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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine mobile Vorrichtung und ein Verfahren zum Verteilen bzw. Ausbringen von Substanzen und Fluiden und/oder die Verwahrung und den Transport von Substanzen und Fluiden. Eine solches mobile Vorrichtung zum Verteilen bzw. Ausbringen von Substanzen und Fluiden dient beispielsweise in Wäldern zur Bewässerung von Pflanzen, insbesondere bei der Neubepflanzung mit Jungpflanzen.
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Die Erfindung bietet außerdem die Möglichkeit auf verschiedenen Fahrzeugen genutzt zu werden und die Substanzen auch an schwer/mit dem Fahrzeug nicht erreichbare Gebiete auszubringen.
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Stand der Technik
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Verschiedene Vorrichtungen und Techniken sind bereits aus dem einschlägigen Stand der Technik bekannt und werden nachfolgend vorgestellt.
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Ein bekanntes Verfahren zur Bewässerung von Pflanzen ist das händische Ausbringen der Flüssigkeiten mit entsprechenden Behältern (z. B. Eimer, Gießkannen o. Ä.). Diese müssen an einem geeigneten Ort oder Fahrzeug stationär befüllt und am Nutzungsort wieder entleert werden. Durch die händische Anwendung ist die Transportmenge begrenzt und die durchführende Person während der Bewässerung ausgelastet, sodass das System gerade bei vielen Pflanzen schnell an Kapazitätsgrenzen stößt bzw. viele menschliche Ressourcen bindet.
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Alternativ können Reservoirs (z. B. Tropfbeutel) an jeder zu versorgender Stelle (z. B. Pflanze) angebracht werden. Diese müssen einzeln manuell nachgefüllt werden. Außerdem entstehen bei einer Vielzahl von Stellen hohe Kosten. Auch dieses System ist daher schlecht skalierbar. Eine Anpassung auf wechselnde Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Witterung ist nur schwer möglich.
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Ein weiteres Verfahren basiert auf dem Verlegen von Schläuchen oder Rohren auf der Fläche, auf welcher die Substanzen bzw. Fluide zu verteilen bzw. auszubringen sind. Diese Variante ist besonders bei großen Flächen preisintensiv und skaliert mindestens linear, häufig jedoch stärker in der Potenz, mit der Anzahl der Pflanzen. Außerdem ist diese Methode unflexibel in Bezug auf die individuelle Verteilung der Substanzen/Fluide an verschiedene Stellen der Fläche.
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Darüber hinaus offenbart bspw. die
US 20090314862A1 ein automatisches Sprinklerbewässerungssystem, das ein einzelnes oder mehrere andockbare mobile Sprinklerwagen oder -fahrzeuge umfasst, die nacheinander mehrere Hydranten anfahren, an diesen andocken und dann das von den Hydranten bereitgestellte Wasser um einen lokalen Bereich in der Nähe jedes der mehreren Hydranten zur Bewässerung verteilen.
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Alle Ansätze haben den Nachteil gemein, dass sie die Substanz oder das Fluid lediglich oberflächlich auftragen. Durch Verdunstung wird das Fluid nicht effizient genutzt, da nur ein Teil die Wurzeln der Pflanze erreicht und dort aufgenommen wird. Gleiches gilt für ggf. beigefügte Substanzen wie Düngemittel. Werden diese nicht durch die Pflanze aufgenommen, belasten diese außerdem den Boden, schaden damit der Umwelt und verhindern ggf. eine spätere Nutzung des Untergrundes für andere Zwecke.
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Darüber hinaus gibt es insbesondere bei einer fortwirtschaftlichen Neubepflanzung mit Jungpflanzen ein großes Problem, dass diese mangels gezielter Bewässerung nicht optimal anwachsen und sukzessive vertrocknen, häufig mit der Folge eines Totalausfalls der Jungpflanze, was dann wiederum einen sehr aufwendigen vollständig neuen Bepflanzungsversuch mit neuen Jungpflanzen erfordert (welcher ohne gezielte Bewässerung zudem an dem gleichen Problem leidet).
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Aufgabe
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht vor allem darin, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und folglich ein flexibel einsetzbares und wirtschaftlich tragbares Bewässerungssystem zu schaffen, welches das effektive Pflanzenwachstum mit nachhaltigem Erfolg fördert, und dabei in vielerlei Hinsicht ressourcenschonend ist. Insbesondere in der Forstwirtschaft ist eine deutlich höhere Erfolgsrate bei Neubepflanzungen wünschenswert, welche durch die Erfindung erreicht wird.
