DE102022126886A1

DE102022126886A1 - Verfahren zur Reduktion von ungewollten Spannungsüberschlägen bei Elektro-Behandlungen von Pflanzen

Info

Publication number: DE102022126886A1
Application number: DE102022126886.1A
Authority: DE
Inventors: Fabian Effey
Original assignee: Crop Zone GmbH; CropZone GmbH
Current assignee: Crop Zone GmbH; CropZone GmbH
Priority date: 2022-10-14
Filing date: 2022-10-14
Publication date: 2024-04-25
Also published as: WO2024078766A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von ungewollten Spannungsüberschlägen bei Elektro-Behandlungen von Pflanzen, insbesondere während einer Sikkation von Feldfrüchten, zur Gründüngungskontrolle oder zur Kontrolle von Beikraut, zumindest mit dem Schritt:(S300) Beaufschlagen von Pflanzen mit einer elektrischen Spannung (U) mit einem Spitze-Tal-Wert (UST) kleiner 1000 V.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von ungewollten Spannungsüberschlägen bei Elektro-Behandlungen von Pflanzen, insbesondere während einer Sikkation von Feldfrüchten, zur Gründüngungskontrolle oder zur Kontrolle von Beikraut. Ferner betrifft die Erfindung eine Behandlungs-Vorrichtung zur Elektro-Behandlung von Pflanzen, ein Trägerfahrzeug mit einer derartigen Behandlungs-Vorrichtung und einen Bausatz, enthaltend Komponenten einer derartigen Behandlungs-Vorrichtung.
Sikkation (deutsch: Austrocknung) bezeichnet einen Vorgang in der Land-wirtschaft, bei dem Kulturpflanzenbestände u.a. mit Sikkaten zum Zwecke der Abreifebeschleunigung abgetötet werden. Es erleichtert die Ernte und begünstigt den Reifezustand der Ackerfrüchte. Diese chemische Sikkation ahmt den natürlichen Austrocknungsprozess des Welkens von einjährigen Kulturpflanzen bei der Fruchtreife nach, bei dem oberirdische, grüne Pflanzenbestandteile und oberflächennahe Wurzeln und andere Pflanzenbestandteile abtrocknen. Ein willkommener Nebeneffekt ist die gleichzeitige Abtötung von Unkräutern, deren noch grüne Pflanzenteile andernfalls z.B. mit Getreide abgeerntet und den Feuchtigkeitsgehalt des Ernteguts erhöhen würden und deren Samenausfall oder weiterer Aufwuchs die Unkrautdichte auf den Feldern erhöhen kann.
Als Feld- oder Ackerfrüchte werden Kulturpflanzen bezeichnet, die auf Feldern angebaut werden. Zu den Feldfrüchten zählen Getreide, Hack- und Hülsenfrüchte, Ölfrüchte oder Pflanzen zur Grünernte, die wie z. B. Silomais als Futtermittel oder, zur Energiegewinnung genutzt werden.
Gründüngung ist eine natürliche Methode im Ackerbau zur Bodenbedeckung und -verbesserung. Man bezeichnet damit in erster Linie den gezielten Anbau mit anschließender Abtötung von Pflanzen, die nicht abgeerntet werden, sondern z.B. zum Erosionsschutz, der Nährstoffsicherung oder der Bodenverbesserung / Humusbildung auf dem Feld verbleiben. Hierzu können auch Zwischenfrüchte in der letzten Nutzungsphase verwendet werden. Als Zwischenfrucht bezeichnet man eine Feldfrucht, die zwischen anderen zur Hauptnutzung dienenden Feldfrüchten als Gründüngung oder zur Verwendung als Tierfutter angebaut wird.
Als Kontrolle von Beikraut unabhängig vom Standort wird die allgemein als Unkrautkontrolle beschriebene Methode bezeichnet, bei der beliebige Pflanzen, die am aktuellen Wuchsstandort (Feld, Wiese, Weide, Verkehrsbereich Bauwerkteile oder andere), zu einem gewählten Zeitpunkt aus funktionalen oder ästhetischen Gründen nicht gewünscht sind, durch geeignete Verfahren, hier elektrophysikalische Verfahren, so behandelt werden, dass sie komplett absterben oder in ihrem weiteren Wachstum deutlich geschwächt oder gehemmt oder auf ein früheres Stadium zurückgesetzt werden.
Wenn elektrischer Strom Pflanzenteile durchströmt, werden diese in Abhängigkeit von elektrischer Stromstärke, elektrischer Spannung, Stromtyp (Gleichstrom, Wechselstrom, Frequenz, Glättungsgrad bzw. Restwelligkeit etc.) geschädigt. Eine umfassende und einheitliche Theorie der Wirkung liegt bisher nicht vor. Als gesichert anzunehmen ist, dass insbesondere die Leitbündel zum Flüssigkeitstransport in der Pflanze als die Teile mit dem geringsten elektrischen Widerstand so geschädigt werden, dass sie funktionsunfähig werden und die Pflanze in der Folge in Abhängigkeit vom Schadensgrad und den Wetterbedingungen eingeht und vertrocknet. Bei hohem Energieeinsatz kann es auch zur lokalen thermischen Zerstörung von Pflanzengewebe kommen.
Die Verwendung von elektrischem Gleichstrom zur Elektro-Behandlung von Pflanzen ist z.B. aus der US 2,007,383 und der WO 2019 / 052591 A1 bekannt, während die Verwendung von elektrischem Gleich- oder Wechselstrom z.B. aus der WO 2018 / 095450 A1 oder der WO 2018 / 050142 A1 bekannt ist.
Herkömmlicherweise werden bei dem Applizieren von elektrischem Strom auf Pflanzen zwei metallische Applikatoren verwendet, um zumindest den elektrischen Widerstand an der Kontaktstelle möglichst gering zu halten.
