DE102019000038A1

DE102019000038A1 - Verfahren und Vorrichtungen zur effektiven Unterbodenbewässerung landwirtschaftlicher Nutzflächen

Info

Publication number: DE102019000038A1
Application number: DE102019000038.2A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-01-02
Filing date: 2019-01-02
Publication date: 2020-07-02

Abstract

Es werden Verfahren und Vorrichtungen zur Unterbodenbewässerung vorgestellt, diea) die Verwendung der gleichen Perlschläuche zur Filterung des Gießwassers vorsehen; um den Durchfluß der Filtermembran zu erhöhen, ist die Verwendung von Stents vorgesehen und die Beaufschlagung des Fluids, der Membran und des Kartuschengehäuses mit Energieimpulsen unterschiedlicher Form, Amplitude und Frequenz und Periode, idealerweise, um den Zustand der Resonanz zu erreichen.b) die Unterbodenkonfiguration so gestaltet, daß die Fließgeschwindigkeit erhöht werden kann, der Fluß reversiert werden kann und ebenfalls durch Beaufschlagung des Fluids mit Energieimpulsen unterschiedlicher Form, Amplitude und Frequenz und Periode, idealerweise, um den Zustand der Resonanz zu erreichen.c.) den Einsatz eines Feldbeobachters vorsehen, der ein kleines Stück des zu bearbeitenden Ackers darstellt, mit entsprechender Sensorik ausgestattet ist um bedarfgerecht zu bewässern und den Boden mit Agrochemie und Dünger zu versorgen.

Description

Begriffe:
Perlschlauch - poröser, relativ flexibler Schlauch aus einem Gummi- oder anderem Gemisch
Pulsation - Beaufschlagung eines beliebigen Fluids mit Schwingungen beliebiger Amplitude und beliebiger Frequenz (im sinnvollen Bereich wie Infra-, Hör-, oder Ultraschall), entweder sinusförmig (harmonisch) oder in beliebiger anderer Form
Resonante Pulsation - wie Pulsationen, jedoch in einer Frequenz, die das Fluid in Resonanz versetzt
Tandempulsation - Pulsationen, die an verschiedenen Punkten in das Fluid eingeleitet werden, meistens im Gegentakt. Das Fluid zwischen den beiden (oder mehreren) Einleitungspunkten wird besonders zum Schwingen angeregt Ruck - die Ableitung der Beschleunigung nach der Zeit $r = \frac{d a}{d t}$
Abschlußsammler, Nullschiene - Anschlußrohr, in welches die Perlschläuche ausgangsseitig angeschlossen werden; Gegenpart zum Einleitungsrohr
Feldbeobachter - ein kleines Stück des Ackers, der zu bewässern ist, von der gleichen Bodenbeschaffenheit wie der Hauptacker, ausgestattet mit Sensorik unterschiedlichster Art (Feuchte, pH-Wert, biochemische und -physikalische Daten)
Anwendungsgebiete der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf:

I. Filtrationsverfahren zur Unterbodenbewässerung
II. Vorrichtungen zur Unterbodenbewässerung
III. Regelungsverfahren zur Unterbodenbewässerung

Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Zur Zeit sind mehrere Methoden der Bewässerung landwirtschaftlicher Nutzflächen und Grünflächen bekannt:

a. Herkömmliche überirdische Bewässerung mit Sprinklersystemen Das ist die wasserintensivste Methode. Hierbei wird das Feld mit einem Sprinklersystem bewässert, die Verdunstungsrate ist dementsprechend hoch. Die Bewässerung ist unselektiv, es werden sowohl Nutzpflanzen als auch Unkräuer bewässert; außerdem bilden sich gute Bedingungen für Gastropoda (Schnecken), die gerade bei Gemüseanbau unerwünscht sind. Die Sprinkleranlage muss ortsveränderlich sein.
b. Herkömmliche überirdische Bewässerung mit Tropfschläuchen Hierbei ist die Bewässerung selektiv, die Verdunstungsrate und damit der Wasserverbrauch sind kleiner als bei der Besprinklerung. Die Tropfschläuche müssen allerdings nach der Aussaat ausgebracht werden und vor oder nach der Ernte wieder eingesammelt werden.
c. Herkömmliche überirdische Bewässerung mit Mikrodüsen Diese hat ähnliche Vorteile wie b, allerdings ist hier die Verdunstungsrate noch geringer, da die Mikrodüsen direkt in die Erde neben die Pflanze gesteckt werden; das macht nur Sinn bei großen Einzelpflanzen (Bäume, Sträucher). Auf einem Mais- oder Rapsfeld ist diese Bewässerungsmethode nicht anwendbar.
d. Herkömmliche unterirdische Bewässerung mit Tropfschläuchen Hierbei werden herkömmliche Tropfschläuche im Reihenabstand der Pflanzenkultur vergraben. Durch die Tropfdüsen erfolgt im Bereich der Düsen der Wasseraustritt. Diese Methode hat eine minimale Verdunstungsrate, allerdings den Nachteil, daß die Tropföffnungen im Pflanzenabstand angebracht werden müssen. Ein weiterer Nachteil ist der, daß die Wasserauslaßöffnungen so groß sind, daß sie durch Wurzelwerk verstopft werden können. Methoden a-d haben zu den beschriebenen Nachteilen den Vorteil, daß sie recht unempfindlich gegenüber kleineren Partikeln im Gießwasser sind.
e. Unterirdische Bewässerung mit Perlschläuchen Hierbei werden Perlschläuche im Reihenabstand der Pflanzenkultur vergraben. Der Wasserauslaß erfolgt jedoch entlang des gesamten Schlauchs.

Auf diese Bewässerungsmethode bezieht sich die vorliegende Erfindung.
Diese Bewässerungsmethode hat folgende Vorteile:

• sehr gute Unterbodentauglichkeit (unter Pflugtiefe)
• sehr gute Druckkonstanz entlang des Perlschlauchlänge aufgrund der Porosität mit geringer Wasserabgabe bei geringem Innendruck
• sehr hohe Nutzdauer - die Perlschläuche verbleiben mehrere Jahre im Erdboden
• sehr preiswert - es handelt sich um extrudierten Schlauch
• unempfindlich gegen Zuwachsen mit Wurzeln
• minimale Verdunstung - sehr wassersparsam

Als Nachteile sind zu nennen:

• sehr hohe Anforderungen an zugemischten Dünger; es muß sehr gut gelöster Flüssigdünger sein
• sehr hohe Anforderungen an die Reinheit des Gießwassers, damit aufgrund der geringen Fließgeschwindigkeit die Poren nicht verstopfen. Dieser Nachteil soll erfindungsgemäß behoben werden.

Inhalt der Erfindung ist es, mehrere Teilaspekte der Unterbodenbewässerung zu verbessern, dazu gehören:

a. Filtration des Gießwassers
b. Verhinderung der Verstopfung der Poren des porösen Schlauchs
c. Optimierung der Wasserabgabe

