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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausbringen und für die Verteilung schüttfähiger Düngemittel.
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Zur Ausbringung von schüttgutförmigem Dünger in Form von z.B. Granulat oder Prill werden heutzutage in erster Linie Wurfscheiben-streuer, auch Schleuderdüngerstreuer genannt, eingesetzt. Diese schleudern den Dünger über mehrere dutzend Meter durch die Luft und verteilen den Dünger, wodurch es durch Windeinfluss zu einer ungleichmäßigen Düngerverteilung kommen kann. Außerdem ist es schwierig Teilbreiten zu streuen oder an der Feldgrenze entlang bis zur Feldgrenze hin lokal definiert jeweils die gewünschte Düngermenge auszubringen, ohne dass Düngerkörner über die Feldgrenze fallen. Um diese Nachteile zu eliminieren, wurden schon vor längerer Zeit Pneumatikstreuer (Exaktdüngerstreuer) entwickelt. Am Ausleger dieser Düngerstreuer befinden sich im Abstand von ca. 1 m Düsen, über die der Dünger austritt und auf dem Boden landet. Jede Düse wird dabei über ein ihr zugeordnetes Rohr auf pneumatischen Wege mit Dünger versorgt. Jedes Rohr wird mit Hilfe einer Dosier- und Einspeiseeinrichtung, welche jeweils unten am Düngervorratsbehälter sitzt, mit Dünger beaufschlagt, welcher aus dem zentralen Düngervorratsbehälter stammt (z.B.
US 4 826 088 B ) kommt. Diese Düngerstreuer sind relativ kostspielig, was neben anderem auf den aufwändigen Ausleger und den zahlreichen Dosierorgangen am Düngervorratsbehälter zurückzuführen ist.
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Insbesondere durch mehrere Leitungen durch die Düngemittel zu Düsen gelangen kann, erhöht sich die Masse, was insbesondere bei weiter über die äußeren Abmessungen eines Trägerfahrzeuges herausragenden Leitungen problematisch ist. Außerdem ist der Aufwand für eine dosierte punktgenaue Regelung der ausgebrachten Düngemittelmenge aufwändig.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für eine dosierte punktgenaue Ausbringung einer lokal definierten Düngemittelmenge, die diese Nachteile vermeiden, anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Anspruch 12 definiert ein Verfahren. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in abhängigen Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.
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Bei der Vorrichtung wird mittels eines Verdichters Luft mit gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhtem Druck durch eine einzige Förderleitung ausgehend vom Verdichter geführt. Dabei ragt die Förderleitung an beiden Seiten eines Fahrzeugs über die Außenabmessungen des Fahrzeugs heraus, so dass die Förderleitung an beiden Seiten des jeweiligen Fahrzeugs soweit übersteht, dass eine ausreichend große landwirtschaftlich genutzte Fläche mit Düngemittel versorgbar ist.
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An die Förderleitung ist eine Zuführung, die mit einem Düngemittelvorratsbehälter verbunden ist, angeschlossen. Durch die Zuführung ist mittels einer Fördereinrichtung Düngemittel der Förderleitung zuführbar.
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An der Förderleitung sind in Strömungsrichtung in vorgegebenen, bevorzugt kontanten Abständen nacheinander Austrittsöffnungen vorhanden, aus denen Düngemittel im freien Fall auf mindestens ein Verteilelement auftrifft und auf der Ackerfläche verteilt wird.
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An jeder Austrittsöffnung ist eine Ablenkplatte angeordnet. Die Ablenkplatten sind jeweils in Strömungsrichtung der komprimierten Luft am Ende der jeweiligen Austrittsöffnung um eine Drehachse an der Förderleitung gelenkig befestigt. Je nach Winkel mit dem eine Ablenkplatte verschwenkt ist, kann eine definierte Menge an Düngemittel aus der Förderleitung durch die zugehörige Austrittsöffnung abgeführt werden. So kann ein bestimmter Teilbetrag an Düngemittel durch die jeweilige Austrittsöffnung abgeführt und dann verteilt werden. Im Luftstrom verbleibendes Düngemittel strömt mit dem Luftstrom weiter und kann durch in Strömungsrichtung nachfolgend angeordnete Austrittsöffnungen mittels der zugehörigen Ablenkplatten lokal definiert abgeführt und auf der jeweiligen landwirtschaftlich genutzten Fläche verteilt werden. Ablenkplatten können von einem Winkel = 0 (geschlossene Austrittsöffnung) bis zu einem Winkel von maximal 90 ° idealerweise stufenlos verschwenkt werden.
