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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Ausbringen eines Spritzmittels, insbesondere eines Pflanzenschutzmittels, mittels zumindest einer Spritzdüseneinheit einer landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung auf ein Feld und einer Spritzvorrichtung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Steuereinheit und ein Computerprogramm.
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Die Abdrift von mittels Feldspritzen ausgebrachten Spritzmitteln aufgrund von Verdunstung der Tropfen während ihrer Flugzeit von der Düse auf das Feld stellt ein ernstzunehmendes Problem dar, sowohl biologisch als auch ökonomisch, weshalb eine Minimierung der Abdrift erstrebenswert ist.
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In der
EP 1 772 049 A2 werden hierzu grobtropfigere Niederdruckdüsen vorgeschlagen, bei denen größere Tropfen, welche weniger von Abdrift betroffen sind, ausgebracht werden. In der
EP 0 6 57 222 A1 wird stattdessen die Induktion von Luft in den Venturi-Düsen offenbart, welche grobe, luftgefüllte Tropfen bei hohen Austrittsgeschwindigkeiten erzeugen, die beim Auftreffen aufplatzen. Eine weitere Möglichkeit scheint die in der
US 2016/0174548 A1 offenbarte Zumischung von Additiven zu sein, welche die viskoelastischen Eigenschaften des Spritzmittels derart verändern, dass weniger feine Tropfen entstehen.
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Schließlich offenbart die
CA 2137118 A1 die Veränderung des Luftstroms um die Spritzdüse durch Umlenkung des Fahrtwindes oder durch Hinzufügen zusätzlicher Gebläse, um die Tropfen schneller am Boden ankommen zu lassen. Die Fahrtwindumlenkungen wie in
CA 2137118 A1 beschrieben werden erst bei sehr hohen Fahrtgeschwindigkeiten effizient, sodass für mittlere und geringe Fahrtgeschwindigkeiten ein zusätzliches Gebläse angebracht werden muss, was technisch aufwändig ist und einen negativen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit des Gesamtkonzepts hat.
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Viele Pestizide, wie Fungizide und Herbizide müssen feintropfiger ausgebracht werden, als es mit den auf grobe Tropfen bedachten oben genannten Ansätzen möglich ist, um eine ausreichende Blatt- bzw. Bodenbenetzung sicherzustellen. Um die Abdrift der deshalb stattdessen verwendeten, abdrifterzeugenden Flachstrahldüsen innerhalb der gesetzlich vorgeschriebenen Grenzen zu halten, muss die Feldspritze oftmals deutlich unter ihrer maximalen Fahrtgeschwindigkeit betrieben werden, was aufgrund der reduzierten Schlagkraft einen Kostenfaktor für Landwirte darstellt.
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Die vorliegende Erfindung beschreibt einen alternativen Ansatz, der sowohl als Ersatz als auch in Kombination mit den oben genannten Methoden zur Abdriftreduktion verwendet werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ausbringen eines Spritzmittels, insbesondere eines Pflanzenschutzmittels, mittels zumindest einer Spritzdüseneinheit einer landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung auf ein Feld, wobei die landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung ferner zumindest eine der zumindest einen Spritzdüseneinheit zugeordnete Wasserzerstäubereinheit aufweist, mit den Schritten:
- - Ermitteln einer benötigten Mindestmenge an Wasser zur Erhöhung einer relativen Luftfeuchtigkeit der Luft in einem Flugbereich des aus der zumindest einen Spritzdüseneinheit auszubringenden Spritzmittels auf einen vorgegebenen Mindestfeuchtewert;
- - Zerstäuben zumindest der ermittelten benötigten Mindestmenge an Wasser mittels der zumindest einen Wasserzerstäubereinheit derart, dass die relative Luftfeuchtigkeit der Luft in dem Flugbereich des aus der zumindest einen Spritzdüseneinheit auszubringenden Spritzmittels zumindest zeitweise auf im Wesentlichen den vorgegebenen Mindestfeuchtewert erhöht wird; und
- - Ausbringen des Spritzmittels mittels der zumindest einen Spritzdüseneinheit durch den Flugbereich mit der Luft mit dem Mindestfeuchtewert auf das Feld.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, die Schritte des vorangehend beschriebenen Verfahrens durchzuführen und/oder zu steuern, insbesondere die folgenden Schritte durchzuführen:
- - Ermitteln einer benötigten Mindestmenge an Wasser zur Erhöhung einer relativen Luftfeuchtigkeit der Luft in einem Flugbereich eines mittels zumindest einer Spritzdüseneinheit der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung auszubringenden Spritzmittels auf einen vorgegebenen Mindestfeuchtewert;
- - Ausgeben eines Steuersignals an zumindest eine Wasserzerstäubereinheit der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung, so dass zumindest die ermittelte benötigte Mindestmenge an Wasser derart zerstäubt ausgebracht wird, dass die relative Luftfeuchtigkeit der Luft in dem Flugbereich des aus der zumindest einen Spritzdüseneinheit auszubringenden Spritzmittels zumindest zeitweise auf im Wesentlichen den vorgegebenen Mindestfeuchtewert erhöht wird; und
- - Ausgeben eines Steuersignals an die zumindest eine Spritzdüseneinheit, um das Spritzmittel durch den Flugbereich mit der Luft mit dem Mindestfeuchtewert auf ein Feld auszubringen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem eine landwirtschaftliche Spritzvorrichtung zum Ausbringen eines Spritzmittels, insbesondere eines Pflanzenschutzmittels, auf ein Feld, mit
- - zumindest einer Spritzdüseneinheit zum Ausbringen des Spritzmittels; und
- - zumindest einer der zumindest einen Spritzdüseneinheit zugeordneten Wasserzerstäubereinheit, um die relative Luftfeuchtigkeit der Luft in einem Flugbereich des aus der zumindest einen Spritzdüseneinheit auszubringenden Spritzmittels zumindest zeitweise definiert bzw. gezielt, insbesondere auf einen Mindestfeuchtewert zu erhöhen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind schließlich ein Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, die Schritte des vorangehend beschriebenen Verfahrens oder der vorangehend beschriebenen Steuereinheit durchzuführen und/oder zu steuern sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
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Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung kann insbesondere Teil einer landwirtschaftlichen Feldspritze bzw. eines Pflanzenschutzgerätes sein oder als eine landwirtschaftliche Feldspritze bzw. ein Pflanzenschutzgerät ausgebildet sein. Der Begriff „Feldspritze“ umfasst hierbei auch „Gebläsespritzen“ bzw. Sprühgeräte für Raumkulturen. Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung kann eine mobile Einheit umfassen oder auf einer mobilen Einheit angeordnet sein, wobei die mobile Einheit insbesondere als Landfahrzeug und/oder Luftfahrzeug und/oder Anhänger ausgebildet sein kann. Die mobile Einheit kann insbesondere eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine, bspw. eine Zugmaschine, ein Schlepper, eine selbstfahrende bzw. autonome Feldspritze oder ein selbstfahrender bzw. autonomer Roboter sein. Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung kann insbesondere eine gezogene Feldspritze, eine selbstfahrende Feldspritze oder eine Anbaufeldspritze sein. Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung kann eine oder eine Vielzahl von Spritzdüseneinheiten zum Ausbringen eines Spritzmittels aufweisen. Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung bzw. die Feldspritze weist mindestens einen Wassertank zur Aufnahme von Wasser und mindestens einen Spritzmitteltank zur Aufnahme des Spritzmittels auf. Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung bzw. die Feldspritze kann hierbei auch eine Mischeinheit aufweisen, welche direkt auf der Spritzvorrichtung ein Spritzmittelkonzentrat mit dem Wasser zu dem auszubringenden Spritzmittel (an)mischt.
