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Vorliegende Erfindung betrifft eine Beregnungsanlage, insbesondere zum Beregnen bzw. Bewässern von Feldern, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Verfahren zur Steuerung der Beregnungsanlage.
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Im Stand der Technik wird zwischen zwei grundlegenden Systemen zur Beregnung unterschieden. Ein erstes System beregnet kreisförmige Felder. Dabei steht in der Mitte des Feldes ein ortsfester Turm. Um den Turm bewegen sich mehrere Fahrwerke entlang von Kreisen. Vom ortsfesten Turm ist eine Rohrleitung über die Fahrwerke bis zum äußersten Fahrwerk gespannt. An der Rohrleitung sind Wasseraustrittsöffnungen zum Beregnen vorgesehen. Das zweite System dient zur Beregnung von rechteckigen Feldern. Dabei bewegen sich die Fahrwerke nebeneinander auf parallelen Linien. Die Rohrleitung ist über alle Fahrwerke hinweg gespannt und es sind ebenfalls Wasseraustrittsöffnungen in der Rohrleitung zum Beregnen des Feldes vorgesehen. Problematisch bei vorbekannten Beregnungsanlagen ist stets die Antriebssteuerung der einzelnen Fahrwerke, die sicherstellen müssen, dass die Rohrleitung nicht zu stark abgewinkelt wird.
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Bei derzeitigen Beregnungsanlagen wird die Fahrgeschwindigkeit und somit die Niederschlagsmenge über einen Start-Stopp-Zyklus an allen Fahrwerken gesteuert. Üblicherweise wird zur Steuerung des Führungsfahrwerks ein Prozenttimer mit einer Zeitperiode von 1 Minute eingesetzt, wobei für die gewöhnliche Beregnung eine Einstellung zwischen 15% bis 30% gewählt wird. Eine Eistellung von 15% bedeutet, dass für 15% der Zeitperiode (z. B. 9 Sekunden) das Führungsfahrwerk verfährt und für 85% der Zeitperiode (z. B. 51 Sekunden) das Führungsfahrwerk still steht. Die untergeordneten Fahrwerke folgen dem Führungsfahrwerk nach einem Master-Slave-Prinzip.
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Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Beregnungsanlage bereitzustellen, die bei kostengünstiger Herstellung und Montage eine effektive Beregnung ermöglicht und insbesondere ein Abwinkeln der Rohrleitung weitgehend vermeidet. Die Steuerung der Fahrwerke soll robust und einfach sein.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.
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Somit wird die Aufgabe gelöst durch eine Beregnungsanlage, umfassend zumindest ein angetriebenes Führungsfahrwerk und zumindest ein untergeordnetes Fahrwerk. Das Führungsfahrwerk wird mit zumindest einem Elektromotor angetrieben. Zum Antrieb eines jeden untergeordneten Fahrwerks wird zumindest ein zweiter Elektromotor verwendet. Gemäß dem Master-Slave-Prinzip wird eine Ansteuerleistung über eine Leitungssteuereinheit für den ersten Elektromotor vorgegeben. Mittels einer Erfassungseinheit wird die Winkelabweichung des untergeordneten Fahrwerks zum Führungsfahrwerk oder zum nächstliegenden untergeordneten Fahrwerk ermittelt. In Abhängigkeit von der erfassten Winkelabweichung erfolgt ein Ein- und Ausschalten des zweiten Elektromotors bzw. der mehreren zweiten Elektromotoren der untergeordnete Fahrwerke. Wird also anhand der Winkelabweichung erkannt, dass ein bestimmtes untergeordnetes Fahrwerk langsamer ist als das Führungsfahrwerk, so wird der zweite Elektromotor eingeschaltet. Wird im Gegensatz dazu erkannt, dass das untergeordnete Fahrwerk vorauseilt, so wird der entsprechende zweite Elektromotor ausgeschaltet. Vom Führungsfahrwerk über die untergeordneten Fahrwerke erstreckt sich eine Rohrleitung. In der Rohrleitung sind Wasseraustrittsöffnungen zum Beregnen vorgesehen. Erfindungsgemäß wird der erste Elektromotor am Führungsfahrwerk nicht mehr durch einen Start-Stopp-Zyklus gesteuert. In vorliegender Erfindung ist die Leistungssteuereinheit zum Antrieb des ersten Elektromotors mit einer dauerhaft konstanten, einstellbaren Ansteuerleistung ausgebildet. In Abhängigkeit von der gewünschten Geschwindigkeit und somit auch von der gewünschten Beregnungsmenge, wird die Ansteuerleistung des ersten Elektromotors bzw. der Leistungssteuereinheit vom Benutzer eingestellt. Diese Ansteuerleistung bleibt dann dauerhaft konstant, bis zum nächsten Eingriff durch den Benutzer. Durch die kontinuierliche Bewegung des Führungsfahrwerks wird eine gleichmäßigere Wasserverteilung entlang der gesamten Beregnungsanlage ermöglicht. Gleichzeitig werden die mechanischen Belastungen am Führungsfahrwerk gesenkt. An den untergeordneten Fahrwerken wird weiterhin die sehr einfache, aber robuste Steuerung durch Ein- und Ausschalten der zweiten Elektromotoren beibehalten.