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Der Winkel mit dem die jeweilige Ablenkplatte um ihre Drehachse verschwenkbar ist, ist individuell mittels einer Verstelleinrichtung in Abhängigkeit einer vorgegebenen oder durch eine Regelung bestimmten Menge an Düngemittel, die durch die jeweilige Austrittsöffnung auf eine bestimmte landwirtschaftlich genutzte Fläche verteilt werden soll, einstellbar.
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Die Beeinflussung der jeweiligen Winkel, mit dem die einzelnen Ablenkplatten zu einem Zeitpunkt verschwenkt sind, ist mit einer Regeleinrichtung in Abhängigkeit einer Vorgabe, die dem Bedarf an Düngemittel am jeweiligen Ort angepasst ist und jeweils einem Messsignal, das die mit mindestens einen Sensor erfasste Menge am momentan aus der jeweiligen Austrittsöffnung austretenden Menge an Düngemittel repräsentiert, erreichbar.
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Im Bereich jeder Austrittsöffnung kann jeweils mindestens ein Verteilelement angeordnet sein, auf das im freien Fall austretendes Düngemittel auftrifft und am mindestens einen Verteilelement oder zwischen jeweiliger Austrittsöffnung und dem mindestens einen Verteilelement kann ein Sensor zur Bestimmung der momentan austretenden Menge an Düngemittel angeordnet und mit der Regeleinrichtung verbunden sein. Dadurch kann die jeweils momentan an der jeweiligen Austrittsöffnung ausgebrachte und verteilte Düngemittelmenge geregelt werden.
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Erste wesentliche Vorteile der Erfindung sind, dass nicht mehr jede einzelne Düse durch eine eigene Rohrleitung versorgt wird, sondern dass nur noch mit einer großen rohrförmigen Förderleitung gearbeitet wird und die Dosierung für eine einzelne Austrittsöffnung direkt an der jeweiligen Austrittsöffnung mittels der zugeordneten verschwenkbaren Ablenkplatte erfolgt. Sämtliche Austrittsöffnungen sind an dieser einen Förderleitung angeordnet. Ein weiteres Kennzeichen ist, dass eine zentrale Zuführeinrichtung (z.B. ein Zellenrad oder Nockenrad), für eine Grobdosierung von Düngemittel in die Förderleitung vorhanden ist, durch die das Düngemittel in die eine Förderleitung einspeist wird. Die Förderleitung kann als Rundumlaufleitung ausgeführt sein, d.h. am Ende der Arbeitsbreite macht die Förderleitung eine 180° Wendung und verläuft zurück in Richtung des Verdichters und des Vorratsbehälters für das Düngemittel, mit dem der Luftstrom erzeugt und durch die Förderleitung geführt wird. Der Luftstrom kann in einer Ausführung durch den Verdichter hindurchgeführt werden oder in einer BypassLeitung am Verdichter vorbeigeführt und dann in den Luftstrom vom Verdichter erneut wieder weiter verdichtet eingespeist werden, so dass die Luft und teilweise auch Düngemittel im Kreislauf geführt werden kann. Damit dies gut funktioniert, kann die Einspeisung nach dem Venturi-Prinzip erfolgen. Die Förderleitung kann im Innendurchmesser mit größer werdendem Abstand zum Verdichter sich verjüngend ausgeführt bzw. mit zunehmenden Erreichen des Endes der erreichbaren Arbeitsbreite der Vorrichtung verjüngt sein.
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Eine Rundumlaufleitung kann einmal für die linke Seite und einmal für die rechte Seite der Arbeitsbreite vorhanden sein. Dazu kann die Förderleitung in jeweils einen Teil der an einer Fahrzeugseite übersteht und einen Teil der auf der entgegengesetzt angeordneten Seite angeordnet ist, verzweigt sein. Bei kleinen Arbeitsbreiten kann die komplette Arbeitsbreite mit einer Rundumlaufleitung abgedeckt werden.