Zu a. Filtration des Gießwassers
Es sind Methoden zur Anwendung von Pulsationen oder auch resonanten Pulsationen bei Membranfiltern bekannt.
In EP1424123A1 wird der Eingang und am Ausgang des Filtergehäuses mit Pulsationen im Gegentakt beaufschlagt. Das verhindert die Bildung von Deckschichten und verbessert die Filtration.
In DE102012209820B4 wird durch die Membran, ebenfalls im Gegentakt pulsiert, es wird dabei versucht, den Zustand der Resonanz zu erreichen. Hier wird ein Gaspolster als Energiespeicher benötigt, um die Güte des Schwingkreises zu verbessern.
In DE102008039956A1 wird ein Verfahren vorgestellt, mit dem die Filtermembran mit einer fluidischen Wanderwelle beaufschlagt wird und damit die Membran ständig gereinigt wird.
IN DE10224513A1 wird ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung beschrieben, mit der in der Fluidströmung Pulse erzeugt werden können (Joukowski-Effekt), um die Filtermembran reinzuhalten. Durch die Pumpenschläge kann die starre Membran beschädigt werden.
In DE102006040451A1 wird eine Filteranordnung vorgestellt, die ebenfalls den Zustand der Resonanz zum Ziel hat und deshalb mit Energiespeichern (Gaspolstern) auskommen muß. Hier erfolgt die Filtration aus dem Lumen der Filtermembran heraus.
Alle genannten Verfahren bzw. Vorrichtungen arbeiten mit starren Filtermembranen oder benötigen einen Energiespeicher oder arbeiten mit sinusförmigen Anregungen. Bei den Verfahren, die eine Resonanz im Fluid voraussetzen, ist die Ermittlung der Resonanzfrequenz bisher nur manuell möglich; eine Regelung/Nachführung der Resonanzfrequenz bei Änderungen der Parameter des Schwingkreises (Vordruck der Speisepumpe, Änderungen der Dämpfungsfaktoren durch Ab- und Zuschalten von Bewässerungssektionen usw.) ist bisher nicht bekannt.
Diese Nachteile sollen erfindungsgemäß behoben werden.
Zu b. Verhinderung der Verstopfung der Poren des porösen Unterbodenschlauchs
Bei herkömmliche Unterbodenbewässerungssystemen mit Perlschläuchen sind diese mit geschlossenen Enden verlegt. Die Einspeisung erfolgt über einen Sammler, die Ende der Perlschläuche sind mit einem Stopfen verschlossen. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß die Fließgeschwindigkeiten im Perlaschlauch sehr gering sind und sich bakterielle Biofilme bilden (Verschleimung, Biofouling), die die Austrittsporen verstopfen.
Einzig in DE3610548C2 ist eine Anordnung beschrieben, die mit einer Abflußleitung versehen ist; dieses Verfahren bezieht sich jedoch auf die Bewässerung bei gleichzeitiger unterirdischer Entsalzung von Meerwasser. In diesem Fall dient die Abflußleitung der Abfuhr aufkonzentrierten Salzwassers.
Auch der Nachteil der Biofilmbildung soll erfindungsgemäß behoben werden.
Zu c. Optimierung der Wasserabgabe
Üblicherweise wird der Wasserbedarf von Kulturpflanzen empirisch ermittelt, u.a. durch die Niederschlagsmenge im landwirtschaftlichen und die Verdunstungswerte, berichtigt ebenfalls mit empirischen Faktoren, die kultur- und entwicklungsstadienabhängig sind [L.1].
Diese Werte sind kein Maßstab dafür, was die Pflanze wirklich an Wasser benötigt; bei der Unterbodenbewässerung mit Perlschläuchen ist die Verdunstung vernachlässigbar.
Üblicherweise wird mit Zeitsteuerungen gearbeitet (Bewässerung ein/aus), die vom Landwirt eine große Erfahrung voraussetzt und die Niederschläge nicht oder nur selten berücksichtigt.
Bei Überwässerung ist nicht nur eine Verschwendung von Wasser gegeben, es besteht zudem die Gefahr, daß die Wurzeln Schaden nehmen (Wurzelfäule - Phytophtora) durch verschiedene Pilze und Bakterien.
Diese Nachteile sollen ebenfalls erfindungsgemäß behoben werden.
Ziel der Erfindung und deren Vorteile
Zu a. Filtration des Gießwassers
Das Ziel der Erfindung gemäß 1.2.1 besteht darin, zur notwendigen, sehr feinen Vorfilterung des Gießwassers den gleichen Perlschlauch als Filtermembran zu verwenden, wie auch für die Unterbodenbewässerung.
Stellt der Schlauch die Filtermembran dar, dann ist der Weg des zu filternden Wassers im Filter von außen (aus dem Filtergehäuse) nach innen (in das Innere des Perlschlauchs); die Filtermembran aus billigem, reichlich vorhandenem Perlschlauch hat die gleiche Porosität wie der Bewässerungsschlauch; außerdem wird der Filterperlschlauch mit Druck von außen beaufschlagt. Das führt dazu, daß er sich leicht zusammendrückt - die Poren werden somit um ein Weniges kleiner, als die Poren im Unterbodenschlauch, die mit Innendruck beaufschlagt werden (die Poren vergrößern sich dadurch um ein Weniges). Damit ist gewährleistet, daß die Partikel, die durch die verkleinerten Mikroporen des zusammengedrückten Filterperlschlauchs passieren können, sicher durch die vergrößerten Mikroporen des Bewässerungsperlschlauchs gehen.
Da es nicht sinnvoll ist, die gleiche Menge an Perlschlauch für die Filtration zu verwenden, wie zur Unterbodenbewässerung (das können einige laufende Kilometer sein) muß die Durchflußmenge des Membranperlschlauchs wesentlich größer als die Abgabemenge des Unterbodenperlschlauchs sein.
Die Durchflußmenge des Filtermembranperlschlauchs kann u.a. durch einen erhöhten Druck auf die Filtermembran gelöst werden und durch die Verwendung von Pufferspeichern.
Problem:

hoher Anspruch an die Reinheit des Gießwassers, industrielle Filtersysteme für die Kreuzflußfiltration sind sehr teuer

Lösung:

• Verwendung des gleichen Perlschlauchs als Filtermembran, wie auch für die Unterbodenbewässerung verwendet wird; der Membranperlschlauch kann leicht und preiswert ausgebaut, gereinigt oder getauscht werden und/oder
• Fluidflux, Druck von außen nach innen in den Filterperlschlauch, durch das geringfügige Zusammendrucken verkleinern sich die Poren geringfügig. Die Partikel, die hier durchgelassen werden, passieren mit Sicherheit die aufgeweiteten Poren (Druck von innen nach außen) im Unterbodenperlschlauch.

Problem:

Notwendiger, wesentlich höherer Durchfluß im Filterperlschlauch durch Erhöhung des Filterdruckes; der Schlauch kann sich zusammendrücken und würde den Durchfluß zum Erliegen bringen.

Lösung:

• Einführung von mechanischen Stents, die die Filtermembran stützen und/oder
• Anwendung von Druckstößen unterschiedlicher Amplitude und unterschiedlicher Frequenz, um Deckschichten an der Membran zu verhindern

Problem:

System geht schwer in Resonanz, Resonanzfrequenz ist schlecht nachführbar

Lösung:

• Verwendung des Perlschlauchs als Filtermembran- dieser ist flexibel und erhöht die Schwingfähigkeit des Systems, er ist nicht anfällig gegen Druckstöße- im Gegensatz zu starren Wickelmembranen oder Membranen aus Silizium oder ähnlich sprödem Material und/oder
• Verwendung von Druckstößen mit hohem Ruck von nur einer Polarität (positiv oder negativ), das bedeutet, daß die Fließgeschwindigkeit im Fluid nicht sinusförmig sein darf. Erfahrungen haben gezeigt, daß Systeme, die mit Rucks beaufschlagt werden, schneller in Resonanz gehen und/oder
• Arbeiten mit der Sprungantwort des Systems- hier wird eine homopolare sinus-, trapez- oder rechteckförmige Halbwelle vorgegeben. Wenn die erste Halbwelle der Sprungantwort das Minimum erreicht hat, wird ein erneuter Impuls vorgegeben. Genau wie bei einer Kinderschaukel, die auch nicht starr mit dem Anreger gekoppelt ist.

Problem:

Anregung des Systems mit sinusförmigen Schwingungen. Hier reagieren nur Systemkomponenten, die eine der Anregungsfrequenz entsprechenden Resonanzfrequenz besitzen.
Die meisten Schwinger arbeiten naturgemäß sinusförmig- bedingt durch die beiden Umkehrpunkte und des Mechanismus' bei der Umwandlung der Rotation in die Translation.

