DE102022103964A1

DE102022103964A1 - Vorrichtung, mobile Einheit und Verfahren zum Injizieren flüssiger Wirkstoffe in die Gefäßbahnen verholzter Pflanzen

Info

Publication number: DE102022103964A1
Application number: DE102022103964.1A
Authority: DE
Inventors: Heinz Seibert; Thorsten Pollatz; Patrick Clemens
Original assignee: RLP AGROSCIENCE GmbH; Clemens GmbH and Co KG
Current assignee: RLP AGROSCIENCE GmbH; Clemens GmbH and Co KG
Priority date: 2022-02-20
Filing date: 2022-02-20
Publication date: 2023-08-24
Also published as: WO2023156640A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1), eine mobile Einheit (2) mit einer solchen Vorrichtung (1) und ein Verfahren zum Injizieren flüssiger Wirkstoffe in die Gefäßbahnen verholzter Pflanzen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) umfasst eine Halteeinrichtung (66) zum Fixieren der Vorrichtung (1) gegenüber dem Stamm der Pflanze während des Injizierens und mindestens eine Injektionseinrichtung (60) mit einer in die Gefäßbahnen einführbaren Injektionsdüse (61), welche mit dem Wirkstoff beaufschlagbar ist, sowie mindestens eine Bohreinrichtung (50) mit einem Bohrwerkzeug (51) zum Einbringen einer Bohrung bis in den Bereich der Gefäßbahnen. Um die Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit beim Injizieren der Pflanzen zu verbessern, sieht die Erfindung erste Mittel vor zum reversiblen Verstellen der mindestens einen Bohreinrichtung (50) zwischen einer ersten Position, in der das Bohrwerkzeug (51) fluchtend zur einzubringenden Bohrung angeordnet und auf den Stamm der Pflanze absenkbar ist, und einer zweiten Position, in der das Bohrwerkzeug (51) nicht mit der Bohrung fluchtet, sowie zweite Mittel zum reversiblen Verstellen der mindestens einen Injektionseinrichtung (60) zwischen einer ersten Position, in der die Injektionsdüse (61) nicht mit der Bohrung fluchtet, und einer zweiten Position, in der die Injektionsdüse (61) fluchtend zur Bohrung angeordnet und in die Bohrung einführbar ist.

Description

Gebiet der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Injizieren flüssiger Wirkstoffe in die Gefäßbahnen verholzter Pflanzen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine mobile Einheit mit einer solchen Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13 sowie ein Verfahren zum Injizieren flüssiger Wirkstoffe in die Gefäßbahnen verholzter Pflanzen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 17.
Stand der Technik
Vorrichtungen und Verfahren der genannten Art dienen in erster Linie dem Schutz von Pflanzen vor Schädlings- und Pilzbefall oder sonstiges Krankheiten, können jedoch auch zur Applikation von Pflanzenstärkungsmitteln eingesetzt werden. Vor allem im Bereich der Kulturpflanzen wie zum Beispiel Obstbäume und Weinreben kommt dem Pflanzenschutz eine große Bedeutung zu, da Qualität und Ertrag ohne geeigneten Pflanzenschutz nicht gewährleistet sind.
Eine bekannte Pflanzenschutzmaßnahme besteht darin, Wirkstoffe im Wege des Sprühens zu applizieren, wobei ein erzeugter Sprühnebel die zu behandelnden Pflanzen an ihrer Oberfläche benetzt. Die Behandlung der Pflanze beschränkt sich somit auf eine rein äußerliche Anwendung, mit der Folge, dass bereits ins Innere der Pflanze gelangte Krankheitskeime nicht behandelbar sind. Zudem kann mit dieser Vorgehensweise nicht verhindert werden, dass Pflanzenschutzmittel beim Aufsprühen auf die Pflanzen in die Umwelt gelangen und dort zu einer toxikologischen Belastung führen.
Um die negativen Auswirkungen des Pflanzenschutzes auf die Umwelt zu vermindern, ist man auch schon dazu übergegangen, Wirkstoffe durch Injizieren in die Gefäßbahnen der Pflanzen zu applizieren. Der Vorteil liegt in einer gezielten, auf das Pflanzeninnere beschränkten Behandlung mit einer exakt dosierbaren Menge an Pflanzenschutzmittel. Einer unkontrollierten Emission von toxikologischen Stoffen in die Umwelt wird dadurch vorgebeugt.
Beispielsweise ist aus der EP 0 111 254 A1 eine Vorrichtung bekannt, bei der zu Injektion eines Wirkstoffs in die Gefäßbahnen einer Pflanze eine Kanüle mit Außengewinde in den Pflanzenstamm eingeschraubt wird. Auf dem äußeren Ende der Kanüle sitzt eine Zylinderkolbeneinheit, deren Kolben über eine Kolbenstange und damit verbundenen seitlichen Federn zur Erzeugung einer Vorschubkraft vorgespannt wird. Der auf diese Weise in der Zylinderkolbeneinheit erzeugte hydrostatische Druck bewirkt das Injizieren des Wirkstoffs. Die damit einhergehende, größtenteils händische Vorgehensweise erweist sich jedoch bei der Behandlung einer großen Anzahl an Pflanzen wie zum Beispiel in Plantagen als wenig praktikabel, da der Arbeitsaufwand den erzielbaren Gesamtnutzen in Frage stellt.