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Idealerweise sind die Austrittsöffnungen in einem Abstand von ca. 1 m (auf der Unterseite) an der Förderleitung angeordnet. Zur Beschickung für eine jeweilige Austrittsöffnung bzw. zur Entnahme des Düngemittels aus dem Luftstrom und damit der Feindosierung an einer Austrittsöffnung dient eine nach oben klappbare Ablenkklappe. Die Ablenkplatten (mit Seitenwänden) können ähnlich wie ein Hobel einen Teil des Luftstroms mit Ablenkklappe abtrennen, so dass mehr oder weniger Düngemittel abgeführt und über die jeweilige Austrittsöffnung verteilt werden kann. Die Ablenkplatten sollten jeweils an der Basis (bei der Achse) breiter als am anderen Ende (2 und 3) ausgebildet sein. Gleichzeitig sollte sie eine entgegen der Strömungsrichtung des Luftstroms konkav gewölbte Oberfläche (aerodynamische Ausformung) aufweisen, um die Turbulenzen hinter der Ablenkplatte niedrig zu halten. Über den Öffnungswinkel der Ablenkplatten erfolgt die Einstellung der Düngemittelmenge. Die Einstellung des Öffnungswinkels kann mittels eines elektrischen Stellmotors erfolgen. Der abgegriffene Luftstrom kann mit einem Leitblech weiterumgelenkt werden, so dass er schließlich senkrecht nach unten gerichtet ist. Das Leitblech kann zu einem Rohr geformt sein, so dass der Düngemittelstrom zusammengefasst und beruhigt werden kann und zielgerichtet auf eine Prallplatte als Verteilelement trifft, die Düngemittel über die vorgesehenen Streubreite für eine Austrittsöffnung verteilt. Falls sich hinter einer Ablenkplatte Düngerkörner abgelagert haben, können diese durch Schlie-ßen der jeweiligen Ablenkplatte, z.B. beim Wendevorgang im Vorgewende vom Luftstrom wieder mitgenommen. Dieser Vorgang kann durch eine kurzzeitige Erhöhung der Luftstromgeschwindigkeit intensiviert werden.
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Vorteilhaft kann die Oberfläche von Verteilelementen, auf die Düngemittel, die mit dem Luftstrom mitgeführt werden, auftrifft und nach außen abgelenkt wird, auch mit Konturelementen, insbesondere einzeln verteilt angeordneten Erhebungen versehen oder ausgebildet sein. Partikel des jeweiligen Düngemittels treffen beim Auftreffen auf eine so ausgebildete Oberfläche auf und werden von dort entsprechend ihres Auftreffwinkels auf eine Oberfläche einer Erhebung entsprechend dem Neigungswinkel an der jeweiligen Erhebung auf und werden dementsprechend reflektiert in unterschiedliche Richtungen abgelenkt. Die Partikelbewegung kann entsprechend beeinflusst und eine breitere Verteilung nach dem Austritt aus den Austrittsöffnungen und damit wiederum eine breitere und gleichmä-ßigere Verteilung an Düngemittel auf der jeweiligen Ackeroberfläche erreicht werden.
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Erhebungen an dieser Oberfläche können durch entsprechende Umformung bei der Herstellung von Verteilelementen ausgebildet werden. In diesem Fall bieten sich besonders vorteilhaft konvex gewölbte Oberflächen an, die keine scharfen Kanten oder Ecken aufweisen.
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Erhebungen können aber auch aufgeschweißt, aufgelötet oder kraft- und/oder formschlüssig mit dem jeweiligen Verteilelement verbunden werden.
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Im Gegensatz zu Erhebungen mit sphärisch gekrümmter Oberfläche können auch Erhebungen genutzt werden, die eine pyramiden- oder pyramidenstumpfförmige Ausbildung mit scharfen Ecken und Kanten aufweisen.
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Erhebungen in versetzter Anordnung sind ebenfalls vorteilhaft um eine gleichmäßiger Verteilung von Düngerpartikeln zu erreichen.