Derartige Applikatoren werden auch als Langapplikatoren (Langreichweitenapplikatoren, auch Zungenapplikatoren oder LRB, von englisch „Long Range Blade“) bezeichnet. Derartige Applikatoren weisen z.B. einen Abstand von 0,8 m bis 1 m auf. Es können aber auch Kurzapplikatoren (SRA - für englisch: Short Range Blade) verwendet werden, deren Abstand im Bereich von 0,1 m bis 0,5 m liegt.
Weiterhin wird in einigen Fällen der Stromkreis nicht durch einen zweiten Kontakt an Pflanzen mit dem entgegengesetzten Pol, sondern durch in den Boden einschneidende Elektroden geschlossen. Ein derartiges Vorgehen ist z.B. aus der WO 2016 / 016627 A1 bekannt, wobei eine elektrische Spannung mit einer Mindestfrequenz von 18 kHz und einer Spitze-Tal-Spannung von mindestens 1000 V verwendet wird.
Jedoch treten während einer derartigen Elektro-Behandlung von Pflanzen ungewollte Spannungsüberschläge, z.B. in Form von Lichtbögen, auf. Diese ungewollten Spannungsüberschläge können zwischen zwei Applikatoren einer Applikatoreinheit auftreten, aber auch zwischen Applikatoren benachbarter Applikatoreinheiten.
Es besteht also Bedarf daran, Wege aufzuzeigen, wie eine Reduktion von ungewollten Spannungsüberschlägen bei Elektro-Behandlungen von Pflanzen, insbesondere während einer Sikkation von Feldfrüchten, zur Gründüngungskontrolle oder zur Kontrolle von Beikraut, erreicht werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Reduktion von ungewollten Spannungsüberschlägen bei Elektro-Behandlungen von Pflanzen, insbesondere während einer Sikkation von Feldfrüchten, zur Gründüngungskontrolle oder zur Kontrolle von Beikraut, zumindest mit dem Schritt:

Beaufschlagen von Pflanzen mit einer elektrischen Spannung mit einem Spitze-Tal-Wert kleiner 1000 V.

Dabei wird unter dem Spitze-Tal-Wert (früher Spitze-Spitze-Wert) die Schwankungsbreite der elektrischen Spannung vom niedrigsten Wert (einschließlich negativer Werte) bis zum höchsten Wert während einer Periode verstanden. Mit anderen Worten, sie entspricht der Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der elektrischen Spannung.
Es wurde überraschender weise festgestellt, dass, wenn der Spitze-Tal-Wert z.B. innerhalb eines Periodendurchlaufs kleiner 1000 V ist, die Anzahl von ungewollten Spannungsüberschlägen, begleitet von Lichtbögen zwischen zwei Applikatoren einer Applikatoreinheit, insbesondere zwischen Applikatoren benachbarter Applikatoreinheiten, signifikant reduziert werden kann. Die elektrische Spannung kann eine Frequenz zwischen 60 kHz und 300 kHz, wie z.B. 60 kHz bis 100 kHz aufweisen. So wird die Lichtbogenbildung zwischen den Applikatoren und der Pflanze reduziert, da die Spannungsschwankungen aufgrund der niedrigen Spitze-Tal-Werte klein ausfallen und die elektrische Spannung daher homogener ist.
So wird es möglich, eine Mehrzahl von Applikatoreinheiten nebeneinander in einer Applikatorreihe anzuordnen und ohne ungewollte Spannungsüberschläge und/oder Lichtbögen zu betreiben. Dies erlaubt eine simultane Elektro-Behandlung von Pflanzen mit einer Mehrzahl von Applikatoreinheiten nebeneinander in einer Applikatorreihe mit reduzierten Abstand voneinander. Ferner wird keine elektrische Energie durch Lichtbögen ungenutzt verschwendet. Somit wird das Verfahren energieeffizienter.
Gemäß einer Ausführungsform ist die elektrische Spannung eine Wechselspannung. Unter einer Wechselspannung wird dabei eine elektrische Spannung verstanden, bei der es innerhalb einer Periode der Wechselspannung zu einem Vorzeichenwechsel kommt. Mit anderen Worten, während einer ersten Halbwelle sind die Spannungswerte z.B. positiv, während sie während einer zweiten Halbwelle negativ sind. Die Form der elektrischen Wechselspannung kann z.B. sinusförmig, rechteckförmig, dreieckförmig, z.B. sägezahnförmig, oder auch trapezförmig sein. Die Wechselspannung kann symmetrisch sein. Dann sind die Beträge eines Maximalwertes und eines Minimalwertes der Wechselspannung gleich groß und entsprechen der Amplitude der Wechselspannung. Der Spitze-Tal-Wert entspricht dann der doppelten Amplitude der Wechselspannung. Ferner kann die Wechselspannung auch unsymmetrisch sein. Mit anderen Worten, eine symmetrische Wechselspannung wurde additiv mit einer konstanten Gleichspannung überlagert, sodass das Ergebnis eine unsymmetrische Wechselspannung ist. Dabei können der Maximalwert und der Minimalwert beide positiv, der Maximalwert positiv und der Minimalwert negativ, oder der Maximalwert und der Minimalwert beide negativ sein. Das Pendeln zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert kann mit einer festen Frequenz oder mit einer variablen Frequenz, wie bei einem frequenzmodulierten Signal, erfolgen. So kann die Anzahl von ungewollten Spannungsüberschlägen, begleitet von Lichtbögen zwischen zwei Applikatoren einer Applikatoreinheit, insbesondere zwischen Applikatoren benachbarter Applikatoreinheiten, signifikant reduziert werden, wenn als elektrische Spannung eine derartige Wechselspannung verwendet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die elektrische Spannung eine gleichgerichtete und geglättete Gleichspannung. Unter einer Gleichspannung wird dabei eine elektrische Spannung verstanden, bei der es zu keinem