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Eine aufwändige und intelligente Ansteuerung aller Elektromotoren der Beregnungsanlage würde zu einer wartungsintensiven und komplizierten Vorrichtung führen. Insbesondere in den Einsatzgebieten von Beregnungsanlagen bedarf es jedoch einer möglichst einfachen Ausgestaltung der Anlage, so dass auch Laien die Anlagen bedienen und teilweise in Stand setzen können. Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass untergeordnete Fahrwerke, die mit einem Start-Stopp-Zyklus in Abhängigkeit der Winkelabweichung betrieben werden, einem kontinuierlich laufenden Führungsfahrzeug sehr viel besser folgen als einem Führungsfahrzeug, das mit einem Start-Stopp-Zyklus betrieben wird. Die untergeordneten Fahrwerke können also weiterhin mit dem einfachen Start-Stopp-Zyklus betrieben werden.
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Für die einfache Ausgestaltung ist also vorgesehen, dass bevorzugt die zweiten Elektromotoren lediglich eine Leistungsstufe besitzen. Die zweiten Elektromotoren können also entweder aus sein oder in dieser einzigen Leistungsstufe die untergeordneten Fahrwerke antreiben.
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Die Leistungssteuereinheit zur Ansteuerung des ersten Elektromotors am Führungsfahrwerk ist insbesondere zum stufenlosen Einstellen der Ansteuerleistung, und somit zum stufenlosen Einstellen der Geschwindigkeit oder Beregnungsmenge, ausgebildet. Bei einem Betrieb mit Wechselstrom wird dies insbesondere dadurch erreicht, dass ein Frequenzumrichter oder ein entsprechendes Bauteil für eine Phasenanschnittsteuerung oder Phasenabschnittssteuerung verwendet wird.
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Bevorzugt wird der erste Elektromotor durchgehend mit einer konstanten Ansteuerleistung über einen gesamten Beregnungsvorgang oder Beregnungszyklus betrieben. Solch ein Beregnungsvorgang dauert mehrere Minuten, insbesondere mehrere Stunden. Während dieser Zeit erfolgt keine Änderung der Ansteuerleistung des ersten Elektromotors.
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Die Erfindung wird insbesondere bei kreisförmigen Beregnungsanlagen eingesetzt. Hier befindet sich in der Mitte der Beregnungsanlage ein ortsfester Turm. Die Rohrleitung erstreckt sich vom Turm bis zum Führungsfahrwerk. Das Führungsfahrwerk sitzt ganz außen.
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Alternativ kann die Erfindung auch bei Beregnungsanlagen mit zwei Führungsfahrwerken eingesetzt werden. Bei diesen Beregnungsanlagen werden rechteckige Felder beregnet. Die beiden Führungsfahrwerke sitzen außen und geben die Geschwindigkeit für die innen liegenden untergeordneten Fahrwerke vor.
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Zum Erfassen der Winkelabweichung stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung. Beispielsweise werden mit einem Schalter, der zumindest drei Schaltstellungen aufweist, drei Zustände erfasst. Oder zwischen den einzelnen Fahrwerken wird ein Steuerseil gespannt, an dem die Winkelabweichung erfasst wird. Alternativ dazu wird zwischen den Fahrwerken mittels Laser gemessen. Des Weiteren kann die jeweilige Position und somit auch die Winkelabweichung mittels eines GPS-Sensors an dem Fahrwerk ermittelt werden.
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Bevorzugt sind mehrere untergeordnete Fahrwerke mit jeweils einer Erfassungseinheit zum Erfassen einer Winkelabweichung des jeweiligen untergeordneten Fahrwerks zum Führungsfahrwerk oder zu einem anderen untergeordneten Fahrwerk vorgesehen. Insbesondere erfolgt das Erfassen der Winkelabweichung jeweils zum nächstliegenden Fahrwerk.
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Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Verfahren zur Steuerung einer Beregnungsanlage. Die im Rahmen der erfindungsgemäßen Beregnungsanlage beschriebenen Unteransprüche und vorteilhaften Ausgestaltungen finden entsprechend vorteilhafte Anwendung auf das erfindungsgemäße Verfahren. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass die Winkelabweichung des untergeordneten Fahrwerks zum Führungsfahrwerk erfasst wird. Des Weiteren erfolgt ein Antreiben des ersten Elektromotors mit einer dauerhaft konstanten Ansteuerleistung und ein Ein- und Ausschalten des zweiten Elektromotors in Abhängigkeit der erfassten Winkelabweichung.
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Insbesondere wird über den ganzen Beregnungsvorgang die Ansteuerleistung konstant gehalten. Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der zweite Elektromotor lediglich ein- und ausgeschaltet wird, und nicht in verschiedenen Leistungsstufen betrieben wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen, gezeigt in den Figuren, genauer erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Beregnungsanlage für ein kreisförmiges Feld gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 eine erfindungsgemäße Beregnungsanlage für ein rechteckiges Feld gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
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3 eine Erfassungseinheit für die Winkelabweichung der erfindungsgemäßen Beregnungsanlage für beide Ausführungsbeispiele.