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Zu Beginn eines Streuvorganges kann zunächst auf Basis von Tabellen oder Erfahrungswerten für eine bestimmte Düngemittelmenge der Öffnungswinkel der Ablenkplatten entsprechend eingestellt werden. Da aber Fließeigenschaften, Feuchtigkeitsgehalt etc. beim Düngemittel auch die Verteilung der Düngerkörner im Luftstrom schwanken können, ist eine Erfassung des Düngemitteldurchflusses an der jeweiligen Austrittsöffnung wünschenswert. Diese Erfassung kann auf unterschiedlichste Weise mit bekannten Systemen erfolgen, wie dies z .B. LASER, Ultraschall, Lichtschrankensystem, Ablenkplatte oder Verteilelement als Piezoelement, Kraftmessung an der Ablenkplatte oder einem Verteilelement (Kräfte hervorgerufen durch aufschlagende Düngerkörner) oder RADAR als geeignete Sensoren zur Bestimmung der momentan ausgebrachten Düngemittelmenge an einer Austrittsöffnung sind. Auf Basis der kontinuierlichen Durchsatzmessung an einer Austrittsöffnung kann der momentan erforderliche Öffnungswinkel der zugehörigen Ablenkplatte kontinuierlich abgeleitet und eingestellt werden, so dass immer die gewünschte Düngemittelmenge auf die jeweilige landwirtschaftlich genutzte Fläche ausgebracht wird.
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Da es in Strömungsrichtung nach einer Ablenkplatte noch zu Turbulenzen kommen kann und die Düngemittelmenge im Luftstrom direkt hinter der jeweiligen Ablenkplatte reduziert ist, wodurch die nächstfolgend in Strömungsrichtung angeordnete Austrittsöffnung zu wenig Düngemittel erhalten könnte, sitzen die Austrittsöffnungen mit den jeweils zugehörigen Ablenkplatten nicht auf einer geraden Linie, sondern können bevorzugt jeweils um eine „Klappenbreite“ entlang einer Zickzacklinie versetzt angeordnet sein. Dazu können die Austrittsöffnungen mit zugehöriger Ablenkplatte in Strömungsrichtung nacheinander alternierend zu beiden Seiten der mittleren Längsebene der Förderleitung mit einem Winkelversatz von mindestens 5°, bevorzugt mindestens 10° versetzt angeordnet sein.
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Eine gleichmäßigere Verteilung an Düngemittel während seiner Bewegung durch die Förderleitung kann auch dadurch erreicht werden, dass eine turbulente Bewegung des Luftstroms innerhalb der Förderleitung erreicht werden kann. Dazu können im Inneren der Förderleitung auch Verwirbelungselemente angeordnet oder dort ausgebildet sein. Dies kann beispielsweise und bevorzugt dadurch erreicht werden, indem die Innenwand konturiert wird. Dies kann beispielsweise mit an der Innenwand angeordneten Erhebungen und Vertiefungen erreicht werden, die in Strömungsrichtung der Luft nacheinander angeordnet sind. Man kann dazu auch eine wellenförmig ausgebildete Wandung der Förderleitung wählen.
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Die Düngemittelmenge, die zu Beginn des Streuens über die zentrale dosierbare Fördereinrichtung aus dem Düngemittelvorratsbehälter in den Luftstrom eingespeist wird, kann zunächst auch von Tabellen- oder Erfahrungswerten abgeleitet werden. Zwischen letzter Austrittsöffnung und dem Verdichter kann ein Sensor (z.B. LASER, Ultraschall, Lichtschrankensystem, RADAR) angeordnet sein, mit dem kontinuierlich feststellt werden kann, wieviel an Düngemittel im Luftstrom noch vorhanden ist. Dementsprechend kann über die zentrale einstellbare Fördereinrichtung neues Düngemittel in die Förderleitung eingespeist werden. Die in Strömungsrichtung nach der letzten Austrittsöffnung im Luftstrom noch vorhandene Düngemittelmenge sollte möglichst niedrig sein, damit der Luftstrom nicht unnötig belastet wird, es nicht zu Düngerablagerungen in der Förderleitung kommen kann oder Düngerkörner nicht mehrmals durch den Kreislauf zirkulieren, weil dadurch Körner brechen könnten, was sich negativ auf die Mengenbestimmung oder Verteilgenauigkeit auswirken könnte. Um dies zu vermeiden kann zu viel gefördertes Düngemittel am Ende eines Kreislaufs vor dem Wiedererreichen des Verdichters auch in einen Sammelbehälter abgeführt oder in den Vorratsbehälter rückgeführt oder über eine Bypassleitung um den Verdichter herum geführt werden.