Vorzeichenwechsel kommt. Die gleichgerichtete und geglättete Spannung kann von einem Brückengleichrichter, wie einem Vollbrückengleichrichter, bereitgestellt werden, die von einem oder mehreren nachgeschalteten Glättungskondensatoren geglättet wird. Somit setzt sich die gleichgerichtete und geglättete Gleichspannung aus einem konstanten Gleichwert und einem Restwelligkeitswert additiv zusammen, wobei der Restwelligkeitswert zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert schwankt. Die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert entspricht dann dem Spitze-Tal-Wert. Die Restwelligkeit kann Werte bis zu 10 % annehmen und im Frequenzbereich von 20 kHz bis 200 kHz, von 20 kHz bis 300 kHz, oder von 20 kHz bis 500 kHz liegen. So kann die Anzahl von ungewollten Spannungsüberschlägen, begleitet von Lichtbögen zwischen zwei Applikatoren einer Applikatoreinheit, insbesondere zwischen Applikatoren benachbarter Applikatoreinheiten, signifikant reduziert werden, wenn als elektrische Spannung eine derartig gleichgerichtete und geglättete Gleichspannung verwendet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die elektrische Spannung eine gepulste Gleichspannung. Dabei wird unter einer gepulsten Gleichspannung eine elektrische Spannung verstanden, bei der es zu keinem Vorzeichenwechsel kommt, die Höhe der elektrischen Gleichspannung aber zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert pendelt. Die gepulste Gleichspannung kann symmetrisch sein. Dann sind die Beträge eines Maximalwertes und eines Minimalwertes der gepulsten Gleichspannung bezogen auf einen Mittelwert gleich groß und entsprechen der Amplitude der gepulsten Gleichspannung. Der Spitze-Tal-Wert entspricht dann der doppelten Amplitude der gepulsten Gleichspannung. Das Pendeln zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert kann mit einer festen Frequenz oder mit einer variablen Frequenz, wie bei einem pulsweitenmodulierten Signal (PWM-Signal), erfolgen. Die Form der elektrischen Gleichspannung kann z.B. rechteckförmig, dreieckförmig, z.B. sägezahnförmig, oder auch trapezförmig sein. So kann die Anzahl von ungewollten Spannungsüberschlägen, begleitet von Lichtbögen zwischen zwei Applikatoren einer Applikatoreinheit, insbesondere zwischen Applikatoren benachbarter Applikatoreinheiten, signifikant reduziert werden, wenn als elektrische Spannung eine derartig gepulste Gleichspannung verwendet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die elektrische Spannung einen Minimalwert größer Null auf. Eine derartige elektrische Spannung kann als unsymmetrisch gepulste Gleichspannung aufgefasst werden. Mit anderen Worten, eine symmetrische, gepulste Gleichspannung wurde additiv mit einer konstanten Gleichspannung überlagert, sodass das Ergebnis eine unsymmetrisch gepulste Gleichspannung ist. Dabei können der Maximalwert und der Minimalwert beide positiv, der Maximalwert positiv und der Minimalwert negativ, oder der Maximalwert und der Minimalwert beide negativ sein. So kann die Anzahl von ungewollten Spannungsüberschlägen, begleitet von Lichtbögen zwischen zwei Applikatoren einer Applikatoreinheit, insbesondere zwischen Applikatoren benachbarter Applikatoreinheiten, signifikant reduziert werden, wenn als elektrische Spannung eine derartig unsymmetrisch gepulste Gleichspannung verwendet wird.
Ferner gehören zur Erfindung eine Behandlungs-Vorrichtung zur Reduktion von ungewollten Spannungsüberschlägen bei Elektro-Behandlungen von Pflanzen, ein Trägerfahrzeug, wie eine selbstfahrende Landmaschine oder ein Anhänger eines Gespanns, mit einer derartigen Behandlungs-Vorrichtung und ein Bausatz, enthaltend Komponenten einer derartigen Behandlungs-Vorrichtung.
Es wird nun die Erfindung anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

1 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Trägerfahrzeugs mit einer Behandlungs-Vorrichtung zur Elektro-Behandlung von Pflanzen.
2 in schematischer Darstellung eine Draufsicht des in 1 gezeigten Trägerfahrzeugs.
3 Komponenten einer Transformations- und Kontrolleinheit der in den 1 und 2 gezeigten Vorrichtung.
4 in schematischer Darstellung ein erstes Beispiel eines Spannungsverlaufs.
5 in schematischer Darstellung ein weiteres Beispiel eines Spannungsverlaufs.
6 in schematischer Darstellung ein weiteres Beispiel eines Spannungsverlaufs.
7 in schematischer Darstellung ein weiteres Beispiel eines Spannungsverlaufs.
8 in schematischer Darstellung ein weiteres Beispiel eines Spannungsverlaufs.
9 in schematischer Darstellung einen Verfahrensablauf zum Betrieb des in den 1 und 2 gezeigten Trägerfahrzeugs.

Es wird zunächst auf die 1 Bezug genommen.
In 1 ist eine Anordnung einzelner Komponenten einer Behandlungs-Vorrichtung 1 zur Elektro-Behandlung von Pflanzen an einer als Trägerfahrzeug 30 dienenden Landmaschine dargestellt.
Mit der Behandlungs-Vorrichtung 1 kann z.B. eine Sikkation durch Beaufschlagen von Pflanzen mit elektrischem Strom bewirkt werden. Dabei kann vorgesehen sein, vor dem Beaufschlagen mit elektrischem Strom elektrische Übergangswiderstände durch vorheriges Aufbringen eines übergangswiderstandsenkenden Mediums 15, wie z.B. einer entsprechenden Flüssigkeit, zu reduzieren.