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Vorteilhafterweise ist die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung ausgebildet, das Verfahren automatisiert durchzuführen, um eine schnelle, zuverlässige und effiziente Behandlung eines Feldes zu ermöglichen.
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Das Spritzmittel ist insbesondere eine Spritzflüssigkeit. Das Spritzmittel kann ein landwirtschaftliches Präparat bzw. Pflanzenschutzmittel (PSM), insbesondere ein Pflanzenschutzmittelkonzentrat aufweisen oder sein. Das Spritzmittel kann demnach ein Pestizid, wie bspw. ein Herbizid, Fungizid oder ein Insektizid aufweisen. Das Spritzmittel kann jedoch auch ein Düngemittel, insbesondere ein Düngemittelkonzentrat aufweisen oder sein. Das Spritzmittel kann hierbei einen Wachstumsregulator aufweisen. Das Spritzmittel kann ein granulares Wirkmittel, welches mit einer Trägerflüssigkeit vermischt wurde, aufweisen.
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Unter einem Feld kann vorliegend eine landwirtschaftlich genutzte Fläche, eine Anbaufläche für Pflanzen oder auch eine Parzelle einer solchen Fläche bzw. Anbaufläche verstanden werden. Das Feld kann somit eine Ackerfläche, ein Grünland, eine Weide, eine Obstplantage, eine Gemüseplantage, Weinbauplantagen etc. umfassen. Das Feld kann Flächenkulturen und Raumkulturen aufweisen. Der Begriff „Feld“ umfasst hierbei auch die Pflanzen, bspw. die Nutzpflanzen und/oder Beikräuter und/oder Bäume des Feldes.
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Die Spritzdüseneinheit weist bevorzugt jeweils mindestens eine Spritzdüse zum Ausbringen des Spritzmittels und mindestens ein Ventil zum Steuern bzw. Regeln der ausgebrachten Spritzmittelmenge auf. Demnach ist die Spritzdüseneinheit steuerbar bzw. betätigbar ausgebildet. Das Ventil kann in der Spritzdüse angeordnet bzw. integriert sein. Das Ventil kann jedoch auch der Spritzdüse vorgeschaltet, d.h. (in Strömungsrichtung der Spritzflüssigkeit) stromaufwärts der Spritzdüse angeordnet sein. Die Spritzdüseneinheit kann jedoch auch mehrere Spritzdüsen mit jeweils einem vorgeschalteten Ventil aufweisen. Die Spritzdüseneinheit kann ferner auch mehrere Spritzdüsen mit nur einem den Spritzdüsen vorgeschalteten Ventil aufweisen, so dass bei Betätigung des Ventils die Spritzflüssigkeit mittels aller Spritzdüsen der Spritzdüseneinheit ausgebracht wird. Das Ventil kann als ein pulsweitenmoduliertes Ventil (PWM-Ventil) oder pulsweiten- und frequenzmoduliertes Ventil (PWFM) oder als ein Proportionalventil ausgebildet sein. Die Spritzdüseneinheit kann als Teilbreite eines Düsensystems der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung ausgebildet sein. Die Spritzdüseneinheiten können einzeln bzw. separat und/oder in definierten Gruppen bzw. Verbänden und/oder alle gemeinsam ansteuerbar sein. Die Spritzdüsen jeder Spritzdüseneinheit können einzeln bzw. separat und/oder in definierten Gruppen bzw. Verbänden und/oder alle gemeinsam ansteuerbar sein.
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Zumindest einer Spritzdüseneinheit ist eine Wasserzerstäubereinheit zugeordnet. Die Wasserzerstäubereinheit ist ausgebildet eine definierte Wassermenge zu zerstäuben bzw. zerstäubt auszubringen. Die Wasserzerstäubereinheit ist angeordnet und ausgebildet, mittels der zerstäubt ausgebrachten Wassermenge die relative Luftfeuchtigkeit der Luft in einem Flugbereich des aus der zumindest einen Spritzdüseneinheit auszubringenden Spritzmittels zumindest zeitweise zu erhöhen. Hierfür weist die Wasserzerstäubereinheit bevorzugt jeweils mindestens einen Wasserzerstäuber zum Zerstäuben bzw. zerstäubten Ausbringen des Wassers auf. Hierbei ist der bzw. sind die Wasserzerstäuber derart angeordnet bzw. positioniert und ausgerichtet, dass der aus den Spritzdüsen ausgebrachte Spritzmittelstrahl bzw. die Spritzmitteltropfen sich auch bei starken Schwankungen des Spritzgestänges bzw. der Auslegerarme oder anderer Kenngrößen stets im dem Luftvolumen mit dem Mindestfeuchtewert befindet/befinden.
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Die Wasserzerstäubereinheit kann ferner mindestens ein Ventil zum Steuern bzw. Regeln der ausgebrachten Wassermenge aufweisen. Demnach kann die Wasserzerstäubereinheit steuerbar bzw. betätigbar ausgebildet sein. Das Ventil kann in dem Wasserzerstäuber angeordnet bzw. integriert sein. Das Ventil kann jedoch auch dem Wasserzerstäuber vorgeschaltet, d.h. (in Strömungsrichtung des Wassers) stromaufwärts des Wasserzerstäubers angeordnet sein. Die Wasserzerstäubereinheit kann jedoch auch mehrere Wasserzerstäuber mit jeweils einem vorgeschalteten Ventil aufweisen. Die Wasserzerstäubereinheit kann ferner auch mehrere Wasserzerstäuber mit nur einem den Wasserzerstäubern vorgeschalteten Ventil aufweisen, so dass bei Betätigung des Ventils das Wasser mittels aller Wasserzerstäuber der Wasserzerstäubereinheit zerstäubt ausgebracht wird. Das Ventil kann als ein pulsweitenmoduliertes Ventil (PWM-Ventil) oder pulsweiten- und frequenzmoduliertes Ventil (PWFM) oder als ein Proportionalventil ausgebildet sein. Der Wasserzerstäuber kann ein Düsenzerstäuber bzw. eine Zerstäuberdüse sein. Der Wasserzerstäuber kann jedoch auch ein Rotationszerstäuber mit hoher Drehzahl sein oder ein Zerstäuber, welcher ein alternatives Zerstäubungsverfahren verwendet. Die Wasserzerstäubereinheiten können einzeln bzw. separat und/oder in definierten Gruppen bzw. Verbänden und/oder alle gemeinsam ansteuerbar sein. Die Wasserzerstäuber jeder Wasserzerstäubereinheit können einzeln bzw. separat und/oder in definierten Gruppen bzw. Verbänden und/oder alle gemeinsam ansteuerbar sein.
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Der Schritt des Ermittelns einer benötigten Mindestmenge an Wasser zur Erhöhung einer aktuellen relativen Luftfeuchtigkeit der Luft in einem Flugbereich des aus der zumindest einen Spritzdüseneinheit auszubringenden Spritzmittels auf einen vorgegebenen Mindestfeuchtewert wird mittels einer Recheneinheit durchgeführt. Die aktuelle relative Luftfeuchtigkeit kann mittels einer Sensoreinheit der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung ermittelt werden und/oder mittels einer Empfangseinheit der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung von einer externen Einheit empfangen werden und/oder in einer Speichereinheit der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung hinterlegt sein. Die relative Luftfeuchtigkeit kann hierbei in einer Umgebung der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung als homogen und somit gleich angenommen werden. Folglich ist es nicht zwingend notwendig, dass die Luftfeuchtigkeit direkt in dem Flugbereich erfasst wird, sondern es ist vielmehr ausreichend, wenn dies in einer Umgebung der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung oder des Feldes erfolgt. Die ermittelte benötigte Mindestmenge an Wasser kann somit auf alle Wasserzerstäuber gleichzeitig bezogen werden. Die Sensoreinheit kann jedoch auch eine Vielzahl von Sensorelementen aufweisen und ausgebildet sein, die Luftfeuchtigkeit räumlich lokalisiert zu erfassen, um die Messgenauigkeit zu erhöhen, da die Luftfeuchtigkeit auf dem Feld variieren kann. Dies kann insbesondere der Fall sein wenn unbeschattete Feldabschnitte und (bspw. durch einen Waldabschnitt) beschattete Feldabschnitte vorliegen.