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1 zeigt eine Beregnungsanlage 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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Die Beregnungsanlage 1 umfasst einen zentralen, ortsfesten Turm 9, ein Führungsfahrwerk 2 und ein zwischen dem Führungsfahrwerk 2 und dem Turm 9 angeordnetes untergeordnetes Fahrwerk 3. Vom Turm 9 erstreckt sich über das untergeordnete Fahrwerk 3 eine Rohrleitung 7 bis zum Führungsfahrwerk 2. In der Rohrleitung 7 sind Wasseraustrittsöffnungen zum Beregnen vorgesehen. Am Turm 9 ist die Rohrleitung 7 mit einer Wasserzuleitung 10 verbunden.
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Das Führungsfahrwerk 2 und das untergeordnete Fahrwerk 3 umfassen jeweils zwei Räder 4. Im gezeigten Beispiel ist in jedem Rad 4 des Führungsfahrwerks 2 ein erster Elektromotor 5, ausgebildet als Nabenmotor, integriert. In jedes Rad 4 des untergeordneten Fahrwerks 3 ist ein zweiter Elektromotor 15, ebenfalls ausgebildet als Nabenmotor, integriert. Alternativ zur Verwendung von Nabenmotoren ist es auch möglich, dass pro Fahrwerk 2, 3 nur ein Elektromotor 5, 15 verwendet wird. Über ein entsprechendes Getriebe, mit fester Übersetzung, wird das Drehmoment auf die Räder 4 übertragen.
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Die Leitungssteuereinheit 14 des Führungsfahrwerks 2 wird entsprechende der zu beregnenden Fläche vom Betreiber der Anlage eingestellt. Mittels einer stufenlosen Einstellung kann der Betreiber der Anlage einen konstanten Wert für die Ansteuerleistung des ersten Elektromotors 5 vorgeben. Diese Ansteuerleistung wird dann bis zu einem erneuten Eingriff durch den Betreiber oder bis zu einer automatischen Abschaltung aufgrund eines Fehlers beibehalten. Dadurch bewegt sich das Führungsfahrwerk 2 mit einer konstanten Ansteuerleistung und somit mit einer annähernd konstanten Geschwindigkeit. Die zweiten Elektromotoren 15 können nur in zwei verschiedenen Zuständen betrieben werden. Die zweiten Elektromotoren 15 sind entweder an oder aus.
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Das untergeordnete Fahrwerk 3 umfasst des Weiteren eine Erfassungseinheit 16 (s. 3). Mit dieser Erfassungseinheit wird eine Winkelabweichung α (s. 3), in diesem Ausführungsbeispiel eine Drehwinkelabweichung, zum Führungsfahrwerk 2 gemessen. Um eine gewisse, geringe Winkelabweichung α zu ermöglichen, sind in der Rohrleitung 7 Gelenke 8 vorgesehen. In Abhängigkeit von der gemessenen Winkelabweichung α werden die zweiten Elektromotoren 15 ein- und aus geschaltet, um die Winkelabweichung α so gering wie möglich zu halten, so dass die Rohrleitung 7 nicht zu stark abgewinkelt wird.
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Des Weiteren ist in dem Turm 9 eine zentrale Steuereinheit 11 installiert. An dieser Steuereinheit 11 kann der Benutzer die gewünschte Ansteuerleistung für den ersten Elektromotor 10 einstellen.
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2 zeigt eine lineare Beregnungsanlage 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, die insbesondere für rechteckige Felder benutzt wird. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind in allen Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen versehen. Hier sind zwei Führungsfahrwerke 2 vorgesehen. Die beiden Führungsfahrwerke 2 befinden sich an den äußersten Positionen. Zwischen den beiden Führungsfahrwerken 2 befinden sich vier untergeordnete Fahrwerke 3. Die Rohrleitung 7 erstreckt sich über sämtliche Fahrwerke 2, 3.
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Aufgabe der Steuerung der zweiten Elektromotoren 15 ist auch im zweiten Ausführungsbeispiel wieder eine Vermeidung einer Abwinkelung der Rohrleitung 7. Die Erfassung der Winkelabweichung α der untergeordneten Fahrwerke 3 erfolgt jeweils in Relation zu dem nächsten, außen liegenden Fahrwerk 2, 3.
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3 zeigt, in der Draufsicht auf ein untergeordnetes Fahrwerk 3 eine Erfassungseinheit 16 für die Winkelabweichung α der Beregnungsanlage 1 für beide Ausführungsbeispiele. Gezeigt sind zwei über das Gelenk 8 verbundene Rohrsegmente der Rohrleitung 7. An einem Rohrsegment befindet sich eine Schalter 12, am anderen Rohrsegment befindet sich ein zum Schalter 12 korrespondierender Geber 13.