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Lösung
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Anspruch 1
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine mobile Einheit zum Verteilen von Substanzen und Fluiden an Pflanzen gemäß Anspruch 1 gelöst, die zumindest Folgendes umfasst:
- - eine Transporteinheit, z.B. auf einem Fahrzeug,
- - mindestens ein Behältnis (1), welches dazu eingerichtet ist, zu verteilende Substanzen und/oder Fluide aufzunehmen,
- - eine Pumpvorrichtung, welche dazu geeignet ist, die zu verteilenden Substanzen und Fluide zu pumpen, umfassend eine Saugseite und eine Druckseite der Pumpvorrichtung (3),
- - ein Verbindungssystem aus mechanisch flexiblen Verbindungen, bspw. Rohr- oder Schlauchverbindungen, welches die Pumpvorrichtung (3) mit mindestens einem Behältnis (1) strömungsverbindet, insbesondere saugseitig,
- - mindestens eine Ausbringeinheit (8),
wobei die Ausbringeinheit (8) eine Verteilungseinheit, insbesondere eine Bewässerungseinheit, umfasst, welche dazu eingerichtet ist, zu verteilende Substanzen und/oder Fluide am Ausbringungsort (12), insbesondere an den Wurzeln einer Pflanze zu Zwecken der Bewässerung und Düngung, auszugeben,
wobei Ausbringeinheit (8) über das System aus mechanisch flexiblen Verbindungen mit dem Behältnis (1) direkt oder indirekt strömungsverbunden ist,
wobei die Pumpvorrichtung (3) druckseitig mit der mindestens einen Ausbringeinheit (8) verbunden ist, und
wobei die mobile Einheit durch die Transporteinheit, insbesondere durch die Kraft des Fahrzeuges bewegt werden kann, um hierdurch zu weiteren Pflanzen gelangen zu können, welche sich nicht in der Reichweite der mobilen Einheit, insbesondere nicht in der Reichweite der mindestens einen Ausbringeinheit (8), befinden solange die Transporteinheit still steht.
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Durch die Mobilität des Systems kann es durch das Fahrzeug nah an den Ausbringungsort bewegt werden, dadurch werden vorteilhaft Laufwege verkürzt, somit Zeit gespart und die Belastung des Personals reduziert.
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Es wird somit - simultan und ohne nachteilige Kompromisse - ein ressourcenschonendes, modulares und flexibles als auch effektives System zum Ausbringen von Substanzen und Fluiden geschaffen - z. B. aber nicht ausschließlich zur Bewässerung und Nährstoffversorgung von Pflanzen.
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Das Anbinden der mobilen Einheit mit einer Ausbringeinheit, bspw. einer Einstichlanze über zumindest einen Schlauch bietet zudem den Vorteil, dass eine Ausbringung von Substanzen bzw. Fluiden in schwer zugänglichem Terrain ermöglicht wird.
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Häufig sind derartige Terrains und Flächen über Robotereinheiten nicht oder nur schwer zugänglich, was zu Fehleranfälligkeit des Versorgungssystems führt.
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Am Ende führt das Verfahren zudem zu besserer Qualität der Pflanzen und zu einer besseren Ernte in der Landwirtschaft und zu erfolgreicheren Bepflanzungsversuchen in der Forstwirtschaft, insbesondere bei Neubepflanzungen mit Jungpflanzen, bei denen das Problem des Vertrocknungstodes der Pflanze derzeit starke Einschränkungen und enormen zusätzlichen Arbeitsaufwand mit sich bringt.
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Allgemeine Vorteile
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Durch die eigenständige Arbeitsweise der Vorrichtung und die direkte Einleitung der Substanzen bzw. Fluide in das Erdreich hat der Bediener während der Nutzung Zeit für andere Tätigkeiten, wie beispielsweise das Richten von Pflanzen oder das Untersuchen der Bepflanzung nach Fehlern oder Schädlingen.
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Gleichwohl vorteilhaft, verkürzt die Verwendung einer mobilen Einheit, bspw. eines Fahrzeugs die Laufwege zu den Stellen, an denen die Substanzen bzw. die Fluide ausgebracht werden.
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In einer Ausführungsform werden Behältnisse möglichst gleichmäßig und/oder im Gleichgewicht an der Transportvorrichtung verteilt. Der Schwerpunkt liegt dann im Wesentlichen unverändert zentral. BeispielsweiseZudem führt eine Verteilungdie Möglichkeit, dass die einzelnen Komponenten der mobilen Einheit gelichmäßig auf den vorderen Abschnitt einer Transporteinheit und/oder an dessen Heck angebracht werden können, zu einer guten Gewichtsverteilung und Geländegängigkeit.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Substanzen im Sinne der Erfindung sind Fluide wie beispielsweise Wasser oder Öle, vorzugsweise Wasser und pflanzliche Öle. Die Viskosität kann dabei stark variieren.
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Substanzen können auch Lösungen sein, bei denen Stoffe in einem Lösungsmittel gelöst sind oder als Suspension oder Emulsion vorliegen (z. B. Düngemittel in Wasser, Gülle).
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Substanzen im Sinne der Erfindung umfassen auch granulare Materialien. Dabei können die charakteristischen physikalischen Größen wie beispielsweise Granularität stark variieren.
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Beispielsweise kann auch Kies oder Düngegranulat eine Substanz im Sinne der Erfindung darstellen.
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Eine Substanz ist Materie, die in mindestens einer denkbaren Form oder auf mindestens eine denkbare Art und Weise durch Pumpen transportiert werden kann.
