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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Vorrichtung für das Ausbringen
von Feststoffen, wobei die Vorrichtung speziell für den Einsatz
mit einer landwirtschaftlich genutzten pneumatischen Fördereinrichtung
wie beispielsweise einer Grubbersämaschine angepasst ist.
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Saatgut-
und Düngemittelprodukte
werden von einem Trichter oder Luftwagen über ein pneumatisches Förderrohr
an eine Streuvorrichtung befördert.
Der Förderweg
verläuft
im ersten Streckenabschnitt vom Vorratstrichter zur Streuvorrichtung
zunächst überwiegend
horizontal. Danach erhält
das Förderrohr
eine vorwiegend vertikale Ausrichtung und ist an seinem oberen Ende
mit einem Stromverteilerkopf verbunden. Der Verteilerkopf leitet
das von der Luft mitgerissene Produkt in eine Reihe von Kanälen, die
mit den Scharen und den Streuvorrichtungen verbunden sind. In einigen
Fällen
kommunizieren die Kanäle
der Verteilerköpfe
mit Nebenverteilerköpfen,
bevor das Produkt in die einzelnen Streuvorrichtungen verteilt wird.
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Es
ist wichtig, das Produkt gleichmäßig auf
alle Kanäle
des Verteilerkopfes zu verteilen, um eine Ausbringung von gleichen
Mengen des Produkts in allen Furchen zu erzielen. Eine ungleichmäßige Verteilung führt zu einer
ineffizienten Nutzung des Bodens und des Düngers und beeinträchtigt das
einheitliche Wachstum der Bodenerzeugnisse. Ein in diesem Zusammenhang
allgemein verwendeter Begriff ist der Variationskoeffizient (KV),
der ein Maß für die Gleichmäßigkeit
der Verteilung in der Streuvorrichtung darstellt. Ein KV von 150
oder mehr gilt als unannehmbar. Ein KV unter 5% wird als sehr gut
erachtet.
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Die
Variation bei der Verteilung wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst.
Beispielsweise tendieren die im Förderrohr beförderten
Körner
dazu, sich entlang der Innenflächen
zu bewegen. Dies ist insbesondere bei Rohrbiegungen zum Zwecke von
Richtungsänderungen
in die Vertikale der Fall. Die Öffnung
des Förderrohrs übergibt
das Material an einen Streuer im Verteilerkopf, welcher das Material
in peripher um den Verteilerkopf angeordnete Kanäle verteilt. Dies fuhrt bei
einer stärkeren
Konzentration des Produktmaterials auf einer Seite des Förderrohrs
zu einer ungleichmäßigen Verteilung
des Materials.
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Um
das Produkt gleichmäßiger im
Verteilerkopf zu verteilen, wurden eine Reihe von Konzeptionen vorgeschlagen,
die im Förderrohr
Turbulenzen erzeugen, um das Produkt von der Rohrinnenfläche wegzuführen und
den Produktstrom beim Eintritt in den Verteilerkopf zu zentrieren.
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Beispielsweise
beschreibt das 1988 an S. Popowich erteilte US-Patent 4,717,289
ein gewelltes Rohr für
die Verwendung mit einem horizontalen Verteilerkopf. Wellungen in
einem im Wesentlichen horizontalen System tendieren dazu, das Material
von den Seitenwänden
wegzuführen,
wobei auch die Schwerkraft den Materialstrom beeinflusst. In einer
im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung tendieren viele Materialien
dazu, der gewellten Oberfläche
zu folgen, ohne einem ausreichenden Maß an Turbulenzen ausgesetzt
zu sein, um das gewünschte
Ergebnis zu erzielen.
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Ein
vertikales Verteilerkopfsystem ermöglicht eine höhere Anzahl
peripher angeordneter Trennkanäle, ohne
dabei die Größe der Kanäle einzuschränken, deren
Verengung einen höheren
Druckbedarf bedeuten und möglicherweise
zu einer höheren
Beschädigung
des Saatguts führen
würde.
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Die
im Juni 1995 veröffentlichte
kanadische Patentanmeldung Nr. 2,111,611, von G. Bourgault offenbart
die Verwendung einer zentralen Ablenkplatte zur Trennung des Materials
in zwei Ströme
durch die Umlenkung mittels einer 90°-Biegung und zentrierten Umlenkringen.
