DE102013022459A1

DE102013022459A1 - Feldspritze

Info

Publication number: DE102013022459A1
Application number: DE102013022459.4A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Rempp
Original assignee: Lechler GmbH
Current assignee: Lechler GmbH
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2033-11-09
Also published as: DE102013022459B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Feldspritze, gekennzeichnet durch mehrere Ventile, jeweils mit einem Ventilkörper, der relativ zu einem Ventilsitz (42) wenigstens eine Freigabestellung und eine Sperrstellung einnehmen kann, einem Elektromotor (46) zum Bewegen des Ventilsitzes (42) und/oder des Ventilköpers (44) in die Freigabestellung und die Sperrstellung und einem elektrischen Energiespeicher (52) zum Bereitstellen von elektrischer Energie für den Elektromotor (46), wobei ein Spannungswandler vorgesehen ist, der ausgebildet ist, in einem ersten Betriebsmodus eine von dem Energiespeicher bereitgestellte erste Spannung in eine zweite, höhere Spannung zur Beaufschlagung des Elektromotors beim Bewegen des Ventilkörpers (44) und/oder des Ventilsitzes (42) umzuwandeln, woebi jedes Ventil, insbesondere am Ventilgehäuse (10), mit zwei elektrischen Steckverbindern (18, 20) versehen ist und die Ventile untereinander elektrisch mittels Kabeln (62, 82) verbunden sind, wobei das Kabel (62, 82) von einem ersten Ventil (10) zu einem zweiten benachbarten Ventil (10) in den ersten Steckverbinder (18) und das Kabel (62, 82) von dem ersten Ventil (10) zu einem dritten benachbarten Ventil (10) in den zweiten Steckverbinder (20) eingesteckt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Feldspritze für die Landtechnik mit mehreren Ventilen und einem elektrischen System zur Energieversorgung, jeweils mit einem Ventilkörper, der relativ zu einem Ventilsitz wenigstens eine Freigabestellung und eine Sperrstellung einnehmen kann, einem Elektromotor zum Bewegen des Ventilsitzes und/oder des Ventilköpers in die Freigabestellung und die Sperrstellung und einem elektrischen Energiespeicher zum Bereitstellen von elektrischer Energie für den Elektromotor.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 604 79 A1 ist eine landwirtschaftliche Feldspritze mit insgesamt fünf elektrisch schaltbaren Teilbreitenventilen bekannt. Die Teilbreitenventile können jeweils in eine Freigabestellung und eine Sperrstellung bewegt werden und werden von einer zentralen Steuerung der Feldspritze angesteuert.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2011 106 504 A1 ist ein motorischer Antrieb zum Antreiben von Klappen im Kühlergrill eines Automobils bekannt. Zum Antreiben der Klappen weist der Antrieb einen Elektromotor auf. Eine Notfunktion sieht vor, dass der Elektromotor beim Fehlen der Betriebsspannung in eine Notposition bewegt wird. Dazu weist der Antrieb einen Energiespeicher auf. Dieser wird im Normalbetrieb über eine Konstantstromquelle geladen. Im Fehlerfall werden der Elektromotor und dessen Ansteuerschaltung über einen Aufwärtswandler aus dem Energiespeicher versorgt.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2013 100 078 A1 ist eine Sanitärarmatur bekannt. Die Sanitärarmatur wird mittels eines Magnetventils ein- und ausgeschaltet. Die elektrische Energie wird beispielsweise mittels eines Thermogenerators erzeugt, der einerseits mit der Warmwasserleitung und andererseits mit der Kaltwasserleitung der Sanitärarmatur verbunden ist. Eine vom Thermogenerator erzeugte Spannung wird mittels eines Spannungswandlers aufwärts gewandelt und in einen Energiespeicher eingespeist. Das Magnetventil wird mit der Spannung aus dem Energiespeicher geschaltet.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2010 051 580 A1 ist ein Ventil für Spritzvorrichtungen für die Landtechnik mit mehreren Ventilen und einem elektrischen System zur Energieversorgung bekannt, wobei das Ventil einen Ventilkörper, der relativ zu einem Ventilsitz wenigstens eine Freigabestellung und eine Sperrstellung einnehmen kann, mit einem Elektromotor zum Bewegen des Ventilkörpers in die Freigabestellung und die Sperrstellung, mit einem elektrischen Energiespeicher zum Bereitstellen von elektrischer Energie für den Elektromotor und einem Spannungswandler bekannt. Ebenfalls bekannt ist eine Feldspritze mit mehreren solchen Ventilen. Um das elektrische System der Spritzvorrichtung nicht zu überlasten, weist das Ventil den elektrischen Energiespeicher auf, der elektrische Energie zum Betreiben des Elektromotors bereitstellt. Nach einer Ansteuerung des Ventils wird der Energiespeicher aus der Stromversorgung wieder geladen, und zwar vorzugweise über eine Ladezeitdauer, die wesentlich länger ist als die Entladezeitdauer beim Betätigen des Aktors. Hierfür kann ein wesentlich geringerer Strom von der Stromversorgung gezogen werden. Um Verklemmungen oder Reibwiderstände des Ventilkörpers zu überwinden, ist eine Flimmersteuerung vorgesehen, die periodische Wechselbewegungen des Elektromotors erzeugt, so dass dieser den Ventilstößel freirüttelt. Der Spannungswandler soll mit einer Bordnetzspannung von 12 V betrieben werden und wandelt diese Bordnetzspannung in eine Spannung von 5 V zum Laden des Energiespeichers und zum Betreiben des Elektromotors um.