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Hierbei kann die Recheneinheit zur Ermittlung bzw. Berechnung der benötigten Mindestmenge an Wasser einen Berechnungsalgorithmus (insbesondere für Windprofile) sowie ein Kennfeld (oder auch Algorithmus, Tabelle, o.ä.), das für alle Wetterkonditionskombinationen die benötigte Wassermenge pro Volumen für einen bestimmten Luftfeuchtigkeitswert, insbesondere für eine vollständige Luftsättigung enthält, aufweisen. Aus empfangenen Daten oder gemessenen Sensordaten kann dann von diesem System mithilfe eines Programms eine Wassermenge errechnet werden, welche benötigt wird, um die relative Luftfeuchtigkeit im die Wasserzerstäuber durchströmenden Luftvolumen auf den vorgegebenen Mindestfeuchtewert, insbesondere 100% zu bringen. Das Programm kann hierbei anhand der gemessenen Windvektoren den Rauigkeitsparameter und die Nullpunktverschiebungslänge errechnen, woraus in Kombination mit gemessener (Feuchtkugel-)Temperaturen die Feuchtkugeltemperatur für jede „infinitesimal dünne“ Höhenschicht berechnet werden kann. Diese Werte werden im Kennfeld abgeglichen mit (für jede Höhe unterschiedlichen) Wassermengen pro Volumen. Eine Integration über diese Werte in der Höhe sowie des von den Spritzdüsentrajektorien durchströmten Volumens, welches ebenfalls mit einem Kennfeld aus den vorliegenden Daten bzw. Sensordaten berechnet werden kann, ergibt die benötigte Wassermenge für jeden Flugbereich.
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Alternativ wäre bspw. auch eine Durchrechnung für eine vertikal orientierte „Schicht“ und eine Integration über die Breite oder in die Tiefe möglich. Ferner kann der Rauigkeitsparameter auch aus nicht „gemessenen Windvektoren“, wie bspw. aus meteorologischen Daten o.ä. berechnet werden.
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Bei dem Flugbereich des aus der zumindest einen Spritzdüseneinheit auszubringenden Spritzmittels handelt es sich um einen Bereich, welcher von dem ausgebrachten Spritzmittel bis zum Erreichen der Pflanzen passiert bzw. durchflogen wird. Der Flugbereich kann der im Wesentlichen gesamte Bereich sein, welcher von dem ausgebrachten Spritzmittel ab dem Austreten aus der Spritzdüse bis zum Erreichen der Pflanzen passiert bzw. durchflogen wird. Der Flugbereich kann somit den gesamten ausgebrachten Spritzstrahl bzw. Sprühstrahl umfassen. Der Flugbereich kann jedoch auch nur ein Teilbereich sein, welcher von dem ausgebrachten Spritzmittel ab dem Austreten bis zum Erreichen der Pflanzen passiert bzw. durchflogen wird. Der Flugbereich kann somit auch nur einen Teil des ausgebrachten Spritzstrahls bzw. Sprühstrahls umfassen. Die Bestimmung des Flugbereiches (der Tropfen) kann bspw. wie folgt erfolgen:
- - simulativ, z.B. via Einzeltropfensimulation (lagrange model), Ausbreitungsrechnung (gaussian plume model), CFD o.ä.
- - mittels eines Kennfelds basierend auf Sensordaten
- - optisch via Aufnahme des Spritzmittelstrahls bzw. -kegels
- - mittels weiterer Sensoren, z.B. Ultraschall, LIDAR, etc.
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Der vorgegebene Mindestfeuchtewert kann manuell eingebbar sein. Der Mindestfeuchtewert ist bevorzugt im Wesentlichen 100% (relativer Luftfeuchtigkeit). D.h., mit anderen Worten, dass die benötigte Mindestmenge an Wasser dem Wert entspricht, welcher nötig ist, um die Luft in dem Flugbereich zu sättigen. Zum schnelle Erreichen des vorgegebenen Mindestfeuchtewerts bzw. der relativen Luftfeuchtigkeit von idealerweise 100%, ist die Wasserzerstäubereinheit bzw. der Wasserzerstäuber bevorzugt ausgebildet, ein besonders feintropfiges Spektrum zu erzeugen. Für solche extrem kleinen Tropfen, die sehr schnell verdunsten, beträgt die Lebensdauer (Dauer bis zur vollständigen Verdunstung) weniger als ein paar Sekunden, was einer Flugstrecke im Zentimeterbereich entspricht.
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Im Schritt des Zerstäubens wird das Wasser mittels der zumindest einen Wasserzerstäubereinheit derart zerstäubt ausgebracht, dass die relative Luftfeuchtigkeit der Luft in dem Flugbereich zumindest zeitweise auf im Wesentlichen den vorgegebenen Mindestfeuchtewert, insbesondere 100% (relativer Luftfeuchtigkeit) erhöht wird. D.h., mit anderen Worten, dass die relative Luftfeuchtigkeit der Luft in dem Flugbereich zumindest während des Ausbringens bzw. des Fluges des Spritzmittels auf das Feld auf im Wesentlichen den vorgegebenen Mindestfeuchtewert, insbesondere 100% (relativer Luftfeuchtigkeit) erhöht ist. Hierbei sei angemerkt, dass mit dem Ausdruck „Luft in dem Flugbereich“ nicht die sich zum Zeitpunkt des Zerstäubens befindliche konkrete Luftmasse gemeint ist, sondern vielmehr jegliche Luftmassen, welche sich, bspw. aufgrund der Fahr- und/oder Windgeschwindigkeit, nach dem Zerstäuben in dem Flugbereich befinden werden bzw. diesen passieren.
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Die Steuerung der Wassermenge kann auf unterschiedliche Arten erfolgen und ist abhängig vom Typ der Spritzdüseneinheit bzw. der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung. Für permanent applizierende Systeme mit Druckregulierung, bei der alle Spritzdüsen simultan und zentral gesteuert werden, können die Ermittlung bzw. Berechnung der nötigen Mindestmenge an Wasser auf alle Wasserzerstäuber gleichzeitig bezogen und die Zerstäubung ebenfalls druckreguliert gesteuert werden. Alternativ dazu, können, z.B. um Kurvenfahrten und die sich daraus ergebenden unterschiedlichen Geschwindigkeiten der an dem Spritzgestänge bzw. den Auslegerarmen angebrachten Spritzdüsen und Wasserzerstäubern zu berücksichtigen, die Arme einzeln mit Ventilen (z.B. PWM-Ventilen oder PWFM-Ventilen oder Proportionalventilen) gesteuert und die benötigte Mindestmenge an Wasser auf diesem Wege eingestellt werden. Eine Einzelventilansteuerung, entweder durch PWM-Ventile (PWM-gesteuerte Schaltventile) oder PWFM-Ventile (PWFM-gesteuerte Schaltventile) oder Proportionalventile, bietet sich insbesondere bei selektiv applizierenden Systemen bzw. landwirtschaftlichen Vorrichtungen an, um bei inaktiven Spritzdüsen Wasser einzusparen. Vorteilhaft ist auch eine Kombination aus Drucksteuerung und Einzelventilansteuerung mittels PWM-Ventile (PWM-gesteuerte Schaltventile) oder PWFM-Ventile (PWFM-gesteuerte Schaltventile).