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Die Transporteinheit ist für den Transport der mobilen Einheit vorgesehen, und ist im Sinne der Erfindung ein geeignetes Fortbewegungsmittel, z.B. ein Fahrzeug, welches das System bewegt, beispielsweise aber nicht ausschließlich ein Traktor, ein Unimog, ein LKW oder ein Schienenfahrzeug. Ein besonderer Vorteil ist die Unabhängigkeit der erfindungsgemäßen Einheit zum Verteilen von Substanzen und Fluiden vom Fahrzeug, da dieses beispielsweise an einem Fahrzeug vorne und/oder hinten (zur besseren Gewichtsverteilung sowohl hinten als auch vorne angeordnet) angehängt werden kann. So muss kein spezielles Fahrzeug erworben werden. Ein vorhandenes Fahrzeug kann beispielsweise umgerüstet werden. Es kann auch ein Anhänger umgerüstet und im Zusammenhang einem vorhandenen gewöhnlichen Fahrzeug betrieben werden. Somit ist das Verfahren wirtschaftlich sehr bedeutsam für Landwirte und assoziierte Betriebe wie Lohnunternehmer und kann zudem auf bereits vorhandenen Fuhrparks, wie bspw. Traktoren, nachgerüstet werden. Hierdurch werden Ausgaben für die Beschaffung spezieller Fahrzeuge vermieden.
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Aber auch das feste Verbauen in einem Fahrzeug ist möglich.
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Ein Behältnis (1) im Sinne der Erfindung ist ein Behälter, welcher dazu geeignet ist, die zu verteilende Substanz aufzunehmen, beispielsweise ein Schüttgut-Container (sog. intermediate bulk container; IBC) oder Tanks. IBCs werden häufig für Flüssigkeiten und rieselfähige Stoffe eingesetzt.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das mindestens ein Behältnis (1) zwei oder mehr Behältnisse (1a, 1b, 1c, 1d).
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Ein weiterer Teilaspekt der Erfindung ist eine besonders vorteilhafte mechanische Anordnung, insbesondere der Behältnisse in einem Behälterträger bzw. Gestell, welcher besonders vorteilhaft für die Anbringung an einem Fahrzeug (bspw. Traktor) und die Verbindung von Pumpe und Zapfwelle geeignet ist. Die Container können einzeln gefüllt und geleert werden - besonders vorteilhaft hat sich ein Mechanismus zum Ausgleich des Wasserstandes erwiesen mittels durch die mobile Einheit oder unter der mobilen Einheit verlegten wasserführenden Verbindungen (Schläuche bzw. Rohre).
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Eine Pumpvorrichtung (3) (auch Pumpe) im Sinne der Erfindung ist ein Gerät, welches in der Lage ist, die jeweilige Substanz von einer Saugseite zu einer Druckseite zu transportieren.
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Der aufgebaute Druck kann konstant oder regelbar sein, der Maximalwert des Drucks fluidabhängig variieren. Der Antrieb der Pumpvorrichtung (3) kann sich fahrzeugabhängig ändern. Insbesondere zu nennen sind Zapfwellenpumpen, welche beispielsweise an der Zapfwelle eines Fahrzeugs, z.B. eines Traktors betrieben werden können, aber auch elektrisch oder durch einen zusätzlichen Verbrennungsmotor angetriebene Pumpen. Zugleich kann die Pumpe auch über eine andere Energieversorgungseinheit des Fahrzeugs angekoppelt werden.
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Das Ausbringen von Fluiden und Substanzen kann im Sinne der Erfindung durch direkte Nutzung des Druckes der Pumpe erfolgen. Es können aber auch Ausgleichsbehälter oder Zwischenbehältnisse zum Einsatz gebracht werden. In einem Beispiel pumpt die Pumpe in einen hoch gelegenen Behälter und das Wasser wird von dort durch seinen eigenen Schweredruck ausgebracht (Wasserturmprinzip).
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Das Verbindungssystem im Sinne der Erfindung dient der Führung der Substanz zwischen den verschiedenen Teilen der erfindungsgemäßen mobilen Einheit. Die Verbindungen können aus Rohren oder Schläuchen bestehen, welche flexibel oder starr ausgeführt sein können. Durchmesser und Material können abhängig von der Substanz bzw. Fluid und dem gewünschten Druck variieren, im Falle von Wasser ist beispielsweise die Verwendung gewöhnlicher Gartenschläuche als Verbindung möglich. Weiterhin aber nicht ausschließlich denkbar sind Metall- oder Kunststoffrohe. Das Verbindungssystem verbindet beispielsweise die Pumpvorrichtung (3) mit mindestens einem Behältnis (1) und einer Ausbringeinheit (8).
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Eine Ausbringeinheit (8) im Sinne der Erfindung umfasst eine Verteileinheit sowie eine mechanisch flexible Verbindung, beispielsweise in Form eines Rohres oder Schlauches. Die Verteileinheit, insbesondere Bewässerungseinheit, ist dazu geeignet, die Substanz am Ausbringungsort auszugeben, beispielsweise Wasser direkt an den Wurzeln einer Pflanze.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Verteilungseinheit ferner eine Einstichlanze, welche dazu geeignet ist, eine lösbare Verbindung mit dem Erdreich einzugehen, indem die Einstichlanze in das Erdreich eingestochen wird, insbesondere in das Erdreich in einem Bereich einer Wurzel einer Pflanze.