Landmaschinen sind spezialisierte Maschinen, die vorwiegend in der Landwirtschaft eingesetzt werden. Sie können selbstfahrend ausgebildet sein oder von einem landwirtschaftlichen Zugfahrzeug, wie z.B. einem Traktor, gezogen oder an diesen fest angebaut werden. Mit anderen Worten, bei der Landmaschine kann es sich um ein Zugfahrzeug mit eigenem Antrieb oder um einen Anhänger ohne eigenen Antrieb, der von einem Zugfahrzeug gezogen wird, handeln.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Trägerfahrzeug 30 als Traktor ausgebildet. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann das Trägerfahrzeug 30 auch als Dünge-, Saat- oder Erntemaschine ausgebildet sein, die durch Anbringen der Komponenten der Behandlungs-Vorrichtung 1 modifiziert wurde. Hierzu können die Komponenten der Behandlungs-Vorrichtung 1 auch in Form eines Bausatzes bereitgestellt werden. Z.B. kann der Bausatz Komponenten einer als Anbaugerät ausgebildeten Behandlungs-Vorrichtung 1 aufweisen.
Die Behandlungs-Vorrichtung 1 und das Trägerfahrzeug 30 können je nach Einsatzmodus und speziellen Anforderungen der betreffenden Feldfrucht und des Behandlungszeitpunktes unterschiedlich sein.
Die Behandlungs-Vorrichtung 1 kann ein oder mehrere Module 10, 20 aufweisen, die jeweils als Anbaugerät ausgebildet sein können. Die Behandlungs-Vorrichtung 1 kann als Maschine/Agrarmaschine ausgebildet sein, d.h. als auswechselbare Ausrüstung, bestehend aus bis zu zwei Anbaugeräten, welche gleichzeitig am Trägerfahrzeug 30 montiert sind. Ferner kann die Behandlungs-Vorrichtung 1 als auswechselbare Ausrüstung ausgebildet sein, d.h. als eine Vorrichtung, die der Fahrer des Trägerfahrzeugs 30 nach deren Inbetriebnahme selbst an ihr anbringt, um ihre Funktion zu ändern oder zu erweitern, sofern diese Ausrüstung kein Werkzeug ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Behandlungs-Vorrichtung 1 ein erstes Modul 10 zum Auftragen des übergangswiderstandsenkenden Mediums 15 und ein zweites Modul 20 zum Übertragen von elektrischem Gleichstrom auf Pflanzen auf. Durch das Auftragen des übergangswiderstandsenkenden Mediums 15 können Übergangswiderstände, z.B. zwischen Applikatoren und kontaktierten Pflanzenteilen, reduziert werden. Ferner wird die Neigung zur Lichtbogenbildung reduziert, was den Energieverbrauch reduziert.
Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Behandlungs-Vorrichtung 1 aber auch nur ein zweites Modul 20 zum Übertragen von elektrischem Strom auf die Pflanzen aufweisen. Ferner kann vorgesehen sein, dass z.B. bei einem Gespann, bestehend aus einem Zugfahrzeug und einem von dem Zugfahrzeug gezogenen Anhänger, das erste Modul 10 dem Zugfahrzeug und Komponenten des zweiten Moduls 20 dem Zugfahrzeug und dem Anhänger zugeordnet sind. Auch können die Komponenten des zweiten Moduls 20 nur dem Anhänger zugeordnet sein. Des Weiteren können die Komponenten des ersten Moduls 10 und des zweiten Moduls 20 dem Anhänger zugeordnet sein.
Das übergangswiderstandsenkende Medium 15 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine übergangswiderstandsenkende Flüssigkeit.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind das erste Modul 10 an der Frontseite und das zweite Modul 20 an der Rückseite des Trägerfahrzeugs 30 angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht es, dass das Aufbringen des übergangswiderstandsenkenden Mediums 15 immer vor oder gleichzeitig mit der elektrophysikalischen Behandlung durch Beaufschlagen mit elektrischem Strom, wie z.B. elektrischem Gleichstrom, stattfinden kann.