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Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung kann hierbei ferner zumindest eine Luftumlenkvorrichtung aufweisen. Die Luftumlenkvorrichtung kann ausgebildet sein, das mittels der Wasserzerstäubereinheit mit Wasser angereicherte Luftvolumen, in den Flugbereich zu lenken bzw. derart umzulenken, dass dieses später in den Flugbereich gelangt. Alternativ oder zusätzlich kann die Luftumlenkvorrichtung ausgebildet sein, den Wind bzw. Fahrtwind derart umzulenken, dass die Spritzmittel- bzw. Wassertropfen schneller den Feldboden erreichen, um die Abdrift zu reduzieren. Die Kombination mit Luftumlenkvorrichtungen kann sicherstellen, dass selbst die kleinsten Tropfen nicht verloren gehen, so dass der Abdriftanteil im Idealfall auf null sinkt.
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Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung kann außerdem zumindest eine Gebläsevorrichtung zur Erzeugung eines gerichteten Luftstrahls aufweisen.
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Nach dem Schritt des Zerstäubens erfolgt der Schritt des Ausbringens des Spritzmittels mittels der zumindest einen Spritzdüseneinheit durch den Flugbereich mit der Luft mit dem Mindestfeuchtewert auf das Feld.
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Die Schritte des Zerstäubens des Wassers und des Ausbringens des Spritzmittels erfolgen unter Verwendung einer Steuereinheit. Die vorangehend erwähnte Recheneinheit ist bevorzugt Teil dieser Steuereinheit. Die Recheneinheit kann ferner zur Bildverarbeitung ausgebildet bzw. eingerichtet sein. Demnach kann die die Recheneinheit eine entsprechende Bildverarbeitungssoftware aufweisen. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen aufweisen. Die Steuereinheit kann - außer der Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten - ferner zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
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Demnach kann das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware in der Steuereinheit bzw. einem Steuergerät implementiert sein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Spritzvorrichtung stellen eine einfache effektive Möglichkeit zur Verringerung bzw. Verhinderung von abdriftendem Spritzmittel auf einem Feld bereit. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die relative Luftfeuchtigkeit der Luft in dem Flugbereich des aus der zumindest einen Spritzdüseneinheit auszubringenden Spritzmittels zumindest zeitweise auf im Wesentlichen den vorgegebenen Mindestfeuchtewert erhöht wird. Die Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit, bevorzugt auf 100% relativer Luftfeuchtigkeit erfolgt hierbei mittels einer der zumindest einen Spritzdüseneinheit zugeordneten Wasserzerstäubereinheit.
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Tropfen verdunsten schneller, je kleiner sie sind. Gleichzeitig verringert sich ihre Fallgeschwindigkeit im Kräftegleichgewicht drastisch mit dem Durchmesser, und kleinere Tropfen passen sich deutlich schneller der Geschwindigkeit der umgebenden Luftmassen an als es trägere, größere Tropfen tun. Die definierte bzw. gezielte Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit der Luft in dem Flugbereich vermindert bzw. verhindert eine Verdunstung des ausgebrachten Spritzmittels bzw. der Tropfen des Spritzmittels während des Fluges bis zum Erreichen des Feldes bzw. der Pflanzen auf dem Feld. Ursache hierfür ist die Tatsache, dass in der durch die Erhöhten relativen Luftfeuchtigkeit in dem Flugbereich die ausgebrachten Spritzmitteltropfen nicht mehr verdunsten, sondern ihren initialen Tropfendurchmesser bis zur Landung beibehalten. Durch das Verhindern der Verdunstung von Tropfen wird dafür gesorgt, dass kleine Spritzmitteltropfen (<70 µm), die ansonsten vollständig verdunsten würden und somit als Sediment vollständig den Strömungen der umgebenden Luftmassen unterworfen wären, als Tropfen bestehen bleiben und nicht verdunsten. Da sie nicht kleiner werden, sind sie auch nicht im gleichen Maße dem Einfluss der umgebenden Luftmassen unterworfen wie es Sedimente sind. Dadurch haben kleine Spritzmitteltropfen weiterhin die Chance, sich im Feld festzusetzen, und sind nicht als Abdrift verloren. Etwas größere Spritzmitteltropfen (70-150 µm), die auf ihrem Flug- bzw. Fallweg normalerweise einen größeren Anteil ihres Volumens durch Verdunstung verlieren würden, was sie wiederum noch anfälliger für Windströmungen macht, behalten ihre initiale Massenträgheit und Mittelkonzentration bei und sorgen bei Auftreffen für eine optimale Wirkung.
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Da Tropfen von im Wesentlichen <100 µm die Eigenschaft haben, dass sie ihre Geschwindigkeit sehr schnell an die sie umgebenden Luftmassen anpassen, verbleiben sie während ihrer Lebens- oder Flugzeit dauerhaft innerhalb eines relativ kleinen Luftvolumens, mit welchem sie sich mitbewegen. Dies hat den Vorteil, dass die relative Luftfeuchtigkeit der Luft nicht überall erhöht bzw. sättigt werden muss, sondern nur in den jeweiligen Flugbereichen der ausgebrachten Spritzmittel. Dazu wird nur sehr wenig Wasser benötigt - ca. 150 ml pro Minute pro Spritzdüse - d.h. nur ein Bruchteil der an Spritzmittel ausgebrachten Menge.
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Demnach führt das Verhindern der Verdunstung des ausgebrachten Spritzmittels zum einen zu folgenden Vorteilen:
- - die Entstehung von Aerosolen von Spritz- bzw. Pflanzenschutzmitteln aufgrund der Verdunstung kleiner Tropfen wird verringert bzw. minimiert oder sogar gänzlich verhindert;
- - die Spritzmittelverluste aufgrund von Abdrift werden verringert bzw. minimiert oder sogar gänzlich verhindert;
- - die Gesamtmenge abdriftender Tropfen wird reduziert;
- - den Abdriftanteil wird unabhängig von der Fahrtgeschwindigkeit, sodass höhere Fahrtgeschwindigkeiten der Feldspritze ermöglicht werden;
- - die Spritzmittelkonzentration innerhalb der Tropfen wird während der Flug- bzw. Fallzeit konstant gehalten, sodass die optimale Wirksamkeit gewährleistet ist;
- - der optisch wahrnehmbare Sprühnebel hinter der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung bzw. Feldspritzen wird verringert bzw. verhindert;
- - die Aufweitung des Spritzstrahls in Fahrtrichtung bei gegebener Düsengeometrie und Solldruckwerten wird verringert bzw. minimiert;
- - die durch Abdrift entstehenden Mindermengen auf oder neben dem Feld wird verringert bzw. minimiert oder sogar gänzlich verhindert.