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Vorzugsweise weist die Einstichlanze zumindest einen Ausgang auf, was ein direktes Einleiten der zu verteilenden Substanzen bzw. Fluide über das Verbindungssystem und der strömungsverbundenen Ausbringeinheit (8) in das Erdreich am Ausbringungsort ermöglicht. Durch das Einstechen der Verteilungseinheit und das direkte Einleiten der zu verteilenden Substanzen bzw. Fluide in das Erdreich am Ausbringungsort, werden unnötige Verluste der Substanzen bzw. Fluide (bspw. durch Verdunsten, Fehlverteilung, u.a.) verringert, wenn nicht gar verhindert. Zugleich wird durch das Einstechen der Einstichlanze in das Erdreich die Wirkung der Bewässerung verbessert. So hat sich herausgestellt, dass durch die Einstichlanzen die Pflanzen besser gedeihen. Dies geht darauf zurück, dass sowohl ein Freispülen des Wurzelwerks verhindert bzw. wesentlich reduziert wird als auch das Erdreich, insbesondere beim Einstechen der Lanze, gelockert wird, sodass Luft (in für das Pflanzenwachstum förderlichen Mengen) in den Boden eindringen kann.
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Die Einstichlanze ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie während eines Zeitraums, in dem kein Ausbringen von Substanzen oder Fluiden erfolgt bzw. die Verteileinheit nicht mit der mobilen Einheit strömungsverbunden ist, im Boden nahe der zu bewässernden Pflanze im Boden verbleiben kann. Vorzugsweise sind die Einstichlanzen hierbei so im Boden verankert, dass Sie vor äußeren Umwelteinflüssen, bspw. gegen Witterungsverhältnisse und somit gegen Korrosion geschützt ist. Hierdurch sind Vorrichtung und Einstichlanzen sehr wartungsarm.
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Das dauerhafte Verankern der Verteileinheit am Ausbringungsort (12) hat den Vorteil, dass die mobile Einheit bei einem Bedarf an Verteilung von Substanzen bzw. Fluiden vor Ort an die jeweilige Verteileinheit, bspw. über Schläuche angebunden werden kann. Zugleich müssen nicht erst die optimale Stelle bzw. der spezifische Ausbringungsort (12) für das optimale Verteilen der Substanzen bzw. Fluiden an die Pflanze ermittelt werden.
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Dem Gegenüber bietet das flexible Einbringen (d.h. nicht dauerhafte Verankern, sondern nur bei Bedarf) der Verteileinheit direkt am Ausbringungsort (12) den Vorteil, das mit jedem Einstechvorgang der Verteileinheit in den Boden dieser aufgelockert und mit Sauerstoff versorgt wird. Zudem kann auf veränderte Beschaffenheit und Geometrie der Pflanzen flexibel und individuell reagiert werden.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Einstichlanze zumindest drei Ausgänge auf, wobei jeder Ausgang dazu eingerichtet ist, eine lösbare Verbindung mit dem Erdreich einzugehen. Der spezifische Aufbau der Einstichlanze, bei dem mehrere Ausgänge vorgesehen sind, gewährleistet einen besonders guten Halt („Verankerung“) der Ausbringeinheit (8) beim Bewässern im Erdreich, wodurch die Pflanzen direkt an der Wurzel bewässern werden kann, ohne diese zu zerstören. Insbesondere wird hierdurch auch ein pflanzenschädliches Freispülen der Wurzel verhindert, wobei die Pflanze durch diesen Vorgang nachteiliger Weise an der Nährstoff- und Wasseraufnahme in Zukunft gehindert werden würde. Darüber hinaus ermöglicht es der Aufbau der Einstichlanze, bei dem zumindest drei Ausgänge vorgesehen sind, eine effektiv Mehrpunktbewässerung direkt am Ausbringungsort (12), wodurch die Substanzen bzw. Fluide gleichmäßig und nicht nur lokal konzentriert in das Erdreich nahe der Pflanze eingebracht werden können. In Experimenten hat sich die Mehrpunktbewässerung, insbesondere die Dreipunktbewässerung, als besonders effektiv erwisen.
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Die Einstichlanzen sind besonders auf die Verwendung mit der mobilen Einheit und dem Verbindungs- bzw. Schlauchsystem abgestimmt. Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weisen sie zwecks einfacher Handhabung durch das Arbeitspersonal zunächst einen (ungefähr) rechten Winkel als auch einen Aufsatz in Form eines Trident (d.h. drei Ausgänge) zur Bewässerung auf, welcher effektiv dreipunktbewässert und eine Form aufweist, die leicht ins Erdreich einstechbar ist, ohne dabei selbst zu sehr zu verdrecken.
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Durch die Verwendung von Schlauchtrommeln (10) ist auch der Einsatz in unwegsamen Geländen (bspw. Weinanbau am Hang, etc.) möglich. Zugleich gewährleisten Schlauchtrommeln (10) große Lauflängen der Verbindungsleitung, insbesondere Schläuche. Schlauchtrommeln (10) bringen letztlich auch körperliche Entlastung für das Personal, dass zur Bedienung der mobilen Einheit vorgesehen ist, mit sich. Schlauchtrommeln sind jedoch lediglich ein Beispiel für eine leicht handzuhabende und leicht zu verstauende strömungsführende Verbindung. Zahlreiche Alternativen hierzu sind denkbar.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass mindestens ein Behältnis (1) mit einer Absperrvorrichtung (2, 4), insbesondere einem Kugelhahn, versehen ist, welche es ermöglicht, eine Zufuhr in oder eine Entnahme aus einem Behältnis (1) zu unterbinden oder zu unterbrechen. Insofern lässt sich über die zwischengeschaltete Absperrvorrichtung (2, 4) die Strömungsmenge der Substanzen bzw. Fluide steuern. Beispielsweise ist die Absperrvorrichtung (2, 4) als ein Sperrventil ausgebildet, insbesondere ein Kugelventil oder Membranventil. Ferner lässt sich über die Absperrvorrichtung (2, 4) die Strömungsmenge der der Substanzen bzw. Fluide einstellen, sodass nicht nur die Betriebszustände „geschlossen“ und „offen“ vorliegen, da die Absperrvorrichtung entsprechende Zwischenstellungen einnehmen kann, in denen der durch die Absperrvorrichtung freigegebene Strömungsquerschnitt entsprechend der gewünschten Durchflussmenge einstellbar ist. Die Absperrvorrichtung kann zwischen dem Behälter (1) und der Pumpe (3) und/oder zwischen der Pumpe (3) und der Ausbringeinheit (8) vorgesehen sein, insbesondere innerhalb des Verbindungssystems.