Mit der Erfindung soll eine verbesserte Feldspritze für die Landtechnik bereitgestellt werden.
Erfindungsgemäß ist hierzu eine Feldspritze mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgesehen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Feldspritze weist mehrere Ventile auf, jeweils mit einem Ventilkörper, der relativ zu einem Ventilsitz wenigstens eine Freigabestellung und eine Sperrstellung einnehmen kann, einen Elektromotor zum Bewegen des Ventilsitzes und/oder des Ventilkörpers in die Freigabestellung und die Sperrstellung und einen elektrischen Energiespeicher zum Bereitstellen von elektrischer Energie für den Elektromotor auf, wobei ein Spannungswandler vorgesehen ist, der ausgebildet ist, in einem ersten Betriebsmodus eine von dem Energiespeicher bereitgestellte erste Spannung in eine zweite, höhere Spannung zur Beaufschlagung des Elektromotors beim Bewegen des Ventilkörpers und/oder des Ventilsitzes umzuwandeln. Der Spannungswandler ist erfindungsgemäß ausgebildet, in einem zweiten Betriebsmodus den Energiespeicher mit niedriger Stromaufnahme zu laden. Jedes Ventil ist mit zwei Steckverbindern versehen. Die Ventile sind untereinander elektrisch mittels Kabeln verbunden, wobei ein Kabel von einem ersten Ventil zu einem zweiten benachbarten Ventil in den ersten Steckverbinder eingesteckt ist und ein Kabel von dem ersten Ventil zu einem dritten benachbarten Ventil in den zweiten Steckverbinder eingesteckt ist.
Auf diese Weise kann ein modularer Aufbau erzielt werden, und auf dem Gestänge der Feldspritze nebeneinander angeordnete Ventile können problemlos mittels vorkonfektionierter Kabel verbunden werden.
Bei einem Ausfall der kabelgebundenen oder externen Stromversorgung für ein elektrisches Ventil reicht auch die von einem Energiespeicher am Ventil selbst bereitgestellte Spannung nicht unter allen Umständen aus, um das Ventil mittels des Elektromotors in eine vordefinierte Stellung zu verfahren. Je nach Anforderung kann dies die Freigabestellung oder die Sperrstellung sein. Beispielsweise wird kurzfristig ein höheres Drehmoment des Elektromotors benötigt, um den Ventilkörper und/oder den Ventilsitz gegen den anliegenden Flüssigkeitsdruck zu bewegen. Um ein solches höheres Drehmoment des Elektromotors zu bewirken, ist ein Spannungswandler vorgesehen, der in einem ersten Betriebsmodus, der auch als Boost-Betrieb bezeichnet wird, eine von dem Energiespeicher bereitgestellte erste Spannung in eine zweite, höhere Spannung zur Beaufschlagung des Elektromotors beim Bewegen des Ventilkörpers und/oder des Ventilsitzes umwandelt. Durch die höhere Ausgangsspannung des Spannungswandlers kann der Elektromotor ein ausreichend hohes Drehmoment und/oder eine ausreichend hohe Drehzahl bereitstellen, um das Ventil zuverlässig auch bei einem Ausfall der kabelgebundenen oder externen Energieversorgung zu schließen. Der Energiespeicher selbst kann dadurch vergleichsweise klein und kostengünstig, beispielsweise mit geringerer Nennspannung als der Elektromotor, aufgebaut sein und dennoch kann sichergestellt werden, dass das Ventil bei einem Ausfall der kabelgebundenen oder externen Energieversorgung zuverlässig in die vorgegebene Notstellung geht. In einem zweiten Betriebsmodus, einem sogenannten Buck-Betrieb, kann dann der Energiespeicher über einen etwas längeren Zeitraum mit niedrigerer definierter Stromaufnahme aufgeladen werden, so dass die Energieversorgung der Spritzvorrichtung nicht überlastet wird. Speziell kann dadurch das Problem gelöst werden, dass bei großen Spritzvorrichtungen, beispielsweise Feldspritzen, das elektrische System eines Zugfahrzeugs nicht ausreichend leistungsfähig ist, um die hohe Anzahl an Ventilen gleichzeitig mit ausreichender elektrischer Energie zu versorgen, um einen gleichzeitigen Schaltvorgang an allen Ventilen vorzunehmen. Feldspritzen können beispielsweise eine Arbeitsbreite von 42 m aufweisen, wobei dann üblicherweise alle 50 cm eine Düse mit einem Ventil vorgesehen ist. Die gleichzeitige Stromaufnahme von 84 Ventilen bei einem Öffnungsvorgang oder einem Schließvorgang überfordert aber in der Regel die elektrische Anlage eines Zugfahrzeugs für die Feldspritze. Mit der Erfindung kann somit nicht nur die gleichzeitige Betätigung aller elektrischen Ventile auf einer Feldspritze sichergestellt werden, darüber hinaus wird es auch ermöglicht, bei einem Ausfall der elektrischen Energieversorgung jedes Ventil noch in eine vordefinierte Notstellung zu verfahren. Das Aufladen der Energiespeicher erfolgt im Buck-Betrieb mit niedriger Stromaufnahme, so dass die elektrische Anlage eines Zugfahrzeugs nicht überlastet wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Spannungswandler als Gleichspannungswandler ausgebildet.