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Damit ein ordentliches Düngen und eine einfache Bedienung möglich sind, kann eine entsprechende elektronische Regelung genutzt werden. Diese kann die Messwerte von den verschiedenen Sensoren erfassen und die Menge des in die Förderleitung aus dem Vorratsbehälter einzuspeisenden Düngemittels bestimmen. Die Vorrichtung kann so entsprechend durch zusätzliche Beeinflussung der Schwenkwinkel der einzelnen Ablenkplatten geregelt werden. Jede Ablenkplatte ist dabei einzeln ansteuerbar, so dass an den einzelnen Austrittsöffnungen dem jeweiligen lokalen Bedarf der landwirtschaftlich genutzten Fläche angepasst Düngemittel auf die momentan angepasst Düngemittel verteilt wird, angepasste Düngemittelmenge ausgebracht werden kann.
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Bei der Erfindung können unterschiedliche Mengen an Düngemittel durch die einzelnen Austrittsöffnungen ausgebracht werden („Teilflächenspezifische Düngung“; Mengenreduzierung bis auf „O“ z.B. für eine Teilbreitenabschaltung). Dazu kann in bereits bekannter Weise eine Düngerapplikationskarte in der elektronischen Regeleinrichtung abgespeichert und zusammen mit Positionsangaben vom GPS angewendet werden. Außerdem kann die Regeleinrichtung so ausgeführt sein, so dass ein geschwindigkeitsabhängiges Ausbringen von Düngemittel möglich ist. Damit muss keine konstante Fahrgeschwindigkeit mehr eingehalten werden. Ausgehend von der Fahrgeschwindigkeit und der erforderlichen Düngemittelmenge pro Fläche, kann zunächst berechnet werden, wie groß der Düngermassestrom an einer Austrittsöffnung am jeweiligen Ort sein muss:
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Anhand dieses Sollwertes kann der Vergleich mit dem Istwert über die Sensorik an einer Austrittsöffnung ermittelt und berücksichtigt werden. Ist eine Differenz zwischen Soll und Ist vorhanden, erfolgt eine Anpassung des Öffnungswinkels an der jeweiligen Ablenkplatte. Für ein geschwindigkeitsabhängiges Streuen wird kontinuierlich die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit erfasst (z.B. über GPS oder RADAR). Auf Basis der obigen Formel kann kontinuierlich bei sich ändernder Fahrgeschwindigkeit der neue Sollmassenstrom berechnet und der Öffnungswinkel solange angepasst werden bis der Istwert ca. dem aktuellen Sollwert entspricht. Zur Stabilität des Regelungssystems ist es günstig eine Toleranz von ca. 2 % anzusetzen.
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Für die Fahrt auf öffentlichen Straßen kann die Förderleitung so gebaut sein, dass sie an mehreren Stellen klappbar ist und damit im eingeklappten Zustand eine maximale Gerätebreite von 3 m nicht überschritten wird. Der Teil der seitlich über das jeweilige Fahrzeug übersteht, kann gelenkig einklappbar ausgebildet sein.
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Mit Durchführung des Verfahrens strömt mit einem Verdichter verdichtete Luft durch die einzige Förderleitung und Düngemittel wird dem Luftstrom mittels einer Fördereinrichtung zugeführt. Dabei wird Düngemittel aus der Förderleitung mit den individuell in geregelter Form verschwenkbaren Ablenkplatten aus dem Luft-Düngemittelstrom in geregelter Form durch die Austrittsöffnungen im freien Fall abgeführt und in dosierter Form auf mindestens ein Verteilelement gelenkt. Mit dem mindestens einen Verteilelement, das eine Prallplatte sein kann, wird Düngemittel auf eine landwirtschaftlich genutzte Fläche mit einer Menge verteilt, die dem Düngemittelbedarf auf der jeweiligen landwirtschaftlich genutzten Fläche entspricht.