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Alternativ kann die Schließstellung über die Pumpvorrichtung (3) gewährleistet werden. Folglich ist sichergestellt, dass keine Substanzen bzw. Fluide unkontrolliert über das Verbindungssystem am Ausbringungsort (12) eingebracht wird, sofern dies über die Ansteuerung der Pumpvorrichtung (3) nicht beabsichtigt ist. Die Pumpvorrichtung (3) bildet demnach gleichzeitig ein entsprechendes Sperrventil aus.
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Insbesondere ist ein Behälter mit einer zu verteilenden Substanz bzw. einem Fluid stromaufwärts zur Pumpe angeordnet. Die in dem Behälter befindliche Substanz kann demnach in die entsprechende Verbindungsleitung strömen, in der optional eine Absperrvorrichtung (2) angeordnet ist. Die Pumpvorrichtung (3) saugt dabei die Substanz bzw. das Fluid aus dem Behälter an.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die mobile Einheit eine Steuerungseinheit umfasst, die zumindest zur Ansteuerung der Pumpvorrichtung (3) eingerichtet ist. Die Steuerungseinheit hat den Vorteil, dass die Verteilung von Substanzen bzw. Fluiden an die Pflanze, z.B. bezüglich Menge, Dauer aber auch Zusammensetzung genau reguliert werden kann.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Steuerungseinheit auch dazu eingerichtet, die Absperrvorrichtung (2, 4) anzusteuern. Insbesondere ist eine separate Ansteuerung der einzelnen Absperrvorrichtung (2, 4) vorgesehen, wodurch die Verteilung bzw. Ausbringung der Substanzen bzw. Fluide für jede Pflanze bezüglich Menge, Dauer und Zusammensetzung reguliert werden kann. Dies ist insbesondere deshalb von Vorteil, da die einzelnen Pflanzen in Abhängigkeit zu ihrem Wachstumsstadium und Reifegrad unterschiedliche Mengen und auch Zusammensetzungen an einzelnen Substanzen bzw. Fluiden benötigen. So ist es beispielsweise offensichtlich, dass Jungpflanzen einen anderen Nährstoffbedarf aufweisen als „ausgewachsene“ Bäume.
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Die Steuerungseinheit kann so beispielsweise die Absperrvorrichtungen ansteuern. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit auch die aktuellen Öffnungsstellungen der Absperrvorrichtung auslesen, beispielsweise mittels adäquater Sensoren.
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Selbiges gilt auch für die Durchflussmesser (9) und Druckminderer (9) im Bereich der Ausbringeinheiten, insbesondere der Lanzen. Die Steuerungseinheit kann beispielsweise den gemessenen Durchfluss oder Druck als Eingangsgröße messen und erhalten und sodann Druck oder Durchfluss als Steuer- oder Regelungsgröße beeinflussen.
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Es hat sich ebenfalls als vorteilhaft erwiesen, wenn die Steuerungseinheit mit zumindest einem Sensor verbunden ist, wobei der zumindest ein Sensor dazu eingerichtet ist, den Durchfluss, die Bodenfeuchte, die Luftfeuchtigkeit, die Lage, die Lichteigenschaften, die Bodennährwerte und/oder die Temperatur zu ermitteln.
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Beispielsweise ist der Sensor zur Ermittlung des Durchflusses (Durchflusssensor, Durchflussmesser) der Verbindungsleitung zugeordnet, die zwischen der Pumpvorrichtung (3) und einer Ausbringeinheit (8) angeordnet ist, sodass sich hierüber die (optionale) entsprechende Absperrvorrichtung (13) gezielt regeln lässt, insbesondere die Strömungsmenge bzw. Durchflussmenge des zugeführten Substrats bzw. Fluids. Darüber hinaus kann ein weiterer Durchflusssensor der Verbindungsleitung zugeordnet sein, die zwischen einem Behälter (1) und der Pumpvorrichtung (3) angeordnet ist, um die Durchflussmenge eines Fluids, bspw. des Wassers zu bestimmen. In Abhängigkeit von der erfassten Strömungsmenge des Wassers durch den jeweiligen Abschnitt der Verbindungsleitung kann die Steuerungseinheit die Mengen an Substrat bzw. Fluid entsprechend regeln, also bspw. die Konzentration des aufzubringenden Substrats bzw. Fluids. Durch den Einsatz von Durchflussmessern (flow meters, FM) wird folglich einer Überwässerung und einer Ressourcenvergeudung vorgebeugt und es kann kontrolliert und gezielt bewässert werden.