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Zum anderen ergeben sich jedoch noch eine Reihe weiterer Vorteile:
- - Der Einsatz von Wasserzerstäubern bzw. Wasserzerstäuberdüsen ändert lediglich einen Systemparameter, nämlich die Luftfeuchtigkeit, so dass der Rest des Systems nicht beeinträchtigt wird. Viele im Stand der Technik beschriebenen Methoden sorgen für weitreichende Veränderung vieler der Systemparameter. Beispielsweise sorgt eine Veränderung des Austrittstropfenspektrums hin zu größeren Tropfen für andere Benetzungscharakteristiken auf dem Feld, was nicht immer erwünscht ist;
- - Im Gegensatz zum einleitend beschriebenen Stand der Technik bleibt die optimale Wirksamkeit des Spritzmittels beibehalten, da die Spritzmittelkonzentration in den Tropfen unabhängig von der Tropfengröße konstant bleibt. Insbesondere bei feintropfigen Sprays ist es ausgesprochen schwierig, die richtige Spritzmittelkonzentration für die Tankmischung zu finden, da die Verdunstung der Tropfen hochgradig abhängig ist von vielen Parametern, u.a. der Luftfeuchtigkeit, der Temperatur, des Luftdruck, der Fallzeit, der Windstärke und -richtung, der Fahrtgeschwindigkeit und -richtung, der Düsenhöhe über dem Feldboden (beeinflusst durch Schwankungen des Spritzgestänges bzw. der Auslegerarme), des Düsentyps, der Viskosität, des Tropfenspektrum (abhängig von chemischer Gemischzusammensetzung, Druck, etc.) und der Austrittsgeschwindigkeit. Durch das effektive Verhindern der Tropfenverdunstung wird somit auch die Konzentrationsänderung in einem Tropfen verhindert und damit die Anzahl an Abhängigkeiten reduziert, sodass die Wirkmittel- bzw. Pflanzenschutzmittelkonzentration einfacher bestimmt werden kann;
- - Simplizität im Vergleich zu vielen anderen Abdriftreduktionsmaßnahmen. Das Anbringen von Windrudern, Luftdüsen samt Luftdrucksystem oder Windabschirmungen ist oftmals nicht ohne tiefgreifende technische Änderungen der landwirtschaftlichen Vorrichtung bzw. Feldspritze möglich. Das Anbringen von Wasserzerstäubern stellt im Vergleich dazu deutlich weniger Aufwand dar.
- - Die beschriebene Erfindung ist beliebig mit anderen Abdriftreduzierungsmaßnahmen wie z.B. Windrudern oder gängigen driftreduzierenden Düsen kombinierbar, während viele andere mechanische oder luftunterstützte Ansätze sich gegenseitig ausschließen;
- - Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu vielen anderen Ansätzen, insbesondere, wenn bereits ein separater Wassertank mit Zuleitungen verfügbar ist: Im Gegensatz zu beispielsweise luftunterstützten Ansätzen, bei denen deutlich mehr mechanische (Verschleiß-) Teile zum Einsatz kommen, sorgt der Einbau von Wasserzerstäubern und Zuleitungen nur für geringe Mehrkosten;
- - Ein Hauptproblem für eine schwache Wirkung von Pestiziden auf Blättern ist, dass die kleinen Tropfen auch nach der Landung auf den Blättern innerhalb von wenigen Sekunden verdunsten: Durch die Erhöhung der Luftfeuchtigkeit in dem Flugbereich und damit auf dem Feld erhöht sich somit auch die Wirksamkeit blatt-absorbierter Pestizide drastisch;
- - Aktuell verbietet die von der Regierung ausgegebene „Gute Fachliche Praxis“ Landwirten die Ausbringung von Pestiziden bei einer Luftfeuchtigkeit von unter 30%: Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Landwirte auch bei diesen Zuständen spritzen, was bei den oftmals engen Zeitfenstern für die Pestizidapplikation einen erheblichen (wirtschaftlichen) Gewinn mit sich bringt;
- - Bei Verwendung der vorliegenden Erfindung mit selektiv applizierenden Systemen, insbesondere mit PWM- oder PWFM-Funktionalität, können die Kennfelder, welche die PWM-Frequenz und andere Kenngrößen der Feldspritze steuern, temperatur-, druck- und luftfeuchtigkeitsunabhängig aufgestellt werden, was eine schnellere Berechnung anhand kleinerer Kennfelder, eine Reduktion des Berechnungsaufwandes und zusätzliche Robustheit gegenüber Änderung verwandter Systemgrößen ermöglicht;
- - Die vorliegende Erfindung eignet sich gut für Smart-Spraying-Systeme mit Mischfunktion von Wirkmittelkonzentrat und Wasser. Der für die Wasserzerstäuber erforderliche hohe Druck ist hierbei direkt vom System gegeben, da die Druckverluste der normalen Spritzdüsen, welcher aufgrund von Steuerdrosseln, Leitschaufeln, statischen Mischern etc. anfallen, bei Direktanschluss der Wasserzerstäuber an die Wasserversorgung nicht vorliegen und der volle Systemdruck so an den Wasserzerstäubern (bzw. ggf. deren Steuerventilen) ankommt. Grundsätzlich kann die vorliegende Erfindung zur Driftreduzierung in herkömmlichen Feldspritzen mit zusätzlichem Wassertank eingebaut werden. Sie ist jedoch besonders für Feldspritzen mit PWM- bzw. PWFM-Funktionalität und selektiv applizierenden Systemen geeignet. Bei eventueller Nachrüstung eines Wassertanks eignet sich die vorliegende Erfindung jedoch für den Einsatz in jeglicher Feldspritze.
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Es ist ferner vorteilhaft, wenn im Schritt des Zerstäubens die ermittelte benötigte Mindestmenge an Wasser oder eine definierte höhere Menge an Wasser als die ermittelte benötigte Mindestmenge ausgebracht wird. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn im Schritt des Zerstäubens das Wasser derart ausgebracht wird, dass ein vorgegebener Mindestanteil, insbesondere die im Wesentlichen gesamte zerstäubte Menge des ausgebrachten Wassers bis zum Erreichen des Flugbereiches verdunstet ist. Der vorgegebene Mindestanteil kann bspw. 95% der ausgebrachten bzw. zerstäubten Wassermenge sein. Die exakte Ermittlung bzw. Berechnung und Zerstäubung der Wassermenge ist wichtig, um zu gewährleisten, dass zum einen genau die gewünschte Luftfeuchtigkeit, insbesondere die maximale Sättigung der Luft in dem Flugbereich erreicht wird, und zum anderen die gesamte zerstäubte Wassermenge bis zum bzw. beim Erreichen des Flugbereiches verdunstet ist und nicht die Spritzmittelkonzentration auf dem Feld verfälscht, oder als sichtbarer vermeintlicher Sprühnebel hinter der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung bzw. Feldspritze in der Luft bestehen bleibt. Hierbei kann jedoch gezielt eine definierte höhere Menge an Wasser als die ermittelte benötigte Mindestmenge ausgebracht werden, um sicherzustellen, dass die Luft gesättigt und ggf. ein wenig übersättigt wird.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Schritt des Ermittelns der benötigten Mindestmenge an Wasser und/oder der Schritt des Zerstäubens in Abhängigkeit von zumindest einer Wetterinformation der Umgebung der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung und/oder zumindest einer Systeminformation der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung durchgeführt wird. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn zumindest eine Wetterinformation und/oder zumindest eine Systeminformation mittels einer Sensoreinheit der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung ermittelt wird und/oder mittels einer Empfangseinheit der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung von einer externen Einheit empfangen wird und/oder in einer Speichereinheit der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung hinterlegt ist. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn, wenn die Sensoreinheit ausgebildet ist, die Wetterinformation räumlich lokalisiert zu erfassen. Insbesondere ein Fällen, in denen die landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung neben einem Wald fährt, wobei z.B. ein Auslegerarm beschattet ist und der andere Auslegerarm von der Sonne bestrahlt wird, wodurch unterschiedliche Luftfeuchtigkeiten und Temperaturen herrschen (die Berechnung der benötigten Wassermenge ist sowohl von der aktuellen Luftfeuchtigkeit als auch von der Temperatur abhängig). In solch einem Szenario würde die genauere Messung vorteilhaft sein und eine Überausgabe von zerstäubtem Wasser, bzw. eine zu geringe Wassermenge, lokal verhindern. Die externe Einheit kann bspw. ein Wetterdienst sein. Weiter vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Wetterinformation mittels der Sensoreinrichtung an einer oder mehreren oder jeweils jeder der zumindest einen Wasserzerstäubereinheit ermittelt wird, um die zumindest eine Wasserzerstäubereinheit entsprechend anzusteuern. Bevorzugt sind die Wetterinformation ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: relative Luftfeuchtigkeit, Lufttemperatur, Feuchtkugeltemperatur, Windstärke, Windrichtung, Schichtungsstabilität der Atmosphäre; und die Systeminformation ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Fahrtgeschwindigkeit, Relativgeschwindigkeit der Spritzdüseneinheit und/oder eines Spritzgestänges mit der Spritzdüseneinheit relativ zu einem Boden des Feldes, Höhe der Spritzdüseneinheit und/oder eines Spritzgestänges mit der Spritzdüseneinheit relativ zu einem Boden des Feldes, Kurvenradius, Lenkradeinschlag. Hierbei können die Windstärke und die Windrichtung optional in zwei Höhen ermittelt werden, um die Kenngrößen Rauigkeitsparameter und Nullpunktverschiebungslänge direkt bestimmen zu können. Die Schichtungsstabilität der Atmosphäre wiederum gibt Aufschluss über die Luftdynamik und vertikale Größen der Turbulenzen. Durch diese Maßnahme werden alle (äußeren und inneren) relevanten Parameter berücksichtigt, so dass das Verfahren sehr präzise und effektiv ausgeführt werden kann.