Lösung:

Messungen haben gezeigt, daß bei Anregung mit anderen Kurvenformen das System wesentlich schneller reagiert. Zudem lassen sich so (Fourier-Synthese) gezielt Partikel unterschiedlicher Dichte, Größe und Masse anregen.
Erfindungsgemäß kommt zur Erzeugung verschiedener Kurvenformen zur Anregung des Systems eine mechanische oder elektronische Kurvenscheibe zur Anwendung, um den naturgemäßen Sinus des Mechanismus entsprechend zu verändern.

Zu b. Verhinderung der Verstopfung der Poren des porösen Unterbodenschlauchs
Naturgemäß handelt es sich beim Auslassen des Gießwassers aus dem Unterbodenperlschlauch in den Erdboden um den inversen Prozeß zur Filterung. Demzufolge lassen sich hier ähnliche Methoden (s. Punkt a.) zur Verbesserung anwenden. In vielen Fällen ist der Perlschlauch am Ende verschlossen, so daß sehr kleine Fließgeschwindigkeiten herrschen.
Problem:

Biofouling durch langsame Fließgeschwindigkeiten

Lösung:

• Verwendung eines Abschlußsammlers und/oder
• Beaufschlagung des Fluids mit Ruckfunktionen (wie bei der Filtration) und/oder
• Versetzen des Systems in Resonanz nach der oben genannten Methode

Zu c. Optimierung der Wasserabgabe
Problem:

Bewässerung erfolgt bedarfsunabhängig, intuitiv oder nach Zeitsteuerung.

Lösung:

Die Lösung ist der Einsatz eines Feldbeobachters. Das ist ein Stück des gleichen Ackers, idealerweise eingezäunt, damit wegen der angebrachten Sensorik ein Betreten/Befahren nicht möglich ist. Dieses Feldstück muß die gleiche Beschaffenheit wie der übrige Acker haben; bei unterschiedlichen Beschaffenheiten auf verschiedenen Bereichen des gleichen zu bewässernden/ zu düngenden Feldes kann mit mehreren Feldbeobachtern gearbeitet werden.
Der Feldbeobachter wird nach erst nach Aussaat angelegt (wenige Quadratmeter sind ausreichend) und befindet sich idealerweise am Rand des Feldes, in Nähe der Bewässerungsstation, um die Kabellänge zu den Sensoren klein zu halten. Vor der Ernte wird der Feldbeobachter wieder abgebaut- da es sich um eine Fläche handelt eine Arbeit von wenigen Minuten.
Der Feldbeobachter ist mit unterschiedlichen Sensoren für verschiedene Meßwerte ausgestattet (z.B. Feuchte in verschiedenen Bodentiefen, Temperatur, pH-Wert usw.).
Aus diesen Werten generiert eine Steuerung das Bewässerungsprogramm für das gesamte Feld. Hierdurch werden alle Umweltfaktoren berücksichtigt, es wird nur bewässert, wenn notwendig und ggfs. kann bei Bedarf sogar entwässert und melioriert werden.

Beim Feldbeobachter handelt es sich um eine typische technische Rückkopplung, allerdings nicht für die gesamte Fläche, sondern nur für einen repräsentativen Teil dieser.
Durch das Auswerten metereologischer Daten kann zudem eine Vorsteuerung in die Regelungssoftware des Reglers implementiert werden.
Vorteile der Erfindung und deren Anwendung