Geeignete Gleichspannungswandler werden als Gleichstromsteller, Zweiquadrantensteller, Synchronwandler, Hoch-/Tiefsetzsteller oder vor allem auch als Buck-/Boost-Konverter bezeichnet. Wesentlich ist dabei, dass der Stromfluss bei einem motorischen Betrieb vom Energiespeicher über den Gleichspannungswandler zum Elektromotor geht, in einem Ladebetrieb hingegen von einer elektrischen Energieversorgung über den Gleichspannungswandler zum Energiespeicher.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Energiespeicher als Kondensator, insbesondere Superkondensator, ausgebildet.
Kondensatoren, insbesondere Superkondensatoren, sind vergleichsweise kompakt aufgebaut und stellen dennoch eine hohe elektrische Energiedichte zur Verfügung. Superkondensatoren können als sogenannte Supercaps, Doppelschichtkondensatoren, elektrochemische Kondensatoren oder Hybridkondensatoren ausgebildet sein. Allen Kondensatoren ist dabei gemein, dass sie über einen etwas längeren Zeitraum mit geringerer Stromaufnahme aufgeladen werden können, für einen motorischen Betrieb aber kurzfristig eine große elektrische Leistung zur Verfügung stellen können.
In Weiterbildung der Erfindung ist ein Ventilgehäuse vorgesehen, wobei der Elektromotor, der Spannungswandler und eine Ventilsteuerschaltung für den Elektromotor und den Spannungswandler innerhalb des Ventilgehäuses angeordnet sind.
Auf diese Weise können sehr kurze Signalwege bei der Weiterleitung von Signalen realisiert werden. Auch ist es dadurch möglich, den Elektromotor, den Spannungswandler und die Ventilsteuerschaltung für den Elektromotor und Spannungswandler geschützt innerhalb des Ventilgehäuses anzuordnen. Vorteilhafterweise ist auch der Energiespeicher selbst innerhalb des Ventilgehäuses angeordnet.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Elektromotor als Schrittmotor ausgebildet. Vorteilhafterweise ist eine vom Elektromotor beaufschlagte Schraubenspindel zum Bewegen des Ventilkörpers vorgesehen.
Mittels einer Schraubenspindel können hohe Losbrechmomente und hohe Haltekräfte für den Ventilkörper und/oder den Ventilsitz erzeugt werden. Vorteilhafterweise ist die Schraubenspindel selbsthemmend ausgeführt. Die Verwendung eines Schrittmotors ermöglicht es, ohne zusätzliche Sensoren die Drehstellung des Schrittmotors durch die Ventilsteuerschaltung auf einen vorgegebenen Wert einzustellen.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Ventilgehäuse mit zwei elektrischen Steckverbindern versehen.
Auf diese Weise können auf einer Feldspritze nebeneinander angeordnete Ventile durch einfach einzusteckende Kabel miteinander verbunden werden. Dadurch wird ein modularer Aufbau erzielt. Beim Ausrüsten einer Feldspritze mit den erfindungsgemäßen Ventilen und vor allem beim Verkabeln dieser Ventile können dadurch standardisierte Kabel mit jeweils zwei Steckverbindern verwendet werden, und es ist keine spezielle Kabelkonfektion notwendig. Üblicherweise sind bei Feldspritzen die Düsenträger mit den Ventilen im Abstand von 50 cm angeordnet. Stehen vorkonfektionierte Kabel mit jeweils zwei Steckern zur Verfügung, so kann eine beliebige Anzahl von Ventilen mittels dieser vorkonfektionierten Kabel miteinander verbunden werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine Ventilsteuerung innerhalb des Gehäuses angeordnet und für den Betrieb an einer Busleitung ausgebildet.