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Hierbei sei angemerkt, dass zur Erhöhung der Mess- und Ausbringgenauigkeit eine Vielzahl weiterer Informationen berücksichtigt werden können, wie bspw.:
- - Beschleunigung des Fahrzeugs und/oder der einzelnen Spritzdüsen, Wasserzerstäuber, Teilbreiten, Auslegerarmen, insbesondere auch Vertikalbeschleunigung aufgrund von Spritzgestängeschwankungen und/oder Bodenunebenheiten unter den Rädern, Dämpfer des Fahrwerks, Luftdynamik in den Rädern, etc.;
- - Bewuchsstruktur vor bzw. unter den Spritzdüsen, Wasserzerstäuber, Teilbreiten, Auslegerarmen;
- - Bodenkontur vor bzw. unter den Spritzdüsen, Wasserzerstäuber, Teilbreiten, Auslegerarmen sowie unter den Rädern;
- - Bei beweglichen Spritzdüsen deren Position, Rotations-/Bewegungsgeschwindigkeit relativ zur Befestigung sowie die Beschleunigung (0., 1. Und 2. Ableitung);
- - Dynamik des hydraulischen Systems, u.a. Druckschwankungen, Druckwellen in den Leitungen, durch Schaltungen benachbarter Spritzdüsen, etc.;
- - genaue Windbewegung an bzw. vor den Spritzdüsen (mittels Sensoren zur Bestimmung räumlicher Turbulenzen).
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Ansonsten, falls Feldstruktur bekannt oder mittels Sensoren vermessen, kann darauf basierend auch simulativ oder per Kennfeld aufgrund der Windgeschwindigkeit und -richtung die 3D-Bewegung der Luftmassen bestimmt werden:
- - Informationen zur atmosphärischen Stabilität, z.B. aus Bedeckungsgrad durch Wolken in Verbindung mit Temperatur und Luftfeuchte (Kennfeld); oder vertikale Luftbewegung wird explizit gemessen oder simuliert;
- - GPS-Informationen zur räumlichen Bestimmung;
- - Informationen über Pflanzenart und Wachstumsstadium, um daraus Bewuchsdichte (Blattgröße, Dichte, Ausrichtung, Stengeldicke, Abstand Pflanze-Pflanze, etc.) für verschiedene Höhen und deren Einfluss auf das Windprofil, Verwirbelungen, etc. zu schließen (kann auch mittels optischer Sensoren erfasste werden);
- - Informationen über verwendetes PSM, dessen Oberflächenviskosität etc. (zur Bestimmung der benötigten rel. Luftfeuchtigkeit);
- - Informationen über 3D-Gestängegeometrie bei Simulation der Luftströme; insbesondere Informationen über eventuell vorhandene Luftumlenkvorrichtung und deren Einfluss auf Strömung;
- - Informationen über verwendete Düsenart und -größe, sowie des Volumenstromes, um daraus die Stärke und Richtung der mitgerissenen Luft zu berechnen, und genau diese Luftmassen auch zu sättigen (insbesondere bei beweglichen Zerstäubern);
- - Bei PWM- bzw. PWFM-Modus von PSM-Düse genaue Info über die Phase und Tastgrad (wann an, wann aus), um die PWM-Phase und Tastgrad von Zerstäuber genau so einzustellen, dass die einzelnen „Wolken“ an PSM genau umhüllt sind;
- - Bei PWM- bzw. PWFM-Modus Info über Ventildynamik (Transferfunktion), Düsencharakteristik bei versch. Drücken (inkl. Öffnungswinkel quer und längs des Sprühkegels, spektrale Tropfengrößenverteilung), Zerstäubungscharakteristik bei versch. Drücken etc.
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Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die zumindest eine Wasserzerstäubereinheit zumindest einen Wasserzerstäuber aufweist, welcher in Fahrtrichtung der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung vor oder hinter und/oder seitlich und/oder über oder unter der Spritzdüseneinheit angeordnet ist. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die zumindest eine Wasserzerstäubereinheit zumindest einen weiteren Wasserzerstäuber aufweist, welcher in Fahrtrichtung der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung vor oder hinter und/oder seitlich und/oder über oder unter der Spritzdüseneinheit angeordnet ist. Hierbei kann der Wasserzerstäuber in Fahrtrichtung der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung nach oben oder nach unten; und/oder nach vorne oder nach hinten; und/oder zur Seite; und/oder der weitere Wasserzerstäuber in Fahrtrichtung der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung nach oben oder nach unten; und/oder nach vorne oder nach hinten; und/oder zur Seite; gerichtet sein. Durch diese Positionierung kann das zerstäubte Wasser - auch bei widrigen Wetterbedingungen - sehr effizient in den Flugbereich gebracht werden.
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Vorteilhaft ist es ferner, wenn ein Schritt des Erfassens eines Feldabschnitts des Feldes mit Pflanzen mittels einer in Fahrtrichtung der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung vor der Spritzdüseneinheit an einem Trägerarm angeordneten optischen Erfassungseinheit der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung vorgesehen ist, um eine Bildinformation zu erhalten, wobei der Schritt des Ausbringens des Spritzmittel in Abhängigkeit von der erfassten Bildinformation auf den erfassten Feldabschnitt des Feldes durchgeführt wird, insbesondere wobei der Wasserzerstäuber und/oder der weitere Wasserzerstäuber an dem Trägerarm zwischen der optischen Erfassungseinheit und der Spritzdüseneinheit angeordnet ist. D.h., mit anderen Worten, dass die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung zumindest eine in Fahrtrichtung vor der Spritzdüseneinheit an einem Trägerarm angeordnete optische Erfassungseinheit zum Erfassen eines Feldabschnitts des Feldes aufweist, wobei zumindest ein Wasserzerstäuber an dem Trägerarm zwischen der optischen Erfassungseinheit und der Spritzdüseneinheit angeordnet ist. Die optische Erfassungseinheit kann beispielsweise eine Kamera oder eine 3D-Kamera umfassen, insbesondere Folgendes umfassen: Infrarotkamera, UV-Kamera, Multispektralkamera, räumlich aufgelöstes Spektrometer, Radar, Ultraschall, LIDAR (3D-Bildgebend), 3D-timeof-flight-Kamera, andere radiowellenreflektionsbasierte Sensorik zur Bild- oder Abstandsgebung (oder zur Information über Pflanzen).