Ferner ist in der DE 10 2016 105 954 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren beschrieben, bei dem durch Automatisierung des Injektionsvorgangs die Wirtschaftlichkeit des Pflanzenschutzes effizient gesteigert wird. Offenbart werden eine Vorrichtung und ein Verfahren, bei denen einer Pflanze mittels einer Injektionseinheit flüssiger Wirkstoff in die Gefäßbahnen injiziert wird. Die Injektionseinheit ist an einer fahrbaren Einheit angeordnet, mit der sie von Pflanze zu Pflanze umgesetzt wird. Der Injektionsvorgang läuft mit Hilfe einer elektronischen Steuerung teil- oder vollautomatisch ab.
Aus der US 4,176,495 ist außerdem eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Injizieren chemischer Substanzen in den Stamm eines zu behandelnden Baumes bekannt, wobei mit Hilfe eines Hohlbohrers ein Loch in den Stamm gebohrt wird. Im Zuge des Zurückziehens des Hohlbohrers wird durch den Kanal im Kern des Hohlbohrers das Bohrloch mit der chemischen Substanz befüllt. Die Apparatur zum Positionieren und Antreiben des Bohrers sowie zum Injizieren der chemischen Substanz ist an einem Fahrzeug angeordnet.
Zusammenfassung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Vorgang des Injizierens von Wirkstoffen in die Gefäßbahnen von Pflanzen weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer mobilen Einheit mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, das Injizieren eines Wirkstoffs in die Gefäßbahnen von Pflanzen derart weiterzuentwickeln, dass eine Anwendung nicht nur auf eine kleine Auswahl von Pflanzen beschränkt ist, sondern auch in großtechnischem Umfang bei einer Vielzahl von Pflanzen anwendbar ist, beispielsweise in Obstplantagen oder im Weinbau, ohne dass dabei die Qualität des Injektionsvorgangs beeinträchtigt wird. In Umsetzung dieses Gedankens sieht die Erfindung eine Kombination aus Bohren und Injizieren in das Bohrloch vor, wobei diese Vorgänge vollautomatisiert ablaufen können, also ohne die Notwendigkeit eines Bedieners vor Ort. Daneben umfasst die Erfindung aber auch Ausführungsformen, bei denen der Injektionsvorgang teilautomatisiert durchgeführt wird, wobei mindestens ein Verfahrensschritt von einer Person ausgeführt wird.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt mindestens eine Bohreinrichtung mit einem Bohrwerkzeug zum Einbringen einer Bohrung bis in den Bereich der Gefäßbahnen und mindestens eine Injektionseinrichtung zum Injizieren flüssiger Wirkstoffe in diese Bohrung, wobei die Bohreinrichtung und Injektionseinrichtung im Wechsel eine erste Position, in der das Bohrwerkzeug fluchtend zur einzubringenden Bohrung angeordnet ist, und eine zweite Position, in der Injektionsdüse fluchtend zur Bohrung angeordnet ist, einnehmen. Der Wechsel zwischen den beiden Positionen läuft elektronisch gesteuert ab, so dass eine gleichbleibend hohe Qualität der Injektion bei kurzen Zykluszeiten gewährleistet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Bohreinrichtung und/oder Injektionseinrichtung auf einem für den Wechsel zwischen erster und zweiter Position geführten Tragelement angeordnet. Dadurch können Bohreinrichtung und/oder Injektionseinrichtung mit großer Präzision über der Injektionsstelle positioniert werden.
In erfinderischer Weiterbildung dieser Ausführungsform sitzen Bohreinrichtung und Injektionseinrichtung in definiertem seitlichem Abstand auf einem gemeinsamen Tragelement. Da der definierte seitliche Abstand dem Abstand zwischen erster Position und zweiter Position entspricht, wird allein durch Verstellen des gemeinsamen Tragelements eine exakte Positionierung erreicht. Dazu genügt lediglich ein einziger Antrieb, so dass die Vorrichtung einfacher und kompakter konstruiert werden kann.
Vorzugsweise sind Bohreinrichtung und/oder Injektionseinrichtung derart an der Vorrichtung gelagert, dass das Bohren und Injizieren in den Pflanzenstamm nicht horizontal ausgeführt wird, sondern leicht schräg nach unten in einem Winkel a gegenüber der Horizontalen. Mit dieser Maßnahme wird sichergestellt, dass der Wirkstoff nach erfolgter Injektion nicht aus dem Bohrloch tritt. In diesem Sinne wird erfindungsgemäß ein Winkel a zwischen 15° und 25° bevorzugt, insbesondere mit 20°.
Darüber hinaus kann die Bohreinrichtung und/oder Injektionseinrichtung derart an der Vorrichtung gelagert sein, dass das Bohrloch nicht radial zur Stammachse weist, sondern tangential zur Stammachse verläuft. Da der Wirkstofftransport in den äußeren Umfangsbereichen eines Pflanzenstamms stattfindet, wird auf diese Weise eine längere Aufnahmestrecke im Bohrloch erreicht, über welche der Wirkstoff vom Stamm aufgenommen wird.
Vorteilhafterweise ist die Bohreinrichtung zum Einbringen der Bohrung in den Pflanzenstamm in einer Linearführung verschieblich gelagert und mittels eines Aktors auf den Pflanzenstamm absenkbar. Durch die Linearführung wird gewährleistet, dass auch nach einer Vielzahl von Injektionen die Richtung und Tiefe der Bohrung konstant bleiben.
Bevorzugt ist es ferner, eine Bohrung nicht in einem Schritt durch einmaliges Absenken des Bohrwerkzeugs herzustellen, sondern durch mehrmaliges Bohren in dasselbe Bohrloch mit jeweils zunehmender Bohrlochtiefe. Auf diese Weise wird die Gefahr minimiert, dass im Bohrloch verbleibende Bohrspäne den Injektionsvorgang behindern.