1. durch die Erfindung kann in enormen Maße bei der gleichen Ackerfläche Wasser gespart werden bzw. bei der gleichen verfügbaren Wassermenge die Anbaufläche vergrößert werden
2. durch die Verwendung von Perlschlauchmembranen können die Kosten für die Filtration erheblich gesenkt werden
3. durch die Verwendung von Perlschlauchmembranen ist naturgemäß die richtige Filtermaschengröße festgestellt. Partikel, die durch die Poren des mit Außendruck beaufschlagten Filterschlauchs passieren, können erst recht die Poren des mit Innendruck beaufschlagten Unterbodenbewässerungsschlauchs passieren
4. durch die Verwendung von Perlschlauchmembranen und Unterbodenperlschläuchen wird durch deren Flexibiltät die Schwingfähigkeit des Systems verbessert (schwingfähige Elemente)
5. durch die Anwendungen von Stents in den Filtermembranen kann die Durchflußmenge der Filter erhöht werden
6. durch die Anwendung von physikalischen, periodischen Erregungen nichtsinusoidaler Form und/oder mit hohem Ruck wird die Resonanzfähigkeit der Systeme (Filter und Unterboden) verbessert
7. durch die Anwendung von physikalischen, periodischen Erregungen nichtsinusoidaler, vorab berechneter Form können exklusiv Partikel bestimmter Dichte angeregt werden, um vom Hauptstrom weggeschwemmt zu werden.
8. durch die Einleitung von physikalischen, periodischen Erregungen ist ein Selbstreinigungseffekt (Venensystem, Kalkablagerungsschutz usw.) gegeben
9. durch die Verwendung eines Abschlußsammlers im Unterbodensystem kann die Fließgeschwindigkeit erhöht werden und der Bildung von Biofilmen vorgebeugt werden
10. durch die Verwendung eines Abschlußsammlers im Unterbodensystem wird die Schwingfähigkeit des Systems verbessert
11. durch die Verwendung eines Feldbeobachters wird der Wasserein- und -austrag optimiert, ebenso wie die Zugabe von Flüssigdünger

Darlegung des Wesens der Erfindung
Das Wesen der Erfindung liegt gemäß 1.2.1 darin, daß zur Filtration des Gießwassers zur Unterbodenbewässerung der gleiche Perlschlauch als Filtermembran verwendet wird, wie bei der eigentlichen Unterbodenbewässerung. Der Durchfluß des Filtermembranperlschlauchs wird durch verschiedene erfindungsgemäße Maßnahmen erhöht, so daß die laufende Länge des Filterschlauchs wesentlich geringer ist, als die laufende Länge des unterirdisch verlegten Schlauchs.
Das Wesen der Erfindung liegt gemäß 1.2.11 im Verfahren der Verlegung und Anordnung von Unterbodenperlschläuchen sowie in Methoden physikalischen Einwirkens auf diese und das enthaltene Fluid, um die Bildung von Biofilmen zu vermeiden, das Verstopfen der Poren des Perlschlauchs zu vermeiden, die Effizienz der Bewässerung zu erhöhen und damit die Nutzungsdauer der unterirdisch verlegten Konfiguration zu erhöhen.
Das Wesen der Erfindung liegt gemäß 1.2.III in der Verwendung eines Feldbeobachters als Rückkopplung des Feldzustandes, um die Bewässerung zu optimieren, eine Übernässung zu vermeiden und unabhängig von meteorologischen und geologischen Umständen immer ein optimales Bewässerungs- und Düngeresultat zu erzielen.
Ausführungs- und Anwendungsbeispiele
Bezugszeichenliste

1-: Perlschlauch
2-: Stent
3-: Filterkartusche
4-: physikalische Erregerquelle (f= var., Ampl.= var., T= var., Kurvenform= var.)
4.a-: physikalischer Gegentakterreger (f= var., Ampl.= var., T= var., Kurvenform= var.)
4.b-: Sensor
5.a-: Filtereinlauf
5.b-: Filterauslauf
5.c-: gefiltertes Fuid, Wasser
6-: Einspeisung
7-: Null-Schiene, Abschlußsammler
8-: Behälter
9-: Pumpe
10-: Zulauf vom Filter und/oder Düngermischer
11-: Acker
12-: Kopfstation
13-: Feldbeobachter
14-: Steuerung/ Regelung (Wasser, Dünger, Bodenchemie)
15-: Maßstabierung, Parametrierung
16-: Felddaten (Wasser, Dünger, Bodenchemie, meteorologische Daten); Beobachter-Daten=Felddaten
17-: Ventil
18-: Summator