Der Betrieb an einer Busleitung erleichtert die Steuerung der erfindungsgemäßen Ventile erheblich. Die einzelnen Ventile können seriell miteinander verbunden werden und werden dann über Bussignale angesteuert. Beispielsweise kann ein vieradriges Kabel verwendet werden. Die einzelnen Ventile können mittels einer Weiterschaltung auf der Platine nach der Montage auf der Maschine oder nach einem Reparaturfall einfach und bedienerfreundlich konfiguriert werden. Die Steuerung fragt automatisch die einzelnen Positionen der Ventile ab und speichert diese. Darüber hinaus ist es auch möglich, einen Signalaustausch zwischen den einzelnen Ventilen bei einer Statusabfrage zu ermöglichen. Auf diese Weise kann auch ein Kabelbruch oder eine lose Steckverbindung lokalisiert werden. Sind beispielsweise zehn Ventile seriell hintereinander geschaltet und antworten bei einer Statusabfrage nur die ersten fünf Ventile, so kann davon ausgegangen werden, dass ein Kabelbruch oder eine Unterbrechung zwischen dem fünften und dem sechsten Ventil vorliegt. Die Ventilsteuerung empfängt Signale von einer übergeordneten Steuereinheit, beispielsweise auf einem Zugfahrzeug, und setzt diese in Ansteuersignale für den Schrittmotor um. Die Ventilsteuerung überwacht beispielsweise auch die Eingangsspannung und Ausgangsspannung des Ventils. Stellt die Ventilsteuerung fest, dass die Eingangsspannung unter einen vordefinierten Wert gesunken ist, wird ein Notbetrieb veranlasst, indem in einem Boost-Betrieb der Elektromotor mit einer zweiten, höheren Spannung beaufschlagt wird und dann den Ventilkörper und/oder den Ventilsitz in eine vordefinierte Notstellung verfahren kann. Mittels der Ventilsteuerung wird auch der Ladezustand des Energiespeichers überwacht und erforderlichenfalls ein Buck-Betrieb zum Aufladen des Energiespeichers mit niedriger Stromaufnahme eingestellt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Einzelmerkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen und wie sie in den Zeichnungen dargestellt sind, können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Vorderansicht eines Ventils für eine erfindungsgemäße Feldspritze,
2 eine Seitenansicht des Ventils der 1,
3 eine Ansicht des Ventils der 1 von hinten,
4 eine Vorderansicht des Ventils der 1,
5 eine Ansicht auf die Schnittebene A-A in 2,
6 eine Ansicht auf die Schnittebene B-B in 3,
7 eine Ansicht auf die Schnittebene C-C in 4,
8 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Feldspritze,
9 ein schematisches Ersatzschaltbild eines Ventils und
10 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Feldspritze gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt ein Ventil 10, das an einem Düsenträger 12 angeordnet ist. Der Düsenträger 12 wird an einem nicht dargestellten Zuleitungsrohr befestigt und weist einen Anschluss 14 zur Montage einer nicht dargestellten Spritzdüse auf. Zu versprühende Flüssigkeit gelangt von dem Düsenrohr durch den Düsenträger 12 hindurch zu dem Anschluss 14 und zu der Spritzdüse. Diese Strömungsverbindung zwischen dem Düsenrohr und der Spritzdüse kann mittels des Ventils 10 abgesperrt oder freigegeben werden.
Das Ventil 10 weist ein Düsengehäuse 16 auf, in dem ein Ventilkörper, ein Ventilsitz, ein Schrittmotor zum Bewegen des Ventilkörpers, ein elektrischer Energiespeicher sowie eine Ventilsteuerschaltung angeordnet sind, wie noch anhand der 5 bis 7 erläutert wird. Das Ventilgehäuse 16 ist mit zwei elektrischen Steckverbindern 18 und 20 versehen, in die jeweils eine Kabelzuleitung eingesteckt werden kann. Das Ventilgehäuse 16 ist mittels einer Überwurfmutter 22 an einem passenden Außengewindeflansch des Düsenträgers 12 befestigt.
Die Darstellung der 2 zeigt eine Ansicht des Ventils 10 und des Düsenträgers 12 von unten. Zu erkennen ist der Anschluss 14 für die Spritzdüse sowie ein Kanal 24 innerhalb des Düsenträgers 12, der, wie ausgeführt wurde, mittels des Ventilkörpers des Ventils 10 freigegeben oder abgesperrt werden kann.