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Vorteilhaft kann der Luftstrom mit dem mitgeführten Düngemittel im Kreislauf und mit einem Düngemittelüberschuss durch die Förderleitung geführt und überschüssiges Düngemittel vor dem Wiedererreichen des Verdichters in einen Sammelbehälter oder den Vorratsbehälter rückgeführt oder über eine Bypassleitung um den Verdichter herum geführt werden.
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Anhand der nachfolgenden Erläuterungen soll die Erfindung weiter erklärt werden.
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Dabei zeigen:
- 1 eine beispielhafte schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Förderleitung im Bereich einer Austrittsöffnung für Düngemittel;
- 2 eine Vorder- und eine Seitenansicht eines Beispiels einer Ablenkplatte und
- 3 eine perspektivische Darstellung einer konkav gewölbten Ablenkplatte.
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In 1 ist an einer geschnitten dargestellten Förderleitung 1, durch die komprimierte Luft und mit dieser gefördertes schüttfähiges Düngemittel gefördert wird, gezeigt. In der Förderleitung sind Austrittsöffnungen 2 für ein Ausbringen von Düngemittel vorhanden. Am hinteren in Strömungsrichtung des Luft-Düngemittelstroms angeordneten Ende der Austrittsöffnungen 2 ist jeweils eine verschwenkbare Ablenkplatte 3 gelenkig befestigt. Die mit einem nicht dargestellten Schwenkantrieb als Verstelleinrichtung, beispielweise einem Drehantrieb, der elektrisch, elektromagnetisch, pneumatisch oder hydraulisch betrieben werden kann, in mittels einer ebenfalls nicht dargestellten Regeleinrichtung aktivierbar ist, so dass die jeweilige Ablenkplatte 3 in Abhängigkeit einer mit der Regeleinrichtung bestimmten Regelgröße verschwenkt und damit in den Luft-Düngemittelstrom mehr oder weniger eingestellt wird, so dass mit der Ablenkplatte 3 je nach Verschwenkwinkel mehr oder weniger Düngemittel aus dem Luft-Düngemittelstrom durch die Austrittsöffnung 2 ausgeschleust wird. Von der jeweiligen Austrittsöffnung 2 gelangt das ausgeschleuste Düngemittel im freien Fall auf eine Prallplatte als Verteilelement 4 und wird mit dieser gleichmäßig in alle Richtungen ausgehend von der Austrittsöffnung 2 und der Prallplatte 4 auf einen Bereich der zu düngenden landwirtschaftlich genutzten Fläche ausgebracht.
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Dabei kann die Menge an Düngemittel, die aus der jeweiligen Austrittsöffnung 2 abgeführt wird, mit einem Sensor 5 bestimmt werden. Bei diesem Beispiel ist der Sensor 5 zwischen Austrittsöffnung 2 und der Prallplatte als Verteilelement 4 angeordnet und kann beispielsweise ein Radarsensor sein. Mit der so bestimmten momentan ausgebrachten Düngemittelmenge und mittels, wie aus dem so genannten precision farming in bekannter Weise vorab ermittelten Vorgabewerten für einen lokalen Düngemittelbedarf kann mittels der nicht gezeigten Regeleinrichtung die ebenfalls nicht gezeigte Fördereinheit, mit der Düngemittel aus einem Vorratsbehälter der Förderleitung 1 dosiert zugeführt wird und die einzelnen Winkelstellungen der Ablenkplatten 3 können individuell geregelt werden.
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In 2 ist einmal eine in den Luft-Düngemittelstrom quer gestellte Ablenkplatte 3 und daneben eine zumindest nahezu nichtverschwenkte Ablenkplatte 3 gezeigt. Aus dieser Darstellung und der Darstellung von 3 kann man entnehmen, dass die Ablenkplatten 3 jeweils vorteilhaft konkav gewölbt sein sollten, was aus aerodynamischen Gründen für einen verbesserten Düngemitteltransport durch die Förderleitung 1 günstig ist. Die Drehachse 6 der Ablenkplatten 3 ist dabei an der Innenwand der Förderleitung 1 fixiert.
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3 zeigt perspektivisch eine konkave Wölbung einer Ablenkplatte 3.