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Die optische Erfassungseinheit kann kalibriert sein, um z. B. die Höhenzuordnung aus erfassten Bilder zu errechnen. Durch diese Maßnahme kann ein sehr effizientes Smart-Spraying-System bereitgestellt werden, wobei ein minimaler Aufwand für die Positionierung und Montage der Wasserzerstäubereinheit bzw. der Wasserzerstäuber erforderlich ist.
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Vorteilhaft ist es ferner, wenn der Wasserzerstäuber und/oder der weitere Wasserzerstäuber relativ zu der Spritzdüseneinheit drehbar und/oder translatorisch bewegbar angeordnet ist, wobei im Schritt des Zerstäubens die Positionierung und/oder Ausrichtung des Wasserzerstäubers und/oder des weiteren Wasserzerstäubers in Abhängigkeit von der zumindest einen Wetterinformation und/oder der zumindest einen Systeminformation erfolgt, insbesondere derart erfolgt, dass die relative Luftfeuchtigkeit der Luft in dem gesamten Flugbereich auf im Wesentlichen den vorgegebenen Mindestfeuchtewert erhöht wird. Hierfür weist die Wasserzerstäubereinheit einen entsprechenden Aktor auf. Die Maßnahme bietet weitere Anpassungsmöglichkeiten an (äußere und innere) relevante Parameter bzw. deren Kompensation, so dass die Präzision und Effizienz des Verfahrens weiter gesteigert werden kann.
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Vorteilhaft ist es insbesondere, wenn die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung eine Steuereinheit aufweist, um die Wasserzerstäubereinheit derart anzusteuern, dass die relative Luftfeuchtigkeit der Luft in dem Flugbereich des aus der zumindest einen Spritzdüseneinheit auszubringenden Spritzmittels zumindest zeitweise auf im Wesentlichen einen vorgegebenen Mindestfeuchtewert erhöht wird. Hierdurch kann mittels der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung automatisiert eine schnelle, zuverlässige und effiziente Behandlung eines Feldes durchgeführt werden.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Wasser vor dem Schritt des Zerstäubens mittels einer Heizvorrichtung erwärmt wird, um die Verdunstung des zerstäubten Wassers zu beschleunigen. Dadurch, dass wärmeres Wasser schneller verdunstet, bzw. sogar verdampft, kann durch diese Maßnahme sehr einfach der Verdunstungsprozess des zerstäubten Wassers beschleunigt werden. Die Heizvorrichtung kann als eine Art Durchlauferhitzer ausgebildet sein. Dies würde eine engere Platzierung an der Spritzdüseneinheit ermöglichen bzw. eine noch vollständigere Verdunstung sicherstellen. Die Heizvorrichtung kann auch ausgebildet sein, das Wasser ähnlich dem solarthermischen Prinzip in den Zuleitungen zu den Wasserzerstäubern zu erwärmen bzw. zu erhitzen, ohne dafür Energie aufwenden zu müssen. Dies könnte bspw. derart realisiert werden, dass mittels (Parabol)spiegeln, das Sonnenlicht reflektiert und konzentriert auf die (dann schwarzen) Zuleitungen gelenkt wird. Hierdurch könnte zudem Frost der Leitungen bei Sonneneinfall verhindert werden. Denkbar ist auch, dass die Heizvorrichtung Heizschleifen aufweist, die vor den Wasserzerstäubern in den Leitungen angebracht sind. Die benötigte Leistung ist aufgrund der geringen Wassermenge (100 ml pro Düse pro Minute) klein - für z.B. Erwärmung von 20°C auf 40°C wird nur 140 W pro Düse bzw. für 50 Düsen insgesamt 7 kW Heizleistung benötigt. Bei selektiv applizierenden Feldspritzen, bei denen nicht ganzzeitig ausgebracht wird, wäre die erforderliche Leistung noch einmal deutlich geringer. Bei Erhöhung der Wassertemperatur um 10° verzehnfacht sich die Verdunstungsrate bereits.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung;
- 2 eine schematische Darstellung einer grundsätzlichen Schaltanordnung der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung;
- 3 eine schematische Seitenansicht des Spritzgestänges einer landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung;
- 4 bis 9 schematische Darstellungen von grundsätzlichen geometrischen Anordnungen von Spritzdüseneinheit und Wasserzerstäubereinheit; und
- 10 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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In 1 ist eine schematische Darstellung einer landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung dargestellt, welche in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist.
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Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung 10 ist als Feldspritze 10 ausgebildet. Die Feldspritze 10 ist an einer Zugmaschine 12 bzw. einem Traktor 12 angeordnet.
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Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung 10 weist ein Spritzgestänge 14 auf. An dem Spritzgestänge 14 sind eine Vielzahl von Spritzdüseneinheiten 16 und eine Vielzahl von optischen Erfassungseinheiten 18 angeordnet. Die Spritzdüseneinheiten 16 weisen jeweils eine Spritzdüse 20 zum Ausbringen einer Spritzflüssigkeit 22 bzw. eines Pflanzenschutzmittels 22 auf ein Feld 24 auf. Die optischen Erfassungseinheiten 18 weisen jeweils eine Kamera 26 auf, welche in Fahrtrichtung 28 der Spritzvorrichtung 10 vor den Spritzdüsen 20 angeordnet sind. Die Kameras 26 umfassen jeweils eine Filtereinheit, um einen Farbanteil wie beispielsweise den grünen Farbanteil eines erfassten Bildes zu extrahieren, um Pflanzen 30 zu erfassen.
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Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung 10 weist ferner einen Spritzmitteltank 32 zur Aufnahme des auszubringenden Spritzmittels 22 und einen Wassertank 36 zur Aufnahme von Wasser 38 auf. Die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung 10 weist außerdem eine (nicht gezeigte) Fördereinheit auf, mittels derer die Ausbringmenge der Spritzflüssigkeit 22 einstellbar bzw. variierbar ist.
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Wie anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben wird, weist die landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung 10 erfindungsgemäß den Spritzdüseneinheiten 16 zugeordnete Wasserzerstäubereinheiten auf, um die relative Luftfeuchtigkeit der Luft in dem Flugbereichen 40 des aus den Spritzdüseneinheiten 16 bzw. Spritzdüsen 20 auszubringenden Spritzmittels 22 zumindest zeitweise auf einen vorgegebenen Mindestfeuchtewert zu erhöhen.
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Des Weiteren weist die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung 10 eine Steuereinheit 42 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf. Hierfür weist die Steuereinheit 42 eine Recheneinheit 44 und eine (nicht gezeigte) Speichereinheit sowie eine (nicht gezeigte) Empfangseinheit zum Empfang von Informationen bzw. Daten von einer externen Einheit auf.
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2 zeigt schematisch eine Schaltanordnung bzw. Verschaltung der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung 10. Hierbei sind die Spritzdüseneinheiten 16 jeweils über Zuleitungen 46 fluidisch mit dem Spritzmitteltank 32 und über eine Steuerleitung 48 elektrisch mit der Steuereinheit 42 verbunden. Ferner sind die Wasserzerstäubereinheiten 50 jeweils über Zuleitungen 52 fluidisch mit dem Wassertank 32 und über eine Steuerleitung 54 elektrisch mit der Steuereinheit 42 verbunden.
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Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, weisen die Wasserzerstäubereinheiten 50 jeweils einen Wasserzerstäuber 56 auf. Die Wasserzerstäuber 56 sind als Düsenzerstäuber 56 bzw. Zerstäuberdüsen 56 ausgebildet. Hierbei ist jeder Spritzdüseneinheit 16 eine Wasserzerstäubereinheit 50 bzw. jeder Spritzdüse 20 ein Wasserzerstäuber 56 zugeordnet.