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Über den Feuchtigkeitssensor, den Temperatursensor bzw. den Lagesensor kann bzw. können Informationen hinsichtlich des Aufstellungsortes der mobilen Einheit bzw. der Ausbringeinheit (8) erfasst werden, die ebenfalls zur Berechnung der auszubringenden Menge an Substrat bzw. Fluid herangezogen werden. Beispielsweise wird über den Lagesensor der Einfluss der Schwerkraft indirekt erfasst. Auch lässt sich hierüber erfassen, ob die mobile Einheit oder eine (verankerte) Ausbringeinheit (8) unbeabsichtigt bewegt bzw. umgekippt wurde, beispielsweise durch ein Tier, sodass ihre Funktionsfähigkeit eingeschränkt ist.
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In einem Beispiel steht die mobile Einheit schief im Terrain. Durch die Berücksichtigung des Effektes der Gravitation und der Auswirkung auf den Strömungsfluss können unerwünschte Über- und Unterwässerungseffekte ausgeglichen werden.
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Bevorzugterweise werden die entsprechend von den Sensoren erfassten Werte über eine drahtlose Kommunikationseinheit an eine übergeordnete Recheneinheit gesendet, die daraufhin die entsprechenden Berechnungen vornimmt und das Ergebnis über die drahtlose Kommunikationseinheit der mobilen Einheit als Ansteuerungsbefehle für die Steuerungseinheit zurücksendet. Dementsprechend wird die benötigte Rechenleistung ausgelagert, wodurch die mobile Einheit entsprechend energieeffizient betrieben werden kann, da sie keine hohe Rechenleistung aufweist. Die Recheneinheit kann beispielsweise eine dezentrale Recheneinheit sein, wo dieser Effekt abermals verstärkt wird, muss dies aber nicht.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Steuerungseinheit eine dezentrale Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, zumindest die Absperrvorrichtung (2, 4) anzusteuern, zumindest die Ausbringeinheit (8) anzusteuern, Daten vom Sensor zu erhalten, Informationen an ein Benutzerendgerät zu senden und/oder Zugriff auf Datenbanken zu haben, die auf weiteren Recheneinheiten abgelegt sind. Die dezentrale Recheneinheit weist vorzugsweise eine Prozessoreinheit auf, die vorzugsweise selbsttätig überprüft, ob die zugeführten Fluid- und/oder Substanzmenge, insbesondere Wasser- und/oder Düngermengen in einem definierten Bereich liegen. Vorzugsweise ist die dezentrale Recheneinheit derart eingerichtet, dass sie ihre der Berechnung zugrunde gelegten Algorithmen selbsttätig anpasst. Beispielsweise kann hierbei auch ein neuronalen Netzwerk oder ein Machine-Learning-Algorithmus wie beispielsweise eine künstliche Intelligenz zum Einsatz gebracht werden, insbesondere auch trainierbare Models.
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Alternativ können bzw. kann die Absperrvorrichtung, der zumindest ein Sensor und/oder die mobile Einheit derart ausgebildet sein, dass die Rechenleistung lokal zur Verfügung gestellt wird. Insbesondere weist die jeweilige Komponente der mobilen Einheit einen derart effizienten Prozessor auf, dass die für die Berechnungen notwendige Rechenleistung den Energieverbrauch der entsprechenden Komponente nur geringfügig erhöht.
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Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu eingerichtet ist, aufgrund von erhaltenen Daten den Bedarf an Substrat bzw. Fluid, wie bspw. Wasser- und/oder Düngerbedarf zu ermitteln.
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Vorzugsweise umfasst die Steuerungseinheit ein Benutzerendgerät, das dazu eingerichtet ist, Informationen über eine zu bewässernde Pflanze bereitzustellen und/oder Informationen über die mobile Einheit bereitzustellen, insbesondere wobei das Benutzerendgerät eine visuelle Erfassungs- und Verarbeitungsanwendung umfasst, die eingerichtet ist, die zu bewässernde Pflanze automatisch zu erkennen.
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Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Verteilen von Substanzen und Fluiden an Pflanzen, dass die folgenden Schritte umfasst:
- - Bereitstellen einer mobilen Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
- - Positionieren mindestens einer Ausbringeinheit (8) der mobilen Einheit an einem Ausbringungsort (12), insbesondere in einem Bereich einer Wurzel einer Pflanze,
- - Ausgeben zumindest einer Substanz und/oder eines Fluids an den Ausbringungsort (12) über die Ausbringeinheit (8) der mobilen Einheit,
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Die vorliegende Erfindung umfasst auch die Verwendung der hierin beschriebenen mobilen Einheit zum Verteilen von Substanzen und Fluiden an zumindest eine Pflanze. Dabei ist die mobile Einheit besonders zur Verwendung in einem unwegsamen Terrain geeignet.
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Ausführungsbeispiele
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Anhand folgender Figuren und Ausführungsbeispiele wird die vorliegende Erfindung näher erläutert, ohne die Erfindung auf diese zu beschränken.
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Dabei zeigt
- 1: den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen mobilen Einheit.
- 2: die Vorderansicht eines Beispiels für eine mechanische Anordnung des Systems (der mobilen Einheit), umfassend ein Tragegestell bzw. Behälterträger (20) für die Behältnisse (1), einen Mechanismus zur Befestigung am Fahrzeug (22) und eine Schlauchtrommel (10) mit einer schwenkbaren Aufhängung für dieselbe.