Die Darstellung der 3 zeigt das Ventil 10 und den Düsenträger 12 von der Seite. In dieser Ansicht ist der Anschluss 14 für die Spritzdüse unten angeordnet.
Die Darstellung der 4 zeigt das Ventil 10 und den Düsenträger 12 von hinten. Der Düsenträger 12 weist eine Schelle 26 auf, die um ein nicht dargestelltes Zuleitungsrohr gelegt werden kann, um den Düsenträger 12 an diesem Zuleitungsrohr zu befestigen. Das Zuleitungsrohr weist an seiner Unterseite eine Öffnung auf, in die ein Rohrstutzen 28 des Düsenträgers 12 eingreift. Durch diesen Rohrstutzen 28 gelangt die zu versprühende Flüssigkeit in den Düsenträger 12 und letztendlich zu dem Anschluss 14 für eine Spritzdüse.
In der Darstellung der 4 zu erkennen ist der Steckverbinder 18. Der Steckverbinder 18 weist insgesamt vier Kontakte auf und ist für ein vieradriges Kabel vorgesehen.
Anhand der Ansichten der 1 bis 4 ist zu erkennen, dass das Ventilgehäuse 16 geschlossen ist, um die darin angeordneten Bauteile des Ventils 10 geschützt gegen Schmutz und Flüssigkeit unterzubringen.
5 zeigt eine Ansicht auf die Schnittebene A-A in 2. Der Düsenträger 12 ist lediglich abschnittsweise dargestellt und speziell ist nur ein Außengewindeflansch 28 des Düsenträgers 12 dargestellt, auf den die Überwurfmutter 22 des Ventils aufgeschraubt wird und auf den ein Anschlussstutzen 30 des Ventils 10 angesetzt wird. In der Darstellung der 5 ist zu erkennen, dass die zu versprühende Flüssigkeit in einen Ringkanal 40 des Außengewindeflansches 28 in Richtung der Pfeile 41 einströmt und dadurch zu einem Ventilsitz 36 des Ventils 10 gelangt. Ausgehend vom Ventilsitz 36 strömt die zu versprühende Flüssigkeit über zwei Querbohrungen 38 in einen Zentralkanal 32, der von dem Ringkanal 40 umgeben ist.
Im Zentralkanal 32 strömt die Flüssigkeit in Richtung des Pfeils 34. Das Ventilsitzbauteil 36 weist den eigentlichen Ventilsitz 42 auf, der mittels eines Ventilkörpers 44 verschlossen oder freigegeben werden kann. In der Darstellung der 5 ist der Ventilsitz freigegeben und zu versprühende Flüssigkeit kann vom Ringkanal 40 aus den Ventilsitz 42 passieren und in den Zentralkanal 32 eintreten. Wird ausgehend von der Freigabestellung der 5 der Ventilkörper 44 in der Darstellung der 5 nach links bewegt, bis sein abgerundetes vorderes Ende auf dem Ventilsitz 42 aufliegt, ist eine Strömungsverbindung zwischen dem Zentralkanal 32 und dem Ringkanal 40 unterbrochen. Das Ventil 10 befindet sich damit in einer Sperrstellung.
Der Ventilkörper 44 ist stabförmig ausgebildet und wird mittels eines elektrischen Schrittmotors 46 bewegt. Der Schrittmotor 46 dreht eine Schraubenspindel 48, die wiederum in einem passenden Innengewinde in einer Sackbohrung des Ventilkörpers 44 angeordnet ist. Eine Drehung des Schrittmotors 46 führt zu einer axialen Bewegung der Schraubenspindel 48 und zu einer Verschiebebewegung des Ventilkörpers 44, ausgehend von der Darstellung der 5 nach links in Richtung auf den Ventilsitz 42 zu. Ausgehend von der Sperrstellung wird die Schraubenspindel 48 in umgekehrter Richtung gedreht, um den Ventilkörper 44 wieder von dem Ventilsitz 42 wegzubewegen und das Ventil 10 in die Freigabestellung zu bewegen.
Innerhalb des Ventilgehäuses 10 ist neben dem Schrittmotor 46 eine Platine 50 angeordnet, auf der neben einem Superkondensator 52 eine in 5 lediglich abschnittsweise zu erkennende Ventilsteuerschaltung 54 angeordnet ist. 5 ist zu entnehmen, dass die Platine 50 mit dem Superkondensator 52 und der Ventilsteuerschaltung 54 innerhalb des Ventilgehäuses 16 angeordnet ist. Auch der Schrittmotor 46 ist innerhalb des Ventilgehäuses 16 angeordnet. Sämtliche elektrischen bzw. elektronischen Bauteile des Ventils 10 sind damit geschützt innerhalb des Ventilgehäuses 16 angeordnet. Die Ventilsteuerschaltung 54 ist für einen Busbetrieb ausgelegt, insbesondere für den Betrieb mit einem CAN-Bus. Die Anschlüsse der Steckverbinder 18, 20 sind mit der Ventilsteuerschaltung 54 verbunden.