Ausführungen des Filters gem. Fig.1
Der Perlschlauch (1) dient als Filtermembran. Der Durchfluß geht von außen nach innen. Damit sich der Schlauch unter dem erhöhen Druck nicht zusammenpreßt, wird er u.a. mit mechanischen Stents (2) stabilisiert.
Durch die Flußführung streben die Poren dazu, sich zu verkleinern. Die Partikel, die durch die verkleinerten Poren der Filtermembran von außen nach innen gelangen, können erst recht durch die vergrößerten Poren im Unterbodenschlauch von innen nach außen gelangen.
Ausführung des Filters gem. Fig. 2
Dargestellt ist eine typische Filterkartusche (3) für die Querstromfiltration. Der Fluß 5a bezeichnet das Feed, Fluß 5b das Retentat, Fluß 5c das PermeatDie physikalische Erregerquelle (4a) gibt an das Medium Energie (f= var., Ampl.= var., T= var., Kurvenform= var.) ab. Vorzugsweise periodisch (f= variabel) und vorzugsweise nichtsinusförmig. Die Amplituden sowie die Kurvenformen können variabel sein. Idealerweise wird im Medium ein Zustand der Resonanz des gesamten Mediums erreicht, es können jedoch- je nach Frequenz (Schallbereiche: Infra-, Hör-, Ultra- und Hyperschall) vorzugsweise auch einzelne Partikel angeregt werden. Komponente 4b ist entweder eine ähnliche Energiequelle, welche gleich- oder andersphasig arbeitet oder ein Sensor, welche die Wirkung der Erregerquelle 4a detektiert und den Befehl zur erneuten Anregung gibt (korrigiert um die Laufzeit des Signals. Damit kann das Fluid sicher in Resonanz versetzt werden. Untersuchungen haben gezeigt (und die Erfahrungen mit einer einfachen Kinderschaukel zeigen es ebenfalls), daß eine Anregung mit hohem Ruck wesentlich effizienter ist, als eine Anregung mit einer reinen Sinusform.
Um einzelne Partikel anzuregen (die sich dann nicht an der Membran absetzen, sondern in Schwingungen versetzt werden, so, daß sie durch den Durchfluß weggespült werden) ist es sinnvoll, die Perioden, Frequenzen und Kurvenform zu ändern („Wobbeln“ im breiteren Sinn).
Ist 4b eine Energiequelle wie 4a, dann kann:

a.) im Gegentaktbetrieb die Wirkung verstärkt werden (4a „drückt“, 4b „saugt“)
b.) bei sich änderner Phasenlage diese so gestaltet werden, daß sich an unterschiedlichen Stellen der Membran stehende Wellen bilden, um die Membran „abzubürsten“