- 3: die Rückansicht des Beispiels für eine mechanische Anordnung des Systems aus 2.
- 4: eine schematische Darstellung einer Verteilungseinheit (8) in Form einer Einstichlanze, die drei Ausgänge mit Widerhaken aufweist, wobei die Widerhaken eine lösbare Verbindung mit dem Erdreich ermöglichen und die die Ausgabe von zumindest einer Substanz und/oder einem Fluid ermöglichen und wobei im oberen Abschnitt zur Verteilungseinheit (8) ein Durchflussmesser oder Druckminderer (9) vorgesehen ist.
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Die Erfindung gemäß 1 umfasst mehrere Komponenten, deren Funktion und Zusammenspiel im Folgenden abschnittsweise vorgestellt wird.
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Die Erfindung umfasst ein Behältnis (1), in welchem die Substanz gelagert wird. Es kann aus einem einzelnen oder mehreren Einzelbehältern bestehen, in 1 sind vier IBC Container (1a bis 1d) dargestellt. Diese können am Fahrzeug an einem Ort gebündelt oder aus Gewichtsgründen über das Fahrzeug verteilt werden (z. B. vorne und hinten an einem Traktor). Die Behälter können, müssen aber nicht zum Flüssigkeitsausgleich mit oder ohne Ventil untereinander verbunden sein.
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Das Behältnis (1) ist mit mindestens einem Ventil (beispielsweise zumindest einem Kugelhahn) mit dem weiteren System verbunden. Bei mehreren Behältern schaffen mehrere Ventile (2a bis 2d) die Möglichkeit, verschiedene Fluide bzw. Substanzen auf dem gleichen Fahrzeug zu transportieren und nach Bedarf zu nutzen oder miteinander zu mischen. Dafür kann alternativ zum Kugelhahn beispielsweise ein Ventil mit Durchflussmessung und Steuerung zur exakten Mischung verwendet werden.
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Zudem beinhaltet die Erfindung mindestens eine Pumpeinrichtung (3). Diese dient zum Transport der Substanz, wenn ein forcierter Transport gewünscht oder benötigt ist, beispielsweise weil der atmosphärische Druck nicht ausreichend ist.
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Die Erfindung hat mindestens einen externen Anschluss (5), der über die Ventilschaltung (4) mit der Pumpeinrichtung (3) verbunden ist. Er kann beispielsweise zum Befüllen des Behältnisses (1) oder zum Beimischen von Substanzen während der Nutzung eingesetzt werden. Der Einsatz ist abhängig von der Konfiguration der Ventilschalung (4). Vorteilhaft kann die Konzentration der beizumischenden Substanz über ein Ventil mit Durchflussmessung überwacht und genau dosiert werden.
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Die Ventilschaltung (4), im Beispiel bestehend aus vier Ventilen (4a bis 4d), bietet der Erfindung 16 Schaltungsmöglichkeiten und damit eine diverse Nutzung der Pumpeinrichtung (3) - von denen beispielhaft die interessantesten erklärt werden (nicht weiter erwähnte Ventile werden als geschlossen betrachtet):
- - Befüllen (4a + 4b): Sind die Ventile 4a und 4b geöffnet und ist am externen Anschluss ein ausreichender Druck vorhanden, kann das Behältnis (1) ohne Einsatz der Pumpe gefüllt werden.
- - Forciertes Tanken (4a + 4d): Sind die Ventile 4a und 4d geöffnet, kann die Pumpeinrichtung (3) zum forcierten Füllen eines oder mehrerer Behälter (1a bis 1d). Dies kann nützlich sein, wenn die externe Quelle keinen oder keinen ausreichenden Versorgungsdruck hat.
- - Verteilen (4b + 4c): Sind die Ventile 4b und 4c geöffnet, fördert die Pumpeinrichtung (3) die Substanz aus dem Behältnis (1) in zur Verteilungseinheit (8) bzw. den zusätzlichen Ausgängen (6).
- - Druckgefäß laden (4b): Ist das Ventil 4b geöffnet, wird das Druckgefäß (11) geladen. Dadurch kann die Pumpe (3) sinnvoll arbeiten, auch wenn gerade wenig Substanz ausgegeben wird. Zu einem späteren Zeitpunkt kann der zusätzliche Druck für eine schnellere Ausgabe genutzt werden.
- - Umverteilen: Öffnet man beispielsweise die Ventile 2a und 4b wird Substanz aus Behälter 1a in das Druckgefäß (11) gepumpt. Dieses kann dann nach dem Schließen von 2a und 4b durch Öffnen von z. B. 2b zum Umverteilen von Substanz zwischen den Behältern 1 a bis 1d genutzt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. So sind selbstverständlich auch andere Schaltungsmöglichkeiten in Bezug auf die Absperrmöglichkeiten denkbar.
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Die Erfindung beinhaltet außerdem mindestens einen, vorzugsweise fünf, Ausgang mit individuellen Anschlussmöglichkeiten (6). Damit ist auch eine Nutzung unabhängig von der angeschlossenen Verteilungseinheit (8) möglich.
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Außerdem beinhaltet die Erfindung mindestens ein Überdruckventil (7), welches Bedienungsfehler bei der Ventilschaltung verhindert. So kann die Pumpvorrichtung (3) beispielsweise im Falle einer Zapfwellenpumpe an einem Traktor dauerhaft durchlaufen. Die Zapfwellenpumpe erreicht vorteilhaft eine hohe Schlagkraft.