6 zeigt eine Ansicht auf die Schnittebene B-B in 3. Innerhalb des Ventilgehäuses 16 ist der Schrittmotor 46 sowie die Platine 50 mit der Ventilsteuerschaltung 54 zu erkennen. Die Ventilsteuerschaltung 54 weist einen Spannungswandler auf, der in einem ersten Betriebsmodus, der auch als Boost-Betrieb bezeichnet wird, eine von dem als Energiespeicher wirkenden Superkondensator 52 bereitgestellte erste Spannung in eine zweite, höhere Spannung zur Beaufschlagung des Schrittmotors 46 umsetzen kann. Diese höhere Ausgangsspannung bewirkt, dass der Schrittmotor 46 ein höheres Drehmoment aufbringen kann, um den Ventilkörper 44 zuverlässig – ausgehend von einer Freigabestellung in eine Sperrstellung – oder umgekehrt zu bewegen.
Dieser Boost-Betrieb der Ventilsteuerschaltung 54 wird dabei nur dann eingestellt, wenn ein Ausfall einer externen Energieversorgung des Ventils 10 erkannt wurde. Im Normalbetrieb wird der Schrittmotor mit der externen Versorgungsspannung beaufschlagt, die beispielsweise durch die elektrische Anlage eines Zugfahrzeugs bereitgestellt wird. Der Boost-Betrieb wird dadurch eingestellt, dass mit der Ventilsteuerschaltung 54 die Eingangsspannung und die Ausgangsspannung des Ventils 10 überwacht werden. Sinkt die Eingangsspannung unter einen vordefinierten Wert ab, so wird von einem Ausfall der externen Energieversorgung ausgegangen und der Spannungswandler wird in den Boost-Betrieb versetzt und das Ventil 10 wird in die Sperrstellung bewegt. Üblicherweise wird das Ventil 10 bei einem Ausfall der externen Energieversorgung in die Sperrstellung bewegt. Es gibt jedoch durchaus länderspezifische Vorschriften, die verlangen, dass bei einem Ausfall der externen Energieversorgung das Ventil 10 in eine Freigabestellung bewegt wird. Auch diese Bewegung in die Freigabestellung würde im Boost-Betrieb der Ventilansteuerschaltung 54 erfolgen.
Mittels der Ventilsteuerschaltung 54 wird auch der Ladezustand des Superkondensators 52 überwacht. Stellt die Ventilsteuerschaltung 54 fest, dass der Superkondensator 52 einen vorgegebenen Ladezustand unterschreitet, so stellt die Ventilsteuerschaltung 54 einen sogenannten Buck-Betrieb ein, in dem der Superkondensator 52 mit einer geringen Stromaufnahme über einen etwas längeren Zeitraum geladen wird. Der Spannungswandler ist hierzu als sogenannter Buck-/Boost-Konverter ausgebildet, und ermöglicht dadurch einen Stromfluss in zwei entgegengesetzten Richtungen, nämlich in einem Boost-Betrieb vom Superkondensator 52 über den Spannungswandler zum Schrittmotor 46 und in einem Buck-Betrieb von der externen elektrischen Energieversorgung zum Superkondensator 52.
Die Darstellung der 7 zeigt eine Ansicht auf die Schnittebene C-C in 4. In dieser Ansicht ist die innerhalb des Ventilgehäuses 16 angeordnet Platine 50 mit dem Superkondensator 52 und der Ventilsteuerschaltung 54 gut zu erkennen. Es ist auch zu erkennen, dass zwischen den Steckverbindern 18, 20 und der Platine 50 lediglich sehr kurze Wege zu überbrücken sind. Die elektrischen Signale werden mittels einer Weiterschaltung auf der Platine vom Eingangsstecker 20 zum Ausgangsstecker 18 weitergeleitet.
Die Darstellung der 8 zeigt schematisch eine Feldspritze 60 gemäß der Erfindung mit insgesamt acht erfindungsgemäßen Ventilen 10. Flüssigkeitsleitungen sind nicht dargestellt. Dargestellt ist lediglich eine CAN-Busleitung 62, die die einzelnen Ventile 10 seriell miteinander verbindet und die von einer Einzeldüsensteuerung 64 ausgeht. Die Einzeldüsensteuerung 64 ist dafür vorgesehen, in einem Normalbetrieb die Ventile 10 einzeln oder gemeinsam bzw. in Gruppen so anzusteuern, dass sich diese von der Freigabestellung in die Sperrstellung oder umgekehrt bewegen. Die Einzeldüsensteuerung 64 sendet Signale zu den einzelnen Ventilen 10 und empfängt auch Signale von den Ventilen 10. Hierzu sind die Ventilansteuerschaltungen 54 der einzelnen Ventile 10 so ausgebildet, dass sie beispielsweise auf Statusabfragen der Einzeldüsensteuerung 64 eine Rückmeldung über ihren Status geben, also beispielsweise ob sie in Betrieb sind, letztendlich also eine Rückmeldung darüber, ob sich das jeweilige Ventil 10 in einer Freigabestellung oder einer Sperrstellung befindet.