Die Dosierung des Wirkstoffs erfolgt bevorzugt mittels einer Dosierpumpe oder eine Dosierzylinders, die eine exakte Dosierung von Menge und Druck des Wirkstoffs pro Zeiteinheit erlauben und dadurch den Erfolg der Pflanzenbehandlung herbeiführen. Als geeignete Parameter bei der Injektion eines Wirkstoffs haben sich beispielsweise folgende Wirkstoffmengen pro Injektion als vorteilhaft erwiesen:

- Wirkstoffmenge mindestens 60 ml und/oder
- Injektionszeit von 30 sec bis 60 sec und/oder
- Injektionsdruck zwischen 1,0 und 3,0 bar, insbesondere zwischen 1,5 bar und 2,5 bar.

In einer einfachen Ausführungsform der Erfindung wird zur Fixierung des Pflanzenstamms während der Injektion eine bewegliche erste Klemmbacke mit einer ersten Klemmfläche gegen eine zweite Klemmfläche gespannt, die starr an der Vorrichtung angeordnet sein kann. Demgegenüber bevorzugt ist es jedoch, wenn auch die zweite Klemmfläche Teil einer beweglichen Klemmbacke ist, so dass ein Stamm von den Klemmbacken in schonender Art und Weise synchron, zeitgleich und mit einheitlicher Kraft an den sich gegenüberliegenden Stammseiten ergriffen wird.
Zur Zentrierung des Stamms gegenüber den Klemmflächen ist vorteilhafterweise mindestens eine Klemmfläche konkav ausgebildet. Die andere Klemmfläche kann ebenfalls konkav ausgebildet sein oder aber plan oder konvex. Um eine Art Verriegelung der Klemmflächen beim Schließen zu erreichen, ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, an den sich gegenüberliegenden Klemmflächen Bereiche mit Erhebungen und Vertiefungen in den Klemmflächen vorzusehen, die beim Schließen der Klemmbacken kammartig ineinandergreifen.
Zur weiteren Zentrierung des Pflanzenstamms in der Halteeinrichtung besitzt eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise ein Anschlagelement, das in der Symmetrieebene zwischen den Klemmbacken angeordnet ist und beim Heranführen der Vorrichtung an dem Pflanzenstamm den Mindestabstand zwischen Vorrichtung und Stamm bestimmt.
Als vorteilhaft erweist sich ferner, wenn Bohreinrichtung und/oder Injektionseinrichtung an der Halteeinrichtung angeordnet sind. Dadurch wird sichergestellt, dass sich die Bohreinrichtung und/oder Injektionseinrichtung nicht während des Bohrens bzw. Injizierens relativ gegenüber der Halteeinrichtung bewegt.
In vorteilhafter Weiterbildung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, die Bohreinrichtung und/oder Injektionseinrichtung an der Rückseite der Klemmbacken vorzusehen, wobei eine Zugänglichkeit zum Pflanzenstamm über Öffnungen in der Klemmbacke realisiert wird. Diese Ausführungsform zeichnet sich neben einer einfacheren und kompakten Bauweise nicht zuletzt durch ein geringes Gewicht aus.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorteilhafterweise mittels eines Ausgleichsgelenks am Tragarm einer mobilen Einheit montiert. Das Ausgleichsgelenk verfügt dabei über elastisch wirkende Rückstellelemente, die beim Heranführen der Vorrichtung an einen Pflanzenstamm eine erste Anpassung der Vorrichtung an die vorhandenen Verhältnisse erlaubt. Beispielsweise kann ein schräger Wuchs des Stamms mit Hilfe des Ausgleichsgelenks ausgeglichen werden.
Zur autonomen Orientierung der mobilen Einheit im Gelände zwischen den zu behandelnden Pflanzen ist eine mobile Einheit vorzugsweise mit einer Sensoreinrichtung und einer elektronischen Datenverarbeitungs- und Steuerungseinheit ausgerüstet, mittels der die Position eines Pflanzenstamms relativ zur mobilen Einheit ermittelt und daraus Steuersignale für die mobile Einheit, den Tragarm und der Vorrichtung errechnet werden können, so dass das Injizieren einer Vielzahl von Pflanzen ohne den Einsatz von Personal möglich ist.
In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verfügt die Sensoreinrichtung über ein optisches Bilderfassungs- und -erkennungssystem, mit dem während des Injizierens Daten über den Zustand der jeweiligen Pflanze gewonnen und gespeichert werden. In Weiterbildung dieser Ausführungsform ist es möglich, die Injektion von Wirkstoff vom tatsächlichen Zustand einer Pflanze abhängig zu machen.
Ohne sich darauf einzuschränken wird die Erfindung nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung offenbar werden.
Figurenliste
Es zeigt

1 eine Schrägansicht auf eine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüsteten mobilen Einheit,
2 eine Schrägansicht auf einen zwischen mobiler Einheit und erfindungsgemäßer Vorrichtung angeordneten Tragarm,
3 eine Schrägansicht auf ein zwischen Tragarm und erfindungsgemäßer Vorrichtung angeordnetes Ausgleichsgelenk,
4 eine Seitenansicht des in 3 dargestellten Ausgleichsgelenks,
5 eine Schrägansicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
6 einen Ausschnitt in größerem Maßstab der in 5 links dargestellten Klemmbacke,
7 eine Draufsicht auf die in 5 dargestellte Vorrichtung, und
8 eine Seitenansicht der in 5 dargestellten Vorrichtung.