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Weiterhin umfasst die Erfindung mindestens eine, vorzugsweise zwei, drei, vier, fünf, oder mehr Verteilungseinheit(en) (8). Diese wird genutzt, um die Substanz möglichst zielgenau am Ausbringungsort (12) einzusetzen - beispielsweise in Form einer Einstichlanze zum Bewässern von Pflanzen. Die Einstichlanze hat am Griff zunächst einen ungefähr rechten Winkel, der die Handhabung durch das Personal erleichtert. Der Auslass hat die Form eines Tridentes mit drei oder mehr Öffnungen zur Bewässerung, welcher leicht in das Erdreich eingestochen werden kann und dennoch möglichst wenig verdreckt. Durch die Vielzahl an Öffnungen wird der Mündungsdruck aber nicht das Auslassvolumen reduziert, wodurch effektiv bewässert werden und gleichzeitig das Risiko des Freispülens von Wurzeln reduziert werden kann. Eine Detaildarstellung zeigt 4.
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Die Erfindung umfasst außerdem mindestens einen Durchflussmesser (9), vorzugsweise einen pro Verteilungseinheit. Dieser ermöglicht es eine exakte Menge der Substanz auszugeben. Beispielsweise können Pflanzen damit bedarfsgerecht bewässert werden. Dies kann über zusätzliche Sensorik automatisiert erfolgen. Beispielsweise durch Messdaten der Bodenfeuchtigkeit. Der Druckmesser (9) kann zusätzliche die Möglichkeit bieten, die Durchflussmenge zu stellen. So können beispielsweise Pflanzen mit verschiedenen Bedarfen gleichzeitig und dennoch bedarfsgerecht versorgt werden.
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Weiterer Bestandteil der Erfindung ist mindestens eine Schlauchtrommel (10), vorzugsweise eine pro Verteilungseinheit, welche die Verteilungseinheit (8) mit dem Pumpsystem verbindet. Diese hat eine große Länge (vorzugsweise zumindest 40 m) und ermöglicht damit einen einfachen Einsatz auch an Stellen, welche mit dem Fahrzeug nicht erreichbar sind und entlastet gleichzeitig das Bedienungspersonal. Eine mögliche, automatische Einrollfunktion erleichtert die Arbeit zusätzlich.
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Die Erfindung beinhaltet außerdem ein Druckgefäß (11). In der einfachen Ausführung ist das Druckgefäß (11) ein Druckausgleichsbehälter. Darüber hinaus ist auch ein Druckbehälter möglich (dann mit zusätzlichem Ventil) um den Druck beispielsweise an den Verteilungseinheiten (8) kurzzeitig über den Druck der Pumpe hinaus zu erhöhen.
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Darüber hinaus ist die mechanische Anordnung des Systems (der mobilen Einheit), wie in 2 und 3 Bestandteil der Erfindung. Das Tragegestell bzw. Behälterträger (20) für die Behältnisse (1) kann aus konventionellen Profilen aufgebaut bzw. dazu montiert, bspw. verschweißt werden und ist daher günstig herzustellen und leicht an abweichende Behältergrößen oder Behälteranzahl anzupassen. Es eignet sich besonders für die Anbringung an einem Traktor mit Zugang zur Zapfwelle. Der Mechanismus zur Befestigung am Fahrzeug (22) kann individuell angepasst und ausgetauscht werden. Der Umbauaufwand an einem bestehenden Fahrzeug wird so reduziert und es ist kein Sonderfahrzeug für diesen speziellen Zweck notwendig. Das Tragegestell (20) kann damit leicht an verschiedenen Fahrzeugen angewendet werden.
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Die Modularität ermöglicht es, beispielsweise ein Tragegestell (20) vorne und eins hinten am Fahrzeug zu befestigen. Das erhöht das transportierbare Volumen und schafft gleichzeitig einen Gewichtsausgleich am Fahrzeug. Dies kann durch den bereits erwähnten, aktiven oder passiven Flüssigkeitsausgleich zwischen den Behältern durch Schläuche/Rohre unter dem oder durch das Fahrzeug unterstützt werden.
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Des Weiteren bietet das Tragegestell (20) Halterungsmöglichkeiten für mindestens eine Verteilungseinheit (8) und Schlauchtrommel (10), vorzugsweise je eine pro Behälter. Die Anbringung außen am Tragegestell reduziert den Arbeitsaufwand - beim Erreichen des Bestimmungsortes kann direkt mit der Arbeit begonnen werden. Die schwenkbare Aufhängung der Schlauchtrommeln (10) erleichtert das Ab- und Aufrollen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Behältnis
- 2
- Behälterventil
- 3
- Pumpvorrichtung
- 4
- Pumpenventil
- 5
- Externe Einspeisung
- 6
- Zusätzliche Ausgänge mit Ventilen und individuellen Anschlussmöglichkeiten
- 7
- Überdruckventil
- 8
- Verteilungseinheit
- 9
- Durchflussmesser und Druckminderer
- 10
- Schlauchtrommel
- 11
- Druckbehälter
- 12
- Ausbringungsort, hier Pflanze bzw. Jungpflanze
- 13
- Absperrvorrichtung
- 20
- Tragegestell
- 21
- Halterung Verteileinheit
- 22
- Mechanismus zur Befestigung am Fahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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