Mittels einer solchen Statusabfrage kann die Einzeldüsensteuerung 64 feststellen, ob noch alle Ventile 10 an der Busleitung 62 betriebsbereit sind. Fehlen beispielsweise die Rückmeldungen einzelner Ventile 10 oder wird eine erhöhte Stromaufnahme am einzelnen Ventil gemessen, so kann gegebenenfalls nicht nur auf den Ausfall des betreffenden Ventils, sondern beispielsweise auch auf einen Kabelbruch oder Kurzschluss geschlossen werden. Kommt beispielsweise bei einer Statusabfrage von den in 8 links angeordneten letzten drei Ventilen 10 keine Rückmeldung zu der Einzeldüsensteuerung 64, so kann auf einen Kabelbruch zwischen dem viertletzten und dem drittletzten Ventil 10 geschlossen werden. Erhalten die Ventile 10 keine Rückmeldung der Steuerung 64, beispielsweise bei einem Defekt in der BUS-Leitung, kann ebenfalls die Not-Aus-Steuerung aktiviert werden.
Fällt eine Energieversorgung der einzelnen Ventile 10 aus, die ebenfalls über die CAN-Bus-Leitung 62 erfolgt, so wird dies von den einzelnen Ventilsteuerschaltungen 54 erkannt, wie bereits erläutert wurde, und diese verursachen dann, dass die Ventile 10 alleine über die mittels des Superkondensators 52 bereitgestellten Energie in die Notstellung, insbesondere die Sperrstellung, bewegt werden.
Die Feldspritze 60 weist weiter eine Zentralsteuerung 66 auf, die über eine ISO-Busleitung 68 Signale an die Einzeldüsensteuerung 64 sendet und von dieser empfängt. Die Zentralsteuerung 66 weist beispielsweise ein Navigationsmodul auf und entscheidet auf Basis der aktuellen Position der Feldspritze 60, welche der Ventile 10 ein- und ausgeschaltet werden sollen. Die entsprechenden Befehle werden dann an die Einzeldüsensteuerung 64 gesendet, die diese Befehle dann umsetzt und an die Ventile 10 weitergibt. Die Einzeldüsensteuerung 64 kann bei Bedarf auch in der Zentralsteuerung 66 integriert sein.
In 9 ist schematisch ein Ersatzschaltbild eines Ventils 10 dargestellt. Das Ventil 10 weist die Ventilsteuerschaltung 54 auf, die mit dem Spannungswandler 55 versehen ist, wobei die Supercap über die Buck/Boost-Steuerung angekoppelt ist. Mit dem Spannungswandler 55 ist der Superkondensator 52 verbunden, sowie auch der Schrittmotor 46. Der Spannungswandler 55 ist darüber hinaus mit einer externen Energieversorgung mit einer Versorgungsspannung U_V verbunden, die beispielsweise durch die elektrische Anlage eines Zugfahrzeugs bereitgestellt wird.
In einem Normalbetrieb empfängt die Ventilsteuerschaltung 54 ein Signal von der Einzeldüsensteuerung 64, siehe 8, und beaufschlagt dann den Elektromotor, der hier als Schrittmotor 46 ausgebildet ist, mit der Versorgungsspannung U_V, um dadurch das Ventil 10 zu öffnen oder zu schließen. Es ist dabei möglich, den Elektromotor unter Umgehung der Buck/Boost-Steuerung des Spannungswandlers 55 zu beaufschlagen, auch wenn dies in der schematischen Darstellung der 9 nicht erkennbar ist. In einem Normalbetrieb wird somit der Superkondensator 52 nicht benützt sondern der Schrittmotor 46 wird alleine mittels der externen Energieversorgung angetrieben.
Mittels der Ventilsteuerschaltung 54 wird permanent die externe Versorgungsspannung U_V überwacht. Stellt die Ventilsteuerschaltung 54 fest, dass die Versorgungsspannung U_V unter einen vordefinierten Wert abgesunken ist, so wird von einem Ausfall der externen Stromversorgung ausgegangen und der Buck-/Boost-Konverter wird in einen Boost-Betrieb versetzt, in der er die von dem Superkondensator 52 bereitgestellte Spannung in eine höhere Spannung zur Beaufschlagung des Elektromotors 46 umwandelt. In diesem Boost-Betrieb erfolgt dann das Schließen des Ventils 10 alleine durch die vom Superkondensator 52 bereitgestellte elektrische Energie. Wie ausgeführt wurde, kann je nach länderspezifischer Vorschrift in einem Notbetrieb das Freigeben des Ventils 10 vorgesehen sein.