Beschreibung der Ausführungsformen
1 zeigt im Überblick eine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ausgerüstete mobile Einheit 2 in Form eines Raupenfahrzeugs; deren einzelne Komponenten sind Gegenstand der 2 bis 8. Die mobile Einheit 2 besteht im Wesentlichen aus einem Chassis 3 mit beidseitig vorgesehenen Raupenketten 4 zur Fortbewegung auf einem nicht weiter dargestellten Untergrund wie beispielsweise einer Obstplantage oder einem Weinberg. Die Fahrtrichtung der mobilen Einheit 2 im Betrieb entspricht der x-Achse eines in 1 abgebildeten orthogonalen Koordinatensystems, dessen y-Achse horizontal quer zur Fahrtrichtung weist und dessen z-Achse mit der Schwerkraftrichtung zusammenfällt. Das Chassis 3 dient als Basis zur Aufnahme und Befestigung notwendiger Funktionskomponenten wie zum Beispiel dem Antrieb, der wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel von einem akkubetriebenen Elektromotor oder einem Verbrennungsmotor gebildet sein kann, sowie Komponenten zur Steuerung der mobilen Einheit 2, wozu unter anderem eine elektronische Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung 5 gehört. Weitere Funktionskomponenten betreffen unter anderem Druckmittelbehälter, Pumpe, Druckleitungen, Drucksensoren, Ventile etc. als Teile eines hydraulischen Systems zur Betätigung von Aktoren.
Die mobile Einheit 2 besitzt ferner eine Sensoreinrichtung 6, die unter anderem das räumliche Umfeld vor, seitlich und gegebenenfalls auch hinter der mobilen Einheit 2 erfasst. Zu diesem Zweck besitzt die Sensoreinrichtung 6 in dem in Fahrtrichtung vorderen Bereich der mobilen Einheit 2 eine Einheit zur Abstandsmessung, die mittels Laufzeitmessung elektromagnetischer Wellen (Lidar, Radar, Ultraschall und dergleichen) die Entfernung zu Körpern wie zum Beispiel zum Stamm einer Pflanze, zu Hindernissen, Personen etc. im Umfeld der mobilen Einheit 2 misst und die gewonnenen Daten an die Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung 5 übermittelt. Optional kann die Navigation der mobilen Einheit 2 durch Ergänzung mit einem gps-Empfänger unterstützt werden. Mit Hilfe der Steuerungseinrichtung 5 und Sensoreinrichtung 6 ist die mobile Einheit 2 in der Lage, sich autonom entlang einer Pflanzenreihe zu bewegen, zwischen den Pfalzenreihen zu wechseln oder gezielt auf Basis von in der Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung 5 hinterlegten Datensätzen vorab definierte Pflanzen anzufahren.
Als weitere Funktionskomponente besitzt die mobile Einheit 2 ein optisches Bilderfassungs- und -erkennungssystem 8, das in der Lage ist, den Ist-Zustand einer Pflanze zu erfassen. Auf Basis der so gewonnen Daten kann eine Phänotypisierung vorgenommen werden, im Zuge der das Erscheinungsbild der Pflanze analysiert und vermessen wird. In diesem Zusammenhang ist es möglich, die individuelle Behandlung einer Pflanze mit Wirkstoff vom aktuellen Zustand der Pflanze abhängig zu machen.
Weitere Funktion des Chassis 3 ist das Mitführen von Vorratsbehältern 58, aus denen die Vorrichtung 1 mittels Dosierpumpen 7 mit Wirkstoff versorgt wird. Gemäß besonderer Ausführungsformen können auch zusätzlich Mittel zur Desinfektion und/oder Mittel zur Nachbehandlung der Injektionsstellen mitgeführt werden.
An der in Fahrtrichtung vorderen Seite der mobilen Einheit 2 ist eine Halterung 9 vorgesehen, in der ein Tragarm 10 in Richtung der y-Achse und damit quer zur Fahrtrichtung verschieblich gelagert ist. An dem einen Ende des Tragarms 10 sitzt unter Zwischenschaltung eines Ausgleichsgelenks 11 die erfindungsgemäße Vorrichtung 1.
Insbesondere aus 2 geht hervor, dass die Halterung 9 im Wesentlichen aus einer am Chassis 3 befestigten Konsole 12 mit Führungsprofil 13 besteht. Im Führungsprofil 13 ist der Tragarm 10 auf Wälzlagern längsverschieblich gelagert. Eine an der Halterung 9 und dem Tragarm 10 angelenkte Zylinderkolbeneinheit 14 ermöglicht dabei ein reversibles Verstellen des Tragarms 10 zwischen einer ersten Stellung, in der die Vorrichtung 1 zum Umsetzen von Pflanze zu Pflanze in Richtung der mobilen Einheit 2 eingefahren ist, und einer zweiten Stellung, in der die Vorrichtung 1 zur Ausführung der Injektion in den Bereich des Stammes einer Pflanze ausgefahren ist. Die dazu erforderlichen Steuerimpulse kommen von der Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung 5.
Das der Vorrichtung 1 zugewande Ende des Tragarms 10 ist von einer aufrechten Kopfplatte 15 gebildet, die unter Zwischenschaltung des in den 3 und 4 dargestellten Ausgleichsgelenks 11 zum Anschluss der Vorrichtung 1 dient. Das Ausgleichsgelenk 11 ermöglicht eine selbsttätige Anpassung der Vorrichtung 1 an die naturbedingten Unterschiede im Pflanzenwuchs sowie im Verlauf der Geländeoberfläche.
Die 3 und 4 zeigen, dass das Ausgleichsgelenk 11 ebenfalls eine Kopfplatte 16 aufweist, in die Langlöcher 17 zur höhenverstellbaren Befestigung an der Kopfplatte 15 des Tragarms 10 eingebracht sind. Mittig aus der Kopfplatte 16 steht ein Torsionsfederelement 18 mit zwei im Querschnitt rechteckförmigen, insbesondere quadratischen Hohlzylindern 19, 20, die axial ineinander gesteckt sind, wobei zwischen deren Umfangsflächen ein elastisches, ebenfalls hohlzylindrisches Element 21 angeordnet ist.
Das Torsionsfederelement 18 setzt sich in einem Axialfederelement 67 fort mit zwei sich im Abstand gegenüberliegenden Scheiben 22, 23, die über zwei den maximalen Abstand begrenzenden Zug- und Führungsbolzen 24 miteinander verbunden sind. Zwei auf den Zug- und Führungsbolzen 24 sitzenden und zwischen den Scheiben 22 und 23 vorgespannte Druckfedern 25 halten die beiden Scheiben 22 und 23 in dem durch die Zug- und Führungsbolzen 24 vorgegebenen Abstand. Die endseitige Scheibe 23 weist an ihrer Anschlussseite zur Vorrichtung 1 ein von zwei im lichten Abstand vertikal übereinander liegenden Lagerblechen 26 gebildetes vertikales Schwenklager auf, das zum gelenkigen Anschluss der Vorrichtung 1 dient. Zu beiden Seiten der Lagerbleche 26 ist jeweils ein elastischer Puffer 57 angeordnet, der die Schwenkbewegung der Vorrichtung 1 um das Schwenklager begrenzt.
Die Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Injizieren des Wirkstoffs geht aus einer Gesamtschau der 5 bis 8 hervor. Die Vorrichtung 1 weist ein etwa kastenförmiges Gehäuse 30 auf mit einer Rückwand 31, zwei Seitenwänden 32, einer Bodenplatte 33 und einer Deckplatte 34, wobei die Bodenplatte 33 und Deckplatte 34 einen Überstand über die Seitenwände 32 in y-Richtung ausbilden. In y-Richtung besitzt das Gehäuse 30 keine Wand, ist also offen. An der Außenseite der Rückwand 31 sind im lichten Abstand vertikal übereinander zwei Lagerbleche 64 angeordnet, die zum schwenkbaren Anschluss an das Ausgleichsgelenk 11 im Zusammenwirken mit den dortigen Lagerblechen 26 eine vertikale Achse 65 aufnehmen.
Im Bereich des Überstands sind in die Bodenplatte 33 zwei in x-Richtung beabstandete untere Schwenklager 35, 35' eingelassen, die zusammen mit zwei oberen Schwenklagern 36, 36' im Bereich des Überstands der Deckplatte 34 jeweils eine in y-Richtung verlaufende Schwenkachse 37, 37' aufnehmen, an denen die Klemmbacken 38, 38' einer Halteeinrichtung 66 schwenkbar gelagert sind. Die Halteeinrichtung 66 dient der Fixierung der Vorrichtung 1 gegenüber dem Stamm einer Pflanze während des Injizierens, wobei die beiden Klemmbacken 38, 38' den Stamm klemmend zwischen sich aufnehmen.
Die beiden Klemmbacken 38, 38' weisen im Wesentlichen einen zur yz-Ebene symmetrischen Aufbau auf mit jeweils einer länglichen Montageplatte 39, 39', deren einander zugewandte Vorderseiten gegenüber einer Vertikalebene um einen Winkel α geneigt sind. Der Winkel α entspricht der Abweichung der Bohr- und Injektionsrichtung gegenüber der Horizontalen und liegt vorzugsweise zwischen 15° und 25°; im vorliegenden Fall beträgt der Winkel α 20°. Endseitig weisen die Montageplatten 39, 39' an ihren Rückseiten jeweils Aufkantungen 40, 40' auf, die wie später beschrieben Teil einer Linearführung 43, 43' sind. Das dem Gehäuse 30 zugewandte Ende einer Montageplatten 39, 39' ist jeweils mittels unterer Buchsen 28, 28' und oberer Buchsen 29, 29' an die jeweilige vertikale Schwenkachse 37, 37' angeschlossen, so dass die Montageplatten 39, 39' und damit die Klemmbacken 38, 38' um die Achsen 37, 37' schwenkbar sind.
Der Antrieb der Klemmbacken 38, 38' erfolgt über eine Zylinderkolbeneinheit 54, die mit ihrem Zylinder im Bereich der Bodenplatte 33 am Gehäuse 30 und mit ihrem beweglichen Kolben an einem starren Hebel 55 an der drehbar auf der Schwenkachse 37, 37' sitzenden unteren Buchse 28 angelenkt ist. Eine synchron gegenläufige Schwenkbewegung der beiden Klemmbacken 38, 38' wird durch einen Zug- und Druckstab 56 erreicht, der sich zwischen starren Hebeln an den oberen Buchsen 29, 29' und starren Hebeln an den unteren oberen Buchse 28, 28' erstreckt (5).
An der Vorderseite der beiden Klemmbacken 38, 38' ist jeweils ein keilförmiges Klemmteil 41, 41' befestigt, dessen dem Pflanzenstamm zugewandte Klemmfläche 42, 42' infolge der Keilform die Neigung der Montageplatten 39, 39' ausgleicht. Die Klemmflächen 42, 42' verlaufen also im Wesentlichen vertikal und gewährleisten zusammen mit einer in horizontaler Richtung konkaven Ausbildung der Klemmflächen 42, 42' eine sichere Klemmung des Pflanzenstamms während der Injektion.
Sowohl die Montageplatten 39, 39' als auch die Klemmteile 41, 41' weisen in ihrem zentralen Bereich eine sich schlitzförmig erstreckende Durchgangsöffnung 27, 27' auf, deren Funktion später erläutert wird.
Die Rückseiten der Montageplatten 39, 39' sind als in etwa horizontal verlaufende Linearführung 43, 43' ausgebildet. Zu diesem Zweck sind die sich gegenüberliegenden Aufkantungen 40, 40' über parallele Führungsstangen 44, 45 und 44', 45' verbunden. Auf den Führungsstangen 44, 45 und 44', 45' sitzt ein zwischen den Aufkantungen 40, 40' verschiebliches plattenförmiges Tragelement 46, 46', das zu diesem Zweck von zwei Durchgangsbohrungen durchsetzt ist, in denen die Führungsstangen 44, 44' und 45, 45' verlaufen. Das Tragelement 46, 46' kann mittels eines Spindeltriebs 47, 47' entlang der Linearführung 43, 43' zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position verschoben werden, wobei eine von einem Drehantrieb 48, 48' angetriebene Gewindestange 49, 49' mit dem Gewinde einer zwischen den Führungsstangen 44, 45 und 44', 45' parallel verlaufenden Gewindebohrung zusammenwirkt.
An der Rückseite des Tragelements 46, 46' sind eine Bohreinrichtung 50, 50' mit Bohrwerkzeug 51, 51' und in seitlichen Abstand parallel zur Linearführung 43, 43' eine Injektionseinrichtung 60, 60' mit Injektionsdüse 61, 61' angeordnet. Die Bohreinrichtung 50, 50' ist mit Hilfe einer Zylinderkolbeneinheit 52, 52' entlang einer Säulenführung 53, 53' senkrecht zur Rückseite der Montageplatte 39, 39' verstellbar und damit das Bohrwerkzeug 51, 51' um den Kolbenhub absenkbar bzw. anhebbar.
Die Injektionseinrichtung 60, 60' umfasst eine an der Rückseite des Tragelements 46, 46' sitzende Zylinderkolbeneinheit 62, 62', deren beweglicher Kolben 63, 63' eine axiale Durchgangsbohrung aufweist. An deren unterem Ende befindet sich die Injektionsdüse 61, 61' und deren oberes Ende ist über eine Druckleitung mit Wirkstoff beaufschlagbar. Der Kolben 63, 63' ist senkrecht zur Rückseite der Montageplatte 39, 39' hydraulisch verstellbar ist und damit die Injektionsdüse 61, 61' (6) um den entsprechenden Hub absenkbar bzw. anhebbar.
Im Zuge der Absenkbewegung der Bohreinrichtung 50, 50' bzw. der Injektionseinrichtung 60, 60' dringt das Bohrwerkzeug 51, 51' bzw. die Injektionsdüse 61, 61' durch die zentrale schlitzförmige Durchgangsöffnung 27, 27' der Klemmbacken 38, 38' hindurch in den Bereich des Pflanzenstamms und dient dabei als Anschlag.
Am Gehäuse 30 ist ferner ein in y-Richtung wirksames Anschlagelement 59 angeordnet, das vom Gehäuseinneren ausgehend bis etwa mittig zwischen die beiden Klemmbacken 38, 38' reicht. Im Zuge der Ausfahrbewegung des Tragarms 10 kommt das Anschlagelement 59 in Kontakt mit dem Pflanzenstamm.
Im Betrieb bewegt sich die mobile Einheit 2 mit Hilfe der Sensoreinrichtung 6 zur Erfassung der Umgebung mittels Abstandsmessung autonom entlang einer Reihe zu behandelnder Pflanzen. Dabei befindet sich der Tragarm 10 mit Vorrichtung 1 in einer in Richtung zur mobilen Einheit 2 zurückgefahrenen ersten Stellung, die Klemmbacken 38, 38' der Halteeinrichtung 66 sind geöffnet, die Tragelemente 46, 46' mit den angehobenen Bohreinrichtungen 50, 50' und angehobenen Injektionseinrichtungen 60, 60' sind in eine erste Position gefahren, in der die Bohrwerkzeuge 51, 51' mit den einzubringenden Injektionsbohrungen fluchten. Die Umgebung wird mit Hilfe der Sensoreinrichtung 6 und Einheit zur Abstandsmessung kontinuierlich abgetastet und dabei vor und seitlich der mobilen Einheit 2 befindliche Pflanzen, Hindernisse und dergleichen nach Abstand und Winkel zur mobilen Einheit 2 erfasst und die entsprechenden Daten an die Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung 5 übermittelt. Gleichzeitig werden mittels des optischen Bilderfassungs- und - erkennungssystems 8 Daten über den Ist-Zustand der Pflanzen gewonnen und gegebenenfalls in der Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung 5 ausgewertet.
Stellt die Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung 5 fest, dass sich der Stamm einer zu behandelnden Pflanze in Verlängerung des Tragarms 10 befindet, wird die Fahrt der mobilen Einheit 2 unterbrochen und es wird durch entsprechende Ansteuerung der Zylinderkolbeneinheit 14 der Tragarm 10 in eine zweite Stellung gefahren, in der der Pflanzenstamm zwischen den noch offenen Klemmbacken 38, 38' und dem Anschlagelement 59 zentriert zu liegen kommt. Das Erreichen der zweiten Stellung des Tragarms 10 wird der Steuerungseinrichtung 5 über entsprechende Sensoren gemeldet.
Im nächsten Schritt schließt die Steuerungseinrichtung 5 die Klemmbacken 38, 38' durch Aktivierung der Zylinderkolbeneinheit 54, was eine Klemmung des Pflanzenstamms zur Folge hat, mit dem Ziel, die relative Lage der Vorrichtung 1 gegenüber dem Pflanzenstamm während des Bohrens und Injizierens zu fixieren.
Anschließend veranlasst die Steuerungseinrichtung 5 das Absenken des rotierenden Bohrwerkzeugs 51, 51' durch Betätigung der Zylinderkolbeneinheit 52, 52', um eine Bohrung in den Pflanzenstamm einzubringen, die zur Aufnahme des Wirkstoffs bestimmt ist. Das Absenken geschieht vorzugsweise durch mehrmaliges Absenken und Anheben des Bohrwerkzeugs 51, 51', wobei die Absenktiefe und damit die Bohrlochtiefe mit jeder Wiederholung zunimmt bis die definierte Tiefe erreicht ist und das Bohrwerkzeug 51, 51' wieder in Ausgangsstellung angehoben wird. Durch die Neigung der Bohreinrichtung 50, 50' und damit der Bohrachse um den Winkel α gegenüber der Horizontalen erstreckt sich die Bohrung schräg nach unten in den Stamm, vorzugsweise gleichzeitig tangential zum Kern des Pflanzenstamms.
Als Nächstes betätigt die Steuerungseinrichtung 5 den Spindeltrieb 47, 47', der das Tragelement 46, 46' mit Bohreinrichtung 50, 50' und Injektionseinrichtung 60, 60' entlang der Linearführung 43, 43' in die zweite Position bringt, in der die Injektionseinrichtung 60, 60' mit der zuvor hergestellten Bohrung fluchtet. Nach Erreichen der zweiten Position wird der Kolben der Zylinderkolbeneinheit 62, an dessen unterem Ende die Injektionsdüse 61, 61' sitzt, durch ein entsprechendes Steuersignal der Steuerungseinrichtung 5 abgesenkt. Die Injektionsdüse 61, 61' wird dabei in die Bohrung eingeführt und bewirkt mit ihrem sich konisch erweiternden Umfang eine Abdichtung zur Bohrung.
Nach Aktivierung der Dosierpumpen 7 durch die Datenverarbeitungs- und Steuerungseinheit 5 wird der Injektionseinheit 60, 60' Wirkstoff in vorbestimmter Menge und vorbestimmten Druck über Druckleitungen aus den Vorratsbehältern 58 zugeführt. Der Wirkstoff gelangt durch den beweglichen Kolben der Zylinderkolbeneinheit 62 hindurch zur Injektionsdüse 61, 61' und im Weiteren in die Bohrung, wo er von den Gefäßbahnen der Pflanze aufgenommen wird. Beispielsweise werden je Injektionseinheit 60, 60' 30 ml Wirkstoff bei einem Druck von etwa 2 bar über eine Dauer von 30 sec bis 60 sec injiziert. Nach Beendigung des Injektionsvorgangs wird die Injektionsdüse 61, 61' zurück in die Ausgangsstellung angehoben und das Tragelement 46, 46' mittels des Spindeltriebs 47, 47' zurück in die erste Position gefahren.
Danach veranlasst die Steuerungseinrichtung 5 das Lösen der Halteeinrichtung 66 durch Öffnen der Klemmbacken 38, 38'. Anschließend wird der Tragarm 10 mit Vorrichtung 1 in Richtung der mobilen Einheit 2 eingefahren und die mobile Einheit 2 setzt zur nächsten Pflanze um, wo ein neuer Injektionszyklus beginnt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0111254 A1 [0005]
DE 102016105954 A1 [0006]
US 4176495 [0007]

Claims

Vorrichtung zum Injizieren flüssiger Wirkstoffe in die Gefäßbahnen verholzter Pflanzen mit - einer Halteeinrichtung (66) zum Fixieren der Vorrichtung (1) gegenüber dem Stamm der Pflanze während des Injizierens, und - mindestens einer Injektionseinrichtung (60) mit einer in die Gefäßbahnen einführbaren Injektionsdüse (61), welche mit dem Wirkstoff beaufschlagbar ist, wobei - die Vorrichtung (1) mindestens eine Bohreinrichtung (50) aufweist mit einem Bohrwerkzeug (51) zum Einbringen einer Bohrung bis in den Bereich der Gefäßbahnen, gekennzeichnet durch - erste Mittel zum reversiblen Verstellen der mindestens einen Bohreinrichtung (50) zwischen einer ersten Position, in der das Bohrwerkzeug (51) fluchtend zur einzubringenden Bohrung angeordnet und auf den Stamm der Pflanze absenkbar ist, und einer zweiten Position, in der das Bohrwerkzeug (51) nicht mit der Bohrung fluchtet, sowie - zweite Mittel zum reversiblen Verstellen der mindestens einen Injektionseinrichtung (60) zwischen einer ersten Position, in der die Injektionsdüse (61) nicht mit der Bohrung fluchtet, und einer zweiten Position, in der die Injektionsdüse (61) fluchtend zur Bohrung angeordnet und in die Bohrung einführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet, dass die ersten Mittel und/oder zweiten Mittel jeweils ein Tragelement (46) umfassen, auf dem die mindestens eine Bohreinrichtung (50) und/oder mindestens eine Injektionseinrichtung (60) angeordnet ist, wobei das Tragelement (46) für den Wechsel zwischen erster Position und zweiter Position entlang einer Führung (43) verschieblich oder um eine Achse drehbar gelagert und von Antriebsmitteln angetrieben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bohreinrichtung (50) und/oder die mindestens eine Injektionseinrichtung (60) auf einem gemeinsamen Tragelement (46) in seitlichem Abstand zueinander angeordnet sind, wobei der seitliche Abstand dem Abstand zwischen erster Position und zweiter Position entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohreinrichtung (50) und/oder Injektionseinrichtung (60) derart an der Vorrichtung (1) gelagert sind, dass die Bohrrichtung (50) und/oder Injektionsrichtung (60) in einem Winkel α gegenüber einer Horizontalebene verlaufen, der vorzugsweise zwischen 0° und 25° liegt, höchstvorzugsweise zwischen 15° und 20°.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (66) mindestens eine erste Klemmbacke (38) mit einer ersten Klemmfläche (42) besitzt, die zur Klemmung des Stamms der Pflanze gegen eine zweite Klemmfläche(42') bewegbar ist, vorzugsweise gegen eine zweite Klemmbacke (38') mit einer zweiten Klemmfläche (42').
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Klemmbacke (38) und/oder zweite Klemmbacke (38') jeweils um eine Achse schwenkbar an der Vorrichtung (1) gelagert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Klemmfläche (42) und/oder zweite Klemmfläche (42') zur Klemmung und Zentrierung des Stamms der Pflanze konkav ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bohreinrichtung (50) und/oder die mindestens einen Injektionseinrichtung (60) an der Halteeinrichtung (66) angeordnet sind, insbesondere an der ersten Klemmbacke (38) und/oder zweiten Klemmbacke (38').
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel zum reversiblen Verstellen der mindestens eine Bohreinrichtung (50) und/oder die zweiten Mittel zum reversiblen Verstellen der mindestens eine Injektionseinrichtung (60) an der der Klemmfläche (42, 42') abgewandten Rückseite einer Klemmbacke (38, 38') angeordnet sind und die Klemmbacke (38, 38') eine Öffnung zur Durchführung des Bohrwerkzeugs (51) und/oder der Injektionsdüse (61) besitzt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Klemmbacken (38, 38') ein Anschlagelement (59) angeordnet ist zur Festlegung der Position des Stamms der Pflanze relativ zu den Klemmflächen (42, 42').
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bohreinrichtung (50) an einer Linearführung (43) verschieblich gelagert ist und mittels eines Aktors (47) entlang der Linearführung (43) bewegbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Injektionseinrichtung (60) einen Dosierzylinder oder eine Dosierpumpe (7) umfasst, und der Wirkstoff aus dem Dosierzylinder oder der Dosierpumpe (7) der Injektionsdüse (61) zuführbar ist.
Mobile Einheit zum Injizieren flüssiger Wirkstoffe in die Gefäßbahnen verholzter Pflanzen mit einer Vorrichtung (1) zum Injizieren der Wirkstoffe und mit einem Fahrzeug zum Umsetzen der Vorrichtung (1) von Pflanze zu Pflanze, wobei das Fahrzeug mindestens einen Tragarm (10) besitzt, an dessen Ende die Vorrichtung (1) angeordnet ist, wobei der Tragarm (10) Verstellmittel aufweist, mit denen die Vorrichtung (1) zur Pflanze hin und zurück bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.
Mobile Einheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Tragarm (10) und Vorrichtung (1) ein Ausgleichsgelenk (11) zur Adaption der Vorrichtung (1) an die Lage des Stamms der Pflanze angeordnet ist, wobei das Ausgleichsgelenk (11) elastisch wirkende Rückstellelemente (18) besitzt, die die Vorrichtung (1) nach einer erzwungenen Auslenkung in die ursprüngliche Ausgangsstellung gegenüber dem Tragarm (10) zurückstellen.
Mobile Einheit nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Einheit (2) für ein autonomes Injizieren einer Vielzahl von Pflanzen eine Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung (5) und eine Sensoreinrichtung (6) aufweist, wobei die Sensoreinrichtung (6) Daten zur relativen Lage der mobilen Einheit (2) gegenüber einer Pflanze ermittelt und die Sensoreinrichtung (6) auf Basis dieser Daten die mobile Einheit (2), den Tragarm (10) und die Vorrichtung (1) steuert.
Mobile Einheit nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch ein optisches Bilderfassungs- und -erkennungssystem (8), das Daten über eine Pflanze einschließlich des Zustands der Pflanze erfasst und zur weiteren Verarbeitung speichert.
Verfahren zum Injizieren flüssiger Wirkstoffe in die Gefäßbahnen verholzter Pflanzen, wobei in einem vorausgehenden Schritt eine Bohrung in den Stamm der Pflanze eingebracht wird und in einem nachfolgenden Schritt der Wirkstoff in die Bohrung injiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung durch mehrmaliges Bohren mit jeweils zunehmender Bohrtiefe ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung durch Bohren in einem Winkel α gegenüber einer Horizontalebene durchgeführt wird, wobei der Winkel α vorzugsweise zwischen 0° und 25° liegt, höchstvorzugsweise zwischen 15° und 20°.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung tangential bezogen auf den Kern des Pflanzenstamms eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass beim Injizieren einer Pflanze mindestens 60 ml Wirkstoff injiziert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Injektion des Wirkstoffs 30 sec bis 60 sec beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirkstoff mit einem Druck zwischen 1,0 bar und 3,0 bar injiziert wird, vorzugsweise zwischen 1,5 bar und 2,5 bar.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Injizieren des Wirkstoffs der Zustand der Pflanze erfasst und das Injizieren in Abhängigkeit vom Zustand der Pflanze durchgeführt wird.