Das erste Modul 10 weist mindestens eine Auftragseinrichtung auf, die als Düse 11 ausgebildet ist. In Kombination mit der Düse 11 kann die Auftragseinrichtung auch einen Abstreifer (nicht dargestellt) aufweisen, oder alternativ selbst als Abstreifer ausgebildet sein. Die Auftragseinrichtung ist damit zum Sprühen und Abstreifen bzw. Aufbringen des übergangswiderstandsenkenden Mediums 15 ausgebildet, oder alternativ auch zum Sprühen oder Abstreifen. Das erste Modul 10 weist dabei eine Anzahl von gemeinsam oder vorzugsweise einzeln steuerbaren Düsen 11 oder Abstreifern auf, die an einer ersten Trägerkonstruktion 13 in einer gewünschten Gesamtarbeitsbreite der Behandlungs-Vorrichtung 1 (z.B. 0,3 - 48 m, vorzugsweise 6 - 27 m) und Geometrie (statisch oder flexibel gelagert oder in der Höhe sensorgesteuert) angeordnet sind. Die Düsen 11 und/oder Abstreifer werden mit dem übergangswiderstandsenkenden Medium 15, im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Flüssigkeit, versorgt, die in einem oder mehreren Flüssigkeitsbehältern 14 bevorratet wird. Sensoren 16 sind u.a. im Bereich der Düsen 11 angeordnet (nicht dargestellt), deren Daten bei Bedarf zum Steuern der Menge des Auftrags des übergangswiderstandsenkenden Mediums 15 verwendet werden. Weitere Sensoren 16 können an der Vorderseite des ersten Moduls 10 (d.h. in Fahrtrichtung FR) zum Zwecke der Arbeitssicherheit angeordnet sein. Als Sensoren werden z.B. Strom/Spannungssensoren, optische Sensoren, z.B. Kamerasysteme, Lage- oder Bewegungssensoren, LIDAR, Metalldetektoren und andere verwendet, ohne darauf beschränkt zu sein. Auch können voranfliegende Drohnen zum Erfassen der vorausliegenden Pflanzen eingesetzt werden. Weiterhin können Weidezaunapplikatoren zum Abschrecken oder Aufschrecken von Tieren am Trägerfahrzeug 30 oder dem zweiten Modul 20 angeordnet sein.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liefert das Trägerfahrzeug 30 über eine Zapfwelle 31 oder einen Hydraulikkreislauf mechanische Antriebsenergie für einen elektrischen Generator 32 des zweiten Moduls 20, der sich im hinteren Bereich (wie gezeigt) oder vorderen Bereich am Trägerfahrzeug 30 befinden kann. Die einzelnen Module der Behandlungs-Vorrichtung 1 sind beispielsweise als Anbaugeräte angeordnet, z.B. mit Dreipunktaufhängungen. Sonderkulturen erfordern Sondermaschinen, z.T. schon als Trägerfahrzeug 30 mit speziellen Aufhängungen, ggf. auch seitlich oder unter dem Trägerfahrzeug 30. Bei Behandlungs-Vorrichtungen 1 mit sehr hohem Energiebedarf durch z.B. sehr hohe Arbeitsbreiten oder Trägerfahrzeuge 30 ohne ausreichend freie Leistungskapazitäten können auch unabhängige Stromerzeugersysteme eingesetzt werden, die auf dem Trägerfahrzeug 30 angekoppelt, aufgesattelt oder auf einem Anhänger bewegt werden können.
Elektrischer Strom wird von dem Generator 32 mit elektrischen Leitungen zu mindestens einer Transformations- und Kontrolleinheit 33 des zweiten Moduls 20 geleitet. Dort wird der elektrische Strom für die Transformation umgewandelt und dann in zentral oder verteilt positionierten Transformatoren und weiteren Steuerungseinheiten auf die vorbestimmte elektrische Spannung mit einer vorbestimmten Restwelligkeit gebracht.
Das zweite Modul 20 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl an Applikatoreinheiten 2 mit jeweils einer Mehrzahl von Applikatoren 21 a, 21 b, 21c zum Beaufschlagen von Pflanzen mit elektrischem Strom auf.
Es wird nun zusätzlich auf die 2 Bezug genommen.
Die Mehrzahl der Applikatoreinheiten 2 sind in einer Applikatorreihe 12 angeordnet, wobei sich die Erstreckungsrichtung der Applikatorreihe 12 quer, im vorliegenden Ausführungsbeispiel unter einem Winkel von 90°, zu der Fahrtrichtung FR des Trägerfahrzeugs 30 erstreckt. Die Applikatoren 21 a, 21 b, 21 c der Applikatorreihe 12 sind an einer Parallelogramm-ähnlichen zweiten Trägerkonstruktion 24 angeordnet.
Es wird nun zusätzlich auf 3 Bezug genommen.
Dargestellt sind Details einer Konstantleistungsquelle 3 der Transformations- und Kontrolleinheit 33.
Die Konstantleistungsquelle 3 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Anschluss für Leitungen 4 zum elektrisch leitenden Verbinden mit dem Generator 32, eine Verteileinheit 5 und eine Umrichterbaugruppe 6 mit einer Mehrzahl von Umrichtern 7a, 7b, 7c auf. Dabei wird unter einem Umrichter (auch als Wechselstrom-Umrichter oder auch als AC/DC-Konverter bezeichnet) ein Stromrichter verstanden, der aus einer elektrischen Wechselspannung eine in der Frequenz und Amplitude unterschiedliche elektrische Wechselspannung erzeugt.
In der 3 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel von 20 Umrichtern drei Umrichter 7a, 7b, 7c dargestellt. Jedoch kann die Anzahl der Umrichter 7a, 7b, 7c auch eine andere sein.
Jeder der Applikatoreinheiten 2 der Applikatorreihe 12 können je ein Umrichter 7a, 7b, 7c zugeordnet sein, d.h. jede der Applikatoreinheiten 2 der Applikatorreihe 12 weist einen eigenen Umrichter 7a, 7b, 7c auf.
Der Generator 32 stellt im vorliegenden Ausführungsbeispiel elektrischen Drehstrom mit einer elektrischen Spannung von 400 V mit einer Frequenz von 50 Hz bis 60 Hz bereit. Die Verteileinheit 5 verteilt den elektrischen Drehstrom auf die Mehrzahl der Umrichter 7a, 7b, 7c.
Nach Umwandlung durch die Umrichter 7a, 7b, 7c sowie Gleichrichtung mit Gleichrichtern (nicht dargestellt), im vorliegenden Ausführungsbeispiel Vollbrückengleichrichtern, und nachfolgender Glättung mit Glättungskondensatoren (ebenfalls nicht dargestellt) wird je eine elektrische Gleichspannung von 1600 V bis 5500 V mit einer maximalen Restwelligkeit von 5 % bis 10 % (im Frequenzbereich 60 kHz bis 100 kHz) bereitgestellt. Somit stellt jeder der Mehrzahl der Umrichter 7a, 7b, 7c an einem ersten Ausgang eine erste Polarität P1, im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine positive Polarität, und an seinem zweiten Ausgang eine zweite Polarität P2, im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine negative Polarität, bereit.
Eine Leistungssteuerung erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine kombinierte Frequenz- und Pulsweitenmodulation.