Ausführung der Unterbodenanordnung gem. Fig. 3 und Fig. 4
Üblicherweise sind die Enden der unterirdischen Perlschläuche mit Stopfen verschlossen; das hat den Nachteil geringer Fließgeschwindigkeiten. Dadurch entsteht Biofouling.
Wird, wie in 3 gezeigt, die Anordnung um eine Nullschiene (7) ergänzt, dann erhöht sich die Fließgeschwindigkeit und das gesamte System ist empfänglicher für Pulsationen und Resonanz- wie schon beim Filter beschrieben. Auch hier ist 4 eine physikalische Erregerquelle und 4a bzw. 4b entweder eine gleichgeartete Quelle oder ein Detektor, um das System zum Schwingen zu bringen.
Um die Fließrichtung zu ändern und durch die Flußumkehr zusätzlich die Perlschläuche reinzuhalten, kann die Unterbogenkonfiguration als Mittelzweig einer Brückenschaltung aufgebaut werden. Über die Ventile (17) kann die Flußrichtung reversiv geändert werden.
Ausführung des Regelkreises mit dem Feldbeobachter gem. Fig. 5 und Fig. 6
Auf 5 ist eine Unterbodenbewässerungskonfiguration dargestellt, die Nullschiene (7) befindet sich in der Mitte des Feldes; damit kann eine Nullschiene gespart werden. Ein Teil des Feldes (11) dient als Feldbeobachter (13), der idealerweise in der Nähe der Kopfstation unterbebracht ist.
Auf 6 ist das entsprechende Blockschaltbild dargestellt; die Daten des Beobachters (13) werden im Maßstabierungsblock (15) auf das gesamte Feld bezogen und im Summator mit dem vorgegebenen Sollwert verglichen. Der Regler (14) steuert dann die Zuschaltung der Bewässerung, die Düngemittelzugabe in Abhängigkeit von IST-Zustand.
Die Daten des Beobachters werden durch entsprechende Sensoren (Feuchte, pH-Wert, bodenchemische Daten, aber auch metereologische Daten) gesammelt. Durch die Berücksichtigung metereologischer Daten kann zudem eine Vorsteuerung realisiert werden; ist in einem gewissen Zeitfenster Regen zu erwarten, muß nicht bewässert werden.
Die Installation des Beobachters ist relativ einfach, da nur ein sehr kleiner, repräsentativer Teil des Feldes ausgemessen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1424123 A1 [0014]
DE 102012209820 B4 [0015]
DE 102008039956 A1 [0016]
DE 10224513 A1 [0017]
DE 102006040451 A1 [0018]
DE 3610548 C2 [0022]

Claims

Verfahren und Vorrichtungen zur effektiven Unterbodenbewässerung landwirtschaftlicher Nutzflächen, gekennzeichnet dadurch, daß die Filtermembran des Einlauffilters aus dem gleichen porösen Material besteht, wie der Unterbodenbewässerungsschlauch.
Verfahren und Vorrichtungen zur effektiven Unterbodenbewässerung landwirtschaftlicher Nutzflächen gem. Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß • die Flußrichtung in der Filtermembran von außen nach innen gerichtet ist • ein Zusammendrücken der Membran durch mechanische Stents verhindert wird • durch die Einbringung von Energie mit einem oder mehreren physikalischen Erregern beliebiger Form, Frequenz, Amplitude die Verstopfung der Membran und Biofouling verhindert wird • die Erregerenergie so eingebracht werden kann, daß Resonanz entweder im gesamten Fluid entsteht oder Partikel bestimmter Größe und Dichte in Resonanz versetzt werden • die Anregung mit großen Ruckwerten behaftet ist
Verfahren und Vorrichtungen zur effektiven Unterbodenbewässerung landwirtschaftlicher Nutzflächen, gekennzeichnet dadurch, daß durch die Verwendung einer Nullschiene die Unterbodenkonfiguration schwingfähig ist und die Fließgeschwindigkeiten erhöht werden.
Verfahren und Vorrichtungen zur effektiven Unterbodenbewässerung landwirtschaftlicher Nutzflächen gem. Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß • durch die Einbringung von Energie mit einem oder mehreren physikalischen Erregern beliebiger Form, Frequenz, Amplitude die Verstopfung der Membran und Biofouling verhindert wird • die Erregerenergie so eingebracht werden kann, daß Resonanz entweder im gesamten Fluid entsteht oder Partikel bestimmter Größe und Dichte in Resonanz versetzt werden • die Anregung mit großen Ruckwerten behaftet ist
Verfahren und Vorrichtungen zur effektiven Unterbodenbewässerung landwirtschaftlicher Nutzflächen, gekennzeichnet dadurch, daß durch Einsatz eines Feldbeobachters die Zugabe von Wasser, Dünger und Agrochemie optimal eingesetzt werden kann und damit ein sehr sparsamer Umgang mit diesen Stoffen gewährleistet ist.
Verfahren und Vorrichtungen zur effektiven Unterbodenbewässerung landwirtschaftlicher Nutzflächen gem. Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß durch die Berücksichtigung von meteorologischen Daten eine Vorsteuerung realisiert wird.