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Um eine benötigte Mindestmenge an Wasser 38 zur Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit der Luft in dem Flugbereich 40 zu ermitteln und das Wasser 38 mittels der Wasserzerstäubereinheiten 50 entsprechend zerstäubt auszubringen, um die relative Luftfeuchtigkeit der Luft in den Flugbereichen 40 zumindest zeitweise auf diesen vorgegebenen Mindestfeuchtewert zu erhöhen, weist die landwirtschaftliche Spritzvorrichtung 10 eine Sensoreinheit 58 mit Sensoren 60 auf. Die Sensoreinheit 58 ist hierbei ausgebildet, Wetterinformation einer Umgebung der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung 10 wie bspw. die relative Luftfeuchtigkeit, die Lufttemperatur, die Feuchtkugeltemperatur, die Windstärke, die Windrichtung und die Schichtungsstabilität der Atmosphäre zu erfassen. Die Sensoreinheit 58 ist ferner ausgebildet Systeminformation wie bspw. die Fahrtgeschwindigkeit, die Relativgeschwindigkeit der Spritzdüseneinheiten 16 und/oder des Spritzgestänges 14 relativ zu dem Boden des Feldes 24, die Höhe der Spritzdüseneinheiten 16 und/oder des Spritzgestänges 14 relativ zu dem Boden des Feldes 24, den Kurvenradius, den Lenkradeinschlag zu ermitteln. Die erfassen Informationen bzw. Daten werden an die Steuereinheit 42 übermittelt, so dass die Schritte des Ermittelns der benötigten Mindestmenge an Wasser und des Zerstäubens des Wassers in Abhängigkeit davon durchgeführt werden können. Weitere relevante Informationen bzw. Daten können mittels der Empfangseinheit von einer externen Einheit, bspw. einer Wetterstation empfangen werden.
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3 zeigt eine schematische Seitenansicht des Spritzgestänges 14 der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung 10. Hierbei ist ersichtlich, dass das Spritzgestänge 14 Trägerarme 62 umfasst, welche sich in Fahrtrichtung 38 nach vorne und nach hinten erstrecken. Jeweils an dem vorderen Teil des Trägerarmes 62 sind die Kameraeinheit 18 bzw. die Kamera 26 und dahinter die Wasserzerstäubereinheit 50 bzw. der Wasserzerstäuber 56 angeordnet. Jeweils an dem hinteren Teil des Trägerarmes 62 ist die Spritzdüseneinheit 16 bzw. die Spritzdüse 20 angeordnet. Die mittels der Recheneinheit 44 ermittelte benötigte Mindestmenge an Wasser 38 wird mittels der zugeordneten Wasserzerstäubereinheit 50 derart zerstäubt ausgebracht, dass die Luftfeuchtigkeit der Luft in dem Flugbereich 40 des aus der entsprechenden Spritzdüseneinheit 16 auszubringenden Spritzmittels 22 zumindest zeitweise auf im Wesentlichen den vorgegebenen Mindestfeuchtewert erhöht wird. Hierbei erfolgt die Zerstäubung des Wassers derart, dass der Mindestfeuchtewert bei dem Schritt des Ausbringens des Spritzmittels 22 erreicht ist, so dass das Spritzmittel 22 durch den Flugbereich 40 mit dem Mindestfeuchtewert auf das Feld 24 ausgebracht wird, wobei das Wasser 38 derart zerstäubt ausgebracht wird, dass die im Wesentlichen gesamte zerstäubte Menge des ausgebrachten Wassers 38 bis zum Erreichen des Flugbereiches 40 verdunstet ist. Der Mindestfeuchtewert ist im Wesentlichen 100%.
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In den 4 bis 9 sind verschiedene geometrischen Anordnungen von Spritzdüseneinheit 16 und zugeordneter Wasserzerstäubereinheit 50 gezeigt, mittels derer diverse Anpassungs- bzw. Kompensationsmöglichkeiten äußerer Parameter bzw. Einflüsse bereitgestellt werden.
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In 4 und 5 weist die Wasserzerstäubereinheit 50 genau einen Wasserzerstäuber 56 auf. Der Wasserzerstäuber 56 ist in Fahrtrichtung 38 der landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung 10 vor der Spitzdüseneinheit 16 angeordnet. In 4 ist der Wasserzerstäuber 56 nach senkrecht unten ausgerichtet. In 5 ist der Wasserzerstäuber 56 nach unten und vorne (gekippt) ausgerichtet.
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In 6 und 7 weist die Wasserzerstäubereinheit 50 zwei Wasserzerstäuber 56 auf. In 6 ist der eine Wasserzerstäuber 56 hinter der Spritzdüseneinheit 16 angeordnet und nach unten und vorne (gekippt) ausgerichtet. Der andere Wasserzerstäuber 56 ist vor der Spritzdüseneinheit 16 nach unten und hinten (gekippt) ausgerichtet. In 7 sind beide Wasserzerstäuber 56 vor der Spritzdüseneinheit 16 angeordnet, wobei der eine Wasserzerstäuber 56 senkrecht nach oben und der andere Wasserzerstäuber 56 senkrecht nach unten gerichtet ist. Hierbei ist in der Ausgestaltung aus 7 noch eine Luftumlenkvorrichtung 64 zur Abdriftreduktion vorgesehen, wobei der nach oben gerichtete Wasserzerstäuber 56 die hierdurch umgelenkte Luft befeuchtet, d.h. die Luftfeuchtigkeit der umgelenkten Luftmassen erhöht.
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In 8 und 9 weist die Wasserzerstäubereinheit 50 zwei bzw. drei Wasserzerstäuber 56 auf, welche in Fahrtrichtung 38 vor der Spritzdüseneinheit 16 angeordnet sind. In 8 sind die beiden Wasserzerstäuber 56 zur Seite ausgerichtet, wobei ein Wasserzerstäuber 56 nach links und der andere Wasserzerstäuber 56 nach rechts jeweils weg voneinander ausgerichtet ist. Die Anordnung in 9 ist analog zu der aus 8, wobei ein weiterer Wasserzerstäuber 56 vorgesehen ist, welcher zwischen beiden zur Seite ausgerichteten Wasserzerstäubern 56 angeordnet und senkrecht nach unten ausgerichtet ist.
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10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels als Verfahren 100 zum Ausbringen eines Spritzmittels 22, insbesondere eines Pflanzenschutzmittels 22, mittels zumindest einer Spritzdüseneinheit 16 einer landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung 10 auf ein Feld 24, wobei die landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung 10 ferner zumindest eine der zumindest einen Spritzdüseneinheit 16 zugeordnete Wasserzerstäubereinheit 50 aufweist. Das Verfahren 100 umfasst einen Schritt des Ermittelns 102 einer benötigten Mindestmenge an Wasser 38 zur Erhöhung einer relativen Luftfeuchtigkeit der Luft in einem Flugbereich 40 des aus der zumindest einen Spritzdüseneinheit 16 auszubringenden Spritzmittels 22 auf einen vorgegebenen Mindestfeuchtewert. Das Verfahren 100 umfasst ferner einen Schritt des Zerstäubens 104 zumindest der ermittelten benötigten Mindestmenge an Wasser 38 mittels der zumindest einen Wasserzerstäubereinheit 50 derart, dass die relative Luftfeuchtigkeit der Luft in dem Flugbereich 40 des aus der zumindest einen Spritzdüseneinheit 16 auszubringenden Spritzmittels 22 zumindest zeitweise auf im Wesentlichen den vorgegebenen Mindestfeuchtewert erhöht wird. Das Verfahren 100 umfasst außerdem einen Schritt des Ausbringens 106 des Spritzmittels 22 mittels der zumindest einen Spritzdüseneinheit 16 durch den Flugbereich 40 auf das Feld 24.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1772049 A2 [0003]
- EP 0657222 A1 [0003]
- US 2016/0174548 A1 [0003]
- CA 2137118 A1 [0004]
