei den Eingangsanschlüssen sowie Ausgangsanschlüssen kann es sich um beliebige Anschlüsse handeln. Möglich ist, dass je nach Schaltung der Ventile 6 ein Umwälzen eines Fluids in dem Feldspritzsystem erfolgt, ohne dass eine Ausbringung des Fluids erfolgt, oder aber eine Verbindung zum Ausbringen des Fluids erfolgt. Möglich ist, dass ein Eingangsanschluss mit einer Quelle zum Nachfüllen einer Flüssigkeit, beispielsweise aus einem Brunnen oder einem Vorratsbehälter, verbunden wird. Möglich ist weiterhin, dass je nach Stellung der Ventile ein Umfüllen von einem Behälter in einen anderen Behälter erfolgt. Weiterhin möglich ist die Schaltung von Teilbreitenleitungen über die Ventile. Möglich ist, dass über ein Ventil ein Umschalten von einem Saugen aus einem Behälter, einem Saugen von Klarwasser oder einem Saugen aus einem externen Behälter, einem Umschalten von einem Spritzen, einer Innenreinigung, eines Injektorbetriebs, einer Einspülschleuse, eines Rührwerks, einer Außenreinigung, einem Abpumpen, einem Befüllen eines Hauptbehälters, eines Saugfilters u. ä. erfolgen kann.
Die Erfindung ermöglicht u. U. auch den Einsatz eines Spülbetriebs, indem die Magnetventile 13a, 13b innerhalb kurzer Zeitspannen von einer Betriebsstellung in die andere und umgekehrt verbracht werden, was mit einer Hin- und Herschaltung zwischen der Öffnungsstellung und Schließstellung der Ventile 6 einhergeht. Hierdurch können Druckpulsationen in dem Ventil 6 erzeugt werden, die abgelagerte Partikel von den Wandungen oder Funktionsflächen wegreißen.
Erfindungsgemäß sind keine Toträume für das Fluid vorgesehen, wie dies beispielsweise bei einem Kugelhahn der Fall ist, in welchen das Fluid eingesperrt werden könnte mit der erhöhten Gefahr der Bildung von Ablagerungen.
In der Figur und der zugeordneten Beschreibung sind bau- und funktionsgleiche Bauelemente mit denselben Bezugszeichen dargestellt, wobei ein erstes Ventil 6 mit dem zusätzlichen Buchstaben a gekennzeichnet ist ebenso wie der zugeordnete Steuerkreis 10a, während das zweite Ventil sowie der zugeordnete Steuerkreis mit dem Zusatzbuchstaben b gekennzeichnet ist.
Bezugszeichenliste

1: Feldspritzsystem
2: fluidischer Kreis
3: Eingangsanschluss
4: Ausgangsanschluss
5: Baueinheit
6: Ventil
7: Ausgangsleitung
8: Pumpe
9: zentrale Zuführleitung
10: Steuerkreis
11: Vorratsbehälter
12: Entlüftungsleitung
13: Magnetventil
14: Steueranschluss
15: Gehäuse
16: Stichbohrung
17: Stichbohrung
18: Ventilsitz
19: Anlagebund
20: Ringkanal
21: Stichbohrung
22: Deckel
23: Raum
24: Ventilkörper
25: Membrankörper
26: Verschlusskörper
27: Membran
28: Steuerraum
29: Steuerleitung
30: Übertrittsspalt
31: fluidische Verzweigungsstelle
32: Zweigleitung
33: Rückschlagventil
34: pneumatische Verzweigungsstelle
35: erster Anschluss
36: zweiter Anschluss
37: Entlüftung
38: dritter Anschluss
39: Kolbenfläche
40: Kolbenfläche

Claims

Feldspritzsystem (1) mit einem Ventil (6) zur Steuerung des Flusses eines Fluids, wobei das Ventil (6) pneumatisch betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen Ventilkörper (24) des Ventils (6) als pneumatischer Druck in einer Betriebsstellung des Ventils (6) der Umgebungsdruck wirkt und in einer anderen Betriebsstellung ein gegenüber dem Umgebungsdruck reduzierter Druck wirkt.
Feldspritzsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (24) a) in eine Öffnungsstellung, in welcher ein Eingangsanschluss (3) mit einem Ausgangsanschluss (4) verbunden ist, und b) in eine Schließstellung, in welcher der Eingangsanschluss (3) von dem Ausgangsanschluss (4) getrennt ist, und/oder c) eine Drosselstellung, in welcher eine Verbindung zwischen Eingangsanschluss (3) und Ausgangsanschluss (4) gegenüber der Öffnungsstellung gedrosselt ist bewegbar ist, wobei der Ventilkörper (24) eine pneumatisch beaufschlagte Kolbenfläche (40) besitzt.
Feldspritzsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in entgegengesetzte Richtungen mindestens ein fluidischer Druck auf eine erste Kolbenfläche (39) des Ventilkörpers (24) und ein pneumatischer Druck auf eine zweite Kolbenfläche (40) des Ventilkörpers (24) wirken, so dass die Betriebsstellung des Ventils (6) von der Druckdifferenz des pneumatischen und des mindestens einen fluidischen Drucks abhängig ist.
Feldspritzsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ventil (6) ein Magnetventil (13) vorgeordnet ist, über welches die pneumatische Beaufschlagung eines oder des Ventilkörpers (24) erfolgt.
Feldspritzsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpe (8) vorgesehen ist, welche sowohl für die Förderung des Fluids als auch für die Beeinflussung der pneumatischen Druckverhältnisse einsetzbar ist.
Feldspritzsystem (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugseite der Pumpe (8) a) mit dem Ausgangsanschluss (4) des Ventils (6) verbunden ist und b) mit einem pneumatischen Steuerkreis (10) des Ventils (6) verbunden ist.
Feldspritzsystem (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Pumpe (8) und pneumatischen Steuerkreis (10) ein Rückschlagventil (33) zwischengeordnet ist.
Feldspritzsystem (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem pneumatischen Steuerkreis (10) ein Unterdruckbehälter (11) angeordnet ist.
Feldspritzsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Baueinheit (5) mehrere Ventile (6a, 6b) vorgesehen sind, über welche a) mehrere Eingangsanschlüsse (3a, 3b) selektiv mit mindestens einem Ausgangsanschluss (4) verbindbar sind und/oder b) ein Eingangsanschluss selektiv mit mehreren Ausgangsanschlüssen verbindbar ist.
Feldspritzsystem (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderung von den mehreren Eingangsanschlüssen (3a, 3b) durch den Ausgangsanschluss (4) durch eine einzige Pumpe (8) verursacht wird.