Neben der Einstellung des Boost-Betriebs um bei einem Ausfall der externen Stromversorgung das Ventil 10 in eine Notstellung zu bewegen, überwacht die Ventilansteuerschaltung 54 auch die Ausgangsspannung bzw. den Ladezustand des Superkondensators 52. Stellt die Ventilansteuerschaltung 54 fest, dass der Ladezustand des Superkondensators 52 unterhalb eines vordefinierten Grenzwerts liegt, so wird die Buck/Boost-Steuerung des Spannungswandlers 55 in einen Buck-Betrieb versetzt, in dem dann der Superkondensator 52 mittels der Buck/Boost-Steuerung des Spannungswandlers 55 aus dem externen Energieversorgungsnetz aufgeladen wird. In diesem Buck-Betrieb sorgt der Buck-/Boost-Konverter 55 für eine geringe Stromaufnahme beim Laden des Superkondensators 52, so dass die externe Energieversorgung auch dann nicht überlastet wird, wenn beispielsweise alle Superkondensatoren 52 der mehreren Ventile 10 gleichzeitig geladen werden.
10 zeigt schematisch eine Feldspritze 70 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Ausgehend von der Einzeldüsensteuerung 64 sind die Ventile 10 mit jeweils einer Leitung nach links und nach rechts am Gestänge der Feldspritze montiert. Die Konfiguration erfolgt dann automatisch von einer Seite beginnend. Im Unterschied zu der Feldspritze 60 der 8 muss die Busleitung bzw. das Kabel 82 nicht von einem Ende des Gestänges zum anderen verlegt werden, sondern von der Mitte des Gestänges ausgehend führt die Busleitung nach links und rechts.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1060479 A1 [0002]
DE 102011106504 A1 [0003]
DE 102013100078 A1 [0004]
DE 102010051580 A1 [0005]

Claims

Feldspritze, gekennzeichnet durch mehrere Ventile, jeweils mit einem Ventilkörper, der relativ zu einem Ventilsitz (42) wenigstens eine Freigabestellung und eine Sperrstellung einnehmen kann, einem Elektromotor (46) zum Bewegen des Ventilsitzes (42) und/oder des Ventilköpers (44) in die Freigabestellung und die Sperrstellung und einem elektrischen Energiespeicher (52) zum Bereitstellen von elektrischer Energie für den Elektromotor (46), wobei ein Spannungswandler vorgesehen ist, der ausgebildet ist, in einem ersten Betriebsmodus eine von dem Energiespeicher bereitgestellte erste Spannung in eine zweite, höhere Spannung zur Beaufschlagung des Elektromotors beim Bewegen des Ventilkörpers (44) und/oder des Ventilsitzes (42) umzuwandeln, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ventil, insbesondere am Ventilgehäuse (10), mit zwei elektrischen Steckverbindern (18, 20) versehen ist und die Ventile untereinander elektrisch mittels Kabeln (62, 82) verbunden sind, wobei das Kabel (62, 82) von einem ersten Ventil (10) zu einem zweiten benachbarten Ventil (10) in den ersten Steckverbinder (18) und das Kabel (62, 82) von dem ersten Ventil (10) zu einem dritten benachbarten Ventil (10) in den zweiten Steckverbinder (20) eingesteckt ist.
Feldspritze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler ausgebildet ist, in einem zweiten Betriebsmodus den Energiespeicher mit niedrigerer Stromaufnahme zu laden.
Feldspritze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler als Gleichspannungswandler ausgebildet ist.
Feldspritze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher als Kondensator, insbesondere Superkondensator (52), ausgebildet ist.
Feldspritze nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Ventilgehäuse (16), wobei der Elektromotor (46), der Spannungswandler, der Energiespeicher und eine Ventilsteuerschaltung (54) für den Elektromotor (46) und den Spannungswandler innerhalb des Ventilgehäuses (16) angeordnet sind.
Feldspritze nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor als Schrittmotor (46) ausgebildet ist.
Feldspritze nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Elektromotor (46) beaufschlagte Schraubenspindel (48) zum Bewegen des Ventilkörpers (44) vorgesehen ist.
Feldspritze nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse mit zwei elektrischen Steckverbindern (18, 20) versehen ist.
Feldspritze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilsteuerschaltung (54) innerhalb des Ventilgehäuses (16) angeordnet und für den Betrieb an einer Busleitung (62) ausgebildet ist.