Hierbei handelt es sich um eine in der Herstellung relativ komplizierte
Konstruktion. Des Weiteren sind das Saatgut und andere Materialien
einer Vielzahl von Umlenkflächen
ausgesetzt, und da sie sich mit einer sehr hohen Geschwindigkeit
fortbewegen, steigt insbesondere beim Saatgut das Risiko einer Beschädigung.
Das im Jahr 1984 an D. Kelm erteilte kanadische Patent Nr. 1,167,704
offenbart den Einsatz eines Verteilerrohrs mit kleinen Dellen. Eine
gleichmäßige Struktur symmetrischer
Dellen oder innenliegender Erhebungen verursacht Turbulenzen im
Materialstrom. Diese Bauart umfasst eine Reihe von Variationen im
Bestreben, die Gleichmäßigkeit
der Verteilung zu verbessern. Sowohl die zylindrischen als auch
die konischen Rohrabschnitte verfügen über Dellen, die in gleichmäßigen Abständen angeordnet
sind. In einer alternativen Ausführungsform
befindet sich der Abschnitt mit den Dellen zwischen zwei Abschnitten
mit 45-Grad-Biegungen, um eine stufenweise Einwirkung auf das Material
zu erzielen. Diese Ausführungsform
verbessert die Materialverteilung erheblich im Vergleich zu früheren Ausführungsformen.
Abhängig
vom verwendeten Produkt und der Fördergeschwindigkeit sind die
KV-Ergebnisse der Kelm-Vorrichtung jedoch etwas inkonsistent.
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Verschiedene
Produktmaterialien wie zum Beispiel Erbsen, Weizen, Raps und Dünger reagieren
unterschiedlich auf Wirbelströme.
Ziel ist es, einen gleichmäßigen Materialstrom
zum Trennsteuer des Verteilerkopfes zu erzeugen. Da eine beliebige Anzahl
an verschiedenen Materialien mittels eines und desselben Geräts gestreut
werden sollen, ist es anzustreben, ein optimiertes universales System,
das für
alle Materialarten geeignet ist und das die erforderliche Vielseitigkeit
bietet, zu finden.
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Kelm
erkannte, dass eine Änderung
der Positionierung des Rohrabschnitts mit den Dellen innerhalb des
Fördersystems
den KV des Verteilerkopfes beeinflusst. Jedoch ist eine Umrüstung des
Fördersystems
auf die verschiedenen Produkte oder Anwendungsbedingungen nicht
praktikabel. Die Bauform des Verteilerkopfes hat ebenfalls einen
erheblichen Einfluss auf den KV. Der bekannte Stand der Technik
hat viele verschiedene Verteilerkopftypen hervorgebracht. Einige
Verteilerköpfe
begünstigen
die Erzeugung von Turbulenzen im Produktstrom, während andere darauf abzielen,
die Turbulenzen im Verteilerkopf zu reduzieren. In diesem Zusammenhang
wird unter anderem auf Kelm CA 1,097,149; Weiste AU 437,160; EP
211,295; Wurth SU 1,496,668; Gillespie U.S. 3,189,230; Oberg et
al U.S. 4,191,500; Smith et al 4,413,935; Widmer et al U.S. 4,562,968
und Memory CA 2,073,237-A verwiesen.
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Des
Weiteren offenbart US-Patent 4,575,284 die Bereitstellung eines
Förderrohrs
für den
Einsatz in einem Verteilersystem, um von der Luft mitgerissene Materialien
zwischen einer ersten Position und einem Verteilerkopf zu befördern, wobei
das Förderrohr über eine
Innenfläche
mit einer Vielzahl nach innen zeigender auseinanderliegender Erhebungen
verfügt,
welche eine Vielzahl ringförmig
angeordneter Reihen bilden, die sich um eine Achse in Längsrichtung
des Rohrs erstrecken, um kontrollierte Turbulenzen im Materialstrom
zu erzeugen, und wobei die Erhebungen, welche die Vielzahl der ringförmig angeordneten
Reihen bilden, so gestaltet sind, dass die Erhebungen einer Reihe
in Bezug auf die Erhebungen einer angrenzenden Reihe schräg versetzt
um die Achse in Längsrichtung
des Rohrs verlaufen.
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Obwohl
einige dieser Konstruktionen teilweise erfolgreich waren, gibt es
nach Meinung von Fachleuten in diesem Bereich hinsichtlich des KV-Ergebnisses
weitere Möglichkeiten
zur Verbesserung.
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Eine
Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein verbessertes Förderrohr
sowie einen verbesserten Verteilerkopf bereitzustellen, um trotz
sich ändernder
Variablen, einschließlich
der Produktgröße, -form,
-dichte und -mischung, eine gleichmäßigere Produktstreuung zu erzielen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird ein Förderrohr zur Verwendung in
einem Verteilersystem bereitgestellt, um von der Luft mitgerissene
Materialien zwischen einer ersten Position und einem Verteilerkopf
zu befördern,
wobei das Förderrohr über eine
innenliegende Fläche
mit einer Vielzahl nach innen zeigender auseinanderliegender Erhebungen
verfügt,
die eine Vielzahl ringförmig
angeordneter Reihen bilden, die sich um eine Achse in Längsrichtung
des Rohrs erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen
mindestens einigen der ringförmig
angeordneten Reihen von dem einen Ende des Förderrohrs zum anderen Ende
des Förderrohrs
abnimmt.
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Die
Erhebungen, die eine Vielzahl ringförmig angeordneter Reihen bilden,
können
so ausgeführt
sein, dass die Erhebungen in einer Reihe in Bezug auf die Erhebungen
einer angrenzenden Reihe schräg
versetzt um die Achse in Längsrichtung
des Rohrs verlaufen.
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Der
Abstand zwischen mindestens drei der Reihen nimmt in Strömungsrichtung
des Materials durch das Förderrohr
von einem Eintrittsteil des Förderrohrs
zu einem Austrittsteil des Förderrohrs
ab. Alternativ können
die ringförmig
angeordneten Reihen, die sich näher
an einem Ende des Förderrohrs
befinden, das bei Gebrauch dem Verteilerkopf am nächsten ist,
einen geringeren Abstand zueinander haben als die ringförmig angeordneten
Reihen, die näher
an der ersten Position liegen. Das Förderrohr kann über einen
geraden Abschnitt mit einem einheitlichen Durchmesser verfügen, welcher
für eine
vertikale Positionierung bei Gebrauch geeignet und mit Reihen mit
Erhebungen ausgestattet ist, wobei die Erhebungen über eine
einheitliche Tiefe verfügen
und die inneren Endpunkte konzentrisch zur zentralen Achse in Längsrichtung
des Förderrohrs
angeordnet sind. Das Förderrohr
kann einen sanft gekrümmten
Bogenabschnitt umfassen, der in ein Eintrittsteil des geraden Abschnitts
führt,
wobei der gerade Abschnitt über
einen ersten von Erhebungen freien Bereich zwischen dem Bogenabschnitt
und einer ersten Reihe von Erhebungen an dem Eintrittsteil und einem
zweiten von Erhebungen freien Bereich zwischen der letzten Reihe
von Erhebungen und einem Austrittsende des geraden Abschnitts verfügen kann.
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Der
Bogenabschnitt kann einen Krümmungswinkel
von zwischen circa 70° und
circa 90° haben.
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Bei
einer Gesamtlänge
des geraden Abschnitts von circa 300 bis 400 mm (12 bis 16 Inch)
darf der zweite Bereich nicht weniger als circa 50 mm (2 Inch) lang
sein.
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Vorzugsweise
liegen die nach innen zeigenden Endpunkte der Erhebungen in einem
Grundkreis mit einem nominalen Durchmesser von ungefähr 50 mm
(2 Inch).
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Der
Durchmesser des Grundkreises kann circa 50,04 bis 50,8 mm (1,97
bis 2,0 Inch) betragen und das Rohr über einen nominalen Durchmesser
von circa 63,5 mm (2,5 Inch) verfügen.
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Die
Erhebungen können
halbkugelförmig
oder bulbös
sein.
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Vier
bis acht Reihen mit Erhebungen können
vorgesehen sein. Die Erhebungen können in Spalten angeordnet
sein, wobei acht bis zwölf
Spalten in gleichmäßigen Abständen entlang
der Peripherie des Förderrohrs
angeordnet sind. Vorzugsweise gibt es sechs Reihen und zwölf Spalten
mit Erhebungen.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verteilersystem für die Beförderung
von Materialien, die von der Luft mitgerissen werden, bereitgestellt,
welches ein Förderrohr
gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung und einen Verteilerkopf umfasst, der über einen
Strömungseintritt
zur Aufnahme des von der Luft mitgerissenen Materials vom Förderrohr,
eine Vielzahl von im Abstand zueinander winkelförmig angeordneter Austrittsöffnungen
und eine Stromteilungsvorrichtung verfügt, um den ankommenden Materialstrom
in im Allgemeinen gleiche Teile zu teilen und die geteilten Teilströme durch
die entsprechenden Austrittsöffnungen nach
außen
zu leiten.
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Die
Stromteilungsvorrichtung kann eine innerhalb des Verteilerkopfes
definierte Stromteilungskammer umfassen sowie einen in der Kammer
befindlichen Strömungsumlenker,
wobei der Strömungsumlenker über den
Materialstrom begrenzende Rippen verfügt, welche durch glatt geformte
Mulden voneinander getrennt sind, die jeweils einer entsprechenden
Austrittsöffnung
zugeordnet sind.
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Der
Verteilerkopf kann über
eine Mittelachse verfügen,
wobei der Strömungseintritt
konzentrisch zur Mittellinie ausgerichtet ist und die Austrittsöffnungen
im Abstand zueinander winkelförmig
angeordnet sind und sich von der Mittelachse radial nach außen erstrecken,
der Strömungsumlenker über eine
an der Mittelachse ausgerichtete Nase verfügt und die den Materialstrom
begrenzenden Rippen, die ab der Nase stromabwärts verlaufen und sich graduell
aus einer Kombination von axialen und radialen Richtungen an der
Nase in im Allgemeinen radiale Richtungen winden, während die
geformten Mulden zwischen den Rippen allmählich tiefer werden, um letztendlich
mit den Innenflächen
der Austrittsöffnungen
zusammenzutreffen.
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Die
Austrittsöffnungen
können über ein
Rundprofil verfügen
und in gleichmäßigen Abständen winkelförmig um
die Mittelachse angeordnet sein, wobei die Austrittsöffnungen
lotrecht zur Mittelachse verlaufen und auf gleicher Ebene liegen.
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Der
Verteilerkopf kann drei Hauptbestandteile umfassen, im Einzelnen
sind dies ein Unterteil, in dem sich die Eintrittsöffnung befindet
und das über
erste Aussparungen verfügt,
welche die unteren Hälften
der Öffnungen
definieren, ein Oberteil, das entsprechend geformt ist, um das Unterteil
passgenau aufzunehmen und über
zweite Aussparungen verfügt,
die komplementär
zu den ersten Aussparungen sind und die Austrittsöffnungen
definieren, sowie ein Innenteil, welches den Strömungsumlenker definiert und
so geformt ist, dass es in das Ober- und Unterteil passt, wobei
die Nase auf den Strömungseintritt
gerichtet und axial daran ausgerichtet ist.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
Seitenansicht des Förderrohrs,
das gemäß einem
Aspekt der Erfindung über
einen am oberen Ende des Förderrohrs
angebrachten Verteilerkopf verfügt,
um ein Verteilersystem gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung zu bilden;
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2 ein
Längsprofil
des Förderrohrs
und des in 1 dargestellten Verteilerkopfes
in perspektivischer Ansicht;
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3 eine
Schnittansicht des Förderrohrs
entlang der in 1 dargestellten Linie 3-3 zur
Veranschaulichung der schräg
zueinander versetzten Anordnung von nebeneinanderliegenden Reihen
mit Erhebungen;
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4 eine
weitere mehr oder weniger schematische Seitenansicht des Förderrohrs,
wobei verschiedene die Leistung beeinflussende Variablen erfasst
sind;
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5 eine
Explosionsdarstellung des Verteilerkopfes, in welcher der obere
Deckel, der Strömungsumlenkereinsatz
sowie das Ober- und Unterteil des Verteilerkopfes dargestellt sind;
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6 