Die erste Polarität P1 (Plus) ist den jeweiligen ersten und dritten Applikatoren 21a und 21c, zugeordnet, während die zweite Polarität P2 (Minus) dem zweiten Applikator 21b zugeordnet ist.
Mit anderen Worten, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Behandlungs-Vorrichtung 1 dazu ausgebildet, Pflanzen mit einer elektrischen Spannung U zu beaufschlagen, die eine gleichgerichtete und geglättete elektrische Gleichspannung ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die gleichgerichtete und geglättete elektrische Gleichspannung eine Spannung von 1600 V bis 5500 V mit einer maximalen Restwelligkeit von 5 % bis 10 % (im Frequenzbereich 60 kHz bis 100 kHz) auf.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Applikatoren 21a, 21b, 21c als Kurzapplikatoren ausgebildet, deren Abstand im Bereich von 0,1 m bis 0,5 m liegt. Der erste Applikator 21a wird mit der ersten Polarität P1, der zweite Applikator 21b mit der zweiten Polarität P2, und der dritte Applikator 21c mit der ersten Polarität P1 beaufschlagt, wobei mehrere Applikatoreinheiten 2 nebeneinander in der Applikatorreihe 12 nebeneinander angeordnet sind. Eine Erdungselektrode, die z.B. als zentrale Sammelelektrode ausgebildet ist, ist nicht vorgesehen. Mit anderen Worten, die Applikatoreinheiten 2 sind erdungsfrei bzw. erdungselektrodenfrei ausgebildet.
Somit weisen die Applikatoren 21a, 21b, 21c benachbarter Applikatoreinheiten 2 jeweils die gleiche Polarität P1, P2 auf, also die jeweiligen ersten Applikatoren 21a die Polarität P1, die zweiten Applikatoren 21b die zweite Polarität P2, und die dritten Applikatoren 21c die erste Polarität 21a. Es treten somit also keine polaritätsbedingten Spannungsdifferenzen zwischen Applikatoren 21a, 21b, 21c benachbarter Applikatoreinheiten 2 auf.
Jedoch treten während einer derartigen Elektro-Behandlung von Pflanzen trotzdem ungewollte Spannungsüberschläge, z.B. in Form von Lichtbögen, auf. Diese ungewollten Spannungsüberschläge können zwischen zwei Applikatoren 21a, 21b, 21c einer Applikatoreinheit 2 auftreten, aber auch zwischen Applikatoren 21a, 21b, 21c benachbarter Applikatoreinheiten 2 einer Applikatorreihe 12, da es aufgrund der Restwelligkeit zu erheblichen Spannungsdifferenzen zwischen den Applikatoren 21a, 21b 21c benachbarter Applikatoreinheiten 2 einer Applikatorreihe 12 kommen kann.
Es wird nun unter zusätzlicher Bezugnahme auf 4 erläutert, wie die Anzahl von ungewollten Spannungsüberschlägen, begleitet von Lichtbögen zwischen zwei Applikatoren 21a, 21b, 21c einer Applikatoreinheit 2, insbesondere zwischen Applikatoren 21a, 21b, 21c benachbarter Applikatoreinheiten 2 einer Applikatorreihe 12, oder zwischen Applikatoren 21a, 21b, 21c und Pflanzen, signifikant reduziert werden kann.
Die 4 zeigt in schematischer Darstellung einen Spannungsverlauf einer gleichgerichteten und geglätteten elektrischen Gleichspannung, die z.B. von einem Vollbrückengleichrichter mit nachgeschalteten Glättungskondensatoren bereitgestellt wird.
Die elektrische Spannung U setzt sich aus einem konstanten Gleichwert U_ und einem Restwelligkeitswert R additiv zusammen, wobei der Restwelligkeitswert R zwischen einem Maximalwert U_Max und einem Minimalwert U_Min schwankt. Die Differenz zwischen dem Maximalwert U_Max und dem Minimalwert U_Min entspricht dem Spitze-Tal-Wert U_ST.
Der Spitze-Tal-Wert U_ST ist kleiner als 1000 V. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt der Spitze-Tal-Wert U_ST in Abhängigkeit von der Last (reiner ohmscher Widerstand) in einem Bereich von 100 V bis 500 V. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann der der Spitze-Tal-Wert U_ST in Abhängigkeit von der Last (reiner ohmscher Widerstand) auch einem Bereich von 50 V bis 300 V oder 100 V bis 600 V oder 300 V bis 600 V liegen. Die Restwelligkeit kann im Frequenzbereich von 20 kHz bis 200 kHz, von 20 kHz bis 300 kHz, oder von 20 kHz bis 500 kHz liegen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Restwelligkeit nicht durch Wahl eines größeren Glättungskondensators reduziert werden, da größere Glättungskondensatoren zu längeren Entladezeiten bis auf einen aus Sicherheitsgründen vorbestimmten Spannungswert in Höhe von z.B. 60 V führen würde.
Jedoch ist es aus Sicherheitsgründen erforderlich, dass eine Restspannungshöhe von 60 V innerhalb von 1 s erreicht wird.
Es wird nun zusätzlich auf 5 Bezug genommen.
Die 5 zeigt in schematischer Darstellung einen Spannungsverlauf einer Wechselspannung, die alternativ anstelle der gleichgerichteten und geglätteten Gleichspannung verwendet wird.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Form der elektrischen Spannung U sinusförmig. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Form der elektrischen Spannung U auch dreieckförmig, z.B. sägezahnförmig, oder auch trapezförmig sein.
Die Wechselspannung ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel symmetrisch. Dann sind die Beträge des Maximalwertes U_Max und des Minimalwertes U_Min der Wechselspannung gleich groß und entsprechen der Amplitude der Wechselspannung. Der Spitze-Tal-Wert U_ST entspricht dann der doppelten Amplitude der Wechselspannung. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Wechselspannung auch unsymmetrisch sein. Dabei können der Maximalwert U_Max und der Minimalwert U_Min beide positiv, der Maximalwert U_Max positiv und der Minimalwert U_Min negativ, oder der Maximalwert U_Max und der Minimalwert U_Min beide negativ sein.
Das Pendeln zwischen dem Maximalwert U_Max und dem Minimalwert U_Min kann mit einer festen Frequenz oder mit einer variablen Frequenz, wie bei einem frequenzmodulierten Signal, erfolgen.
Es wird nun zusätzlich auf 6 Bezug genommen.
Die 6 zeigt in schematischer Darstellung einen Spannungsverlauf einer Rechteckspannung, die alternativ anstelle der gleichgerichteten und geglätteten Gleichspannung verwendet wird.
Die Form der elektrischen Spannung U ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel rechteckförmig und symmetrisch. Dann sind die Beträge des Maximalwertes U_Max und des Minimalwertes U_Min der Rechteckspannung gleich groß und entsprechen der Amplitude der Rechteckspannung. Der Spitze-Tal-Wert U_ST entspricht dann der doppelten Amplitude der Rechteckspannung. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Rechteckspannung auch unsymmetrisch sein. Dabei können der Maximalwert U_Max und der Minimalwert U_Min beide positiv, der Maximalwert U_Max positiv und der Minimalwert U_Min negativ, oder der Maximalwert U_Max und der Minimalwert U_Min beide negativ sein.
Das Pendeln zwischen dem Maximalwert U_Max und dem Minimalwert U_Min kann mit einer festen Frequenz oder mit einer variablen Frequenz, wie bei einem pulsweitenmodulierten Signal (PWM-Signal), erfolgen.
Ferner kann die in 6 dargestellte Rechteckspannung mit einer Restwelligkeit R additiv überlagert sein. In diesem Fall erhöht sich der Maximalwert U_Max um die Restwelligkeit R und der Minimalwert U_Min reduziert sich um die Restwelligkeit R.
Die 7 zeigt in schematischer Darstellung einen Spannungsverlauf einer gepulsten Gleichspannung, die alternativ anstelle der gleichgerichteten und geglätteten Gleichspannung verwendet wird.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Form der elektrischen Spannung U unsymmetrisch. Die Beträge eines Maximalwertes U_Max und eines Minimalwertes U_Min der gepulsten Gleichspannung sind verschieden. Der Spitze-Tal-Wert U_ST entspricht der Differenz zwischen dem Maximalwert U_Max und dem Minimalwert U_Min. Dabei können der Maximalwert U_Max und der Minimalwert U_Min beide positiv, der Maximalwert U_Max positiv und der Minimalwert U_Min negativ, oder der Maximalwert U_Max und der Minimalwert U_Min beide negativ sein.
Das Pendeln zwischen dem Maximalwert U_Max und dem Minimalwert U_Min kann mit einer festen Frequenz oder mit einer variablen Frequenz, wie bei einem pulsweitenmodulierten Signal (PWM-Signal), erfolgen.
Die Form der gepulsten Gleichspannung U ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel rechteckförmig. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die gepulste Gleichspannung U z.B. dreieckförmig, z.B. sägezahnförmig, oder auch trapezförmig sein.
Ferner kann die in 7 dargestellte gepulste Gleichspannung mit einer Restwelligkeit R additiv überlagert sein. In diesem Fall erhöht sich der Maximalwert U_Max um die Restwelligkeit R und der Minimalwert U_Min reduziert sich um die Restwelligkeit R.
Es wird nun zusätzlich auf 8 Bezug genommen.
Die 8 zeigt in schematischer Darstellung einen Spannungsverlauf einer gepulsten Gleichspannung mit einem Minimalwert U_Min größer Null, die alternativ anstelle der gleichgerichteten und geglätteten Gleichspannung verwendet wird.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Maximalwert U_Max und der Minimalwert U_Min beide positiv.
Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel können der Maximalwert U_Max positiv und der Minimalwert U_Min negativ, oder der Maximalwert U_Max und der Minimalwert U_Min beide negativ sein. Die Differenz zwischen dem Maximalwert U_Max und dem Minimalwert U_Min entspricht dann dem Spitze-Tal-Wert U_ST.
Die Form der elektrischen Gleichspannung U ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel rechteckförmig. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die elektrischen Gleichspannung U z.B. dreieckförmig, z.B. sägezahnförmig, oder auch trapezförmig sein.
Das Pendeln zwischen dem Maximalwert U_Max und dem Minimalwert U_Min kann mit einer festen Frequenz oder mit einer variablen Frequenz, wie bei einem pulsweitenmodulierten Signal (PWM-Signal), erfolgen.
Ferner kann die in 8 dargestellte gepulste Gleichspannung mit einem Minimalwert U_Min größer Null mit einer Restwelligkeit R additiv überlagert sein. In diesem Fall erhöht sich der Maximalwert U_Max um die Restwelligkeit R und der Minimalwert U_Min reduziert sich um die Restwelligkeit R.
Es wird nun zusätzlich auf 9 Bezug genommen.
Das Verfahren zur Elektro-Behandlung von Pflanzen, insbesondere zur Sikkation von Feldfrüchten , zur Gründüngungskontrolle oder zur Kontrolle von Beikraut, kann umfassen, dass vorab auf die Sprossachse und/oder die Blätter von Pflanzen das übergangswiderstandsenkendes Medium 15 aufgebracht wird.
In einem ersten Schritt S100 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel der erste Applikator 21a mit der ersten Polarität P1, der zweite Applikator 21b mit der zweiten Polarität P2 und der dritte Applikator 21c mit der ersten Polarität P1 mit der geregelten Konstantleistungsquelle 3 elektrische Leistung übertragend verbunden.
Dies kann durch Schließen elektrischer Trennschalter, z.B. der Transformations- und Kontrolleinheit 33, erfolgen.
In einem weiteren Schritt S200 werden die Applikatoren 21a, 21b, 21c mit den Sprossachsen und/oder den Blättern von Pflanzen in Kontakt gebracht, derart, dass sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein elektrischer Strom einstellt.
In einem weiteren Schritt S300 werden nun die Sprossachsen und/oder die Blätter der Pflanzen mit einer elektrischen Spannung U mit einem Spitze-Tal-Wert U_ST kleiner 1000 V beaufschlagt.
Die elektrische Spannung U kann eine Wechselspannung oder eine gleichgerichtete und geglättete elektrische Gleichspannung sein. Ferner kann die elektrische Spannung U eine gepulste Gleichspannung sein, wobei die elektrische Spannung U auch einen Minimalwert U_Min größer Null aufweisen kann.
In einem weiteren Schritt S400 hält die geregelte Konstantleistungsquelle 3 eine im Wesentlichen konstante elektrische Leistung aufrecht, z.B. durch eine kombinierte Frequenz- und Pulsweitenmodulation, solange sich der Widerstandswert in einem vorbestimmten Bereich verbleibt. Wird bei zu kleinem Widerstand der elektrische Strom oder bei zu großem Widerstand die erforderliche elektrische Spannung zu hoch, sinkt dementsprechend die elektrische Leistung.
Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Reihenfolge der Schritte auch eine andere sein. Ferner können mehrere Schritte auch zeitgleich bzw. simultan ausgeführt werden. Des Weiteren können auch abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel einzelne Schritte übersprungen oder ausgelassen werden.
So kann die Anzahl von ungewollten Spannungsüberschlägen, begleitet von Lichtbögen zwischen zwei Applikatoren 21a, 21b, 21c einer Applikatoreinheit 2, insbesondere zwischen Applikatoren 21a, 21b, 21c benachbarter Applikatoreinheiten 2, signifikant reduziert werden. Dies erlaubt eine simultane Elektro-Behandlung von Pflanzen mit einer Mehrzahl von Applikatoreinheiten 2 nebeneinander in einer Applikatorreihe 12 mit reduzierten Abstand voneinander.
Bezugszeichenliste

1: Behandlungs-Vorrichtung
2: Applikatoreinheit
3: Konstantleistungsquelle
4: Anschluss
5: Verteileinheit
6: Umrichterbaugruppe
7a: Umrichter
7b: Umrichter
7c: Umrichter
8a: Verbindungsabschnitt
8b: Verbindungsabschnitt
9a: Verbindungsabschnitt
9b: Verbindungsabschnitt
10: erstes Modul
11: Düse
12: Applikatorreihe
13: erste Trägerkonstruktion
14: Flüssigkeitsbehälter
15: übergangswiderstandsenkendes Medium
16: Sensor
20: zweites Modul
21a: elektrischer Applikator
21b: elektrischer Applikator
21c: elektrischer Applikator
24: zweite Trägerkonstruktion
30: Trägerfahrzeug
31: Zapfwelle
32: Generator
33: Transformations- und Kontrolleinheit
FR: Fahrtrichtung
R: Restwelligkeitswert
t: Zeit
U: elektrische Spannung
U_: Gleichwert
UMax: Maximalwert
UMin: Minimalwert
UST: Spitze-Tal-Wert
S100: Schritt
S200: Schritt
S300: Schritt
S400: Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2007383 [0007]
WO 2019/052591 A1 [0007]
WO 2018/095450 A1 [0007]
WO 2018/050142 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Reduktion von ungewollten Spannungsüberschlägen bei Elektro-Behandlungen von Pflanzen, insbesondere während einer Sikkation von Feldfrüchten, zur Gründüngungskontrolle oder zur Kontrolle von Beikraut, zumindest mit dem Schritt: (S300) Beaufschlagen von Pflanzen mit einer elektrischen Spannung (U) mit einem Spitze-Tal-Wert (U_ST) kleiner 1000 V.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die elektrische Spannung (U) eine Wechselspannung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die elektrische Spannung (U) eine gleichgerichtete und geglättete elektrische Gleichspannung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die elektrische Spannung (U) eine gepulste Gleichspannung ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die elektrische Spannung (U) einen Minimalwert größer Null aufweist.
Behandlungs-Vorrichtung (1) zur Elektro-Behandlung von Pflanzen, insbesondere einer Sikkation von Feldfrüchten, zur Gründüngungskontrolle oder zur Kontrolle von Beikraut, wobei zur Reduktion von ungewollten Spannungsüberschlägen die Behandlungs-Vorrichtung (1) dazu ausgebildet ist, Pflanzen mit einer elektrischen Spannung (U) mit einem Spitze-Tal-Wert (U_ST) kleiner 1000 V zu beaufschlagen.
Behandlungs-Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei die elektrische Spannung (U) eine elektrische Wechselspannung ist.
Behandlungs-Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei die elektrische Spannung (U) eine gleichgerichtete und geglättete elektrische Gleichspannung ist.
Behandlungs-Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei die elektrische Spannung (U) eine gepulste Gleichspannung ist.
Behandlungs-Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei die elektrische Spannung (U) einen Minimalwert größer Null aufweist.
Trägerfahrzeug (30), insbesondere selbstfahrende Landmaschine oder Anhänger, mit einer Behandlungs-Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10.
Bausatz, enthaltend Komponenten einer Behandlungs-Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10 zum Bilden eines Trägerfahrzeugs (30) nach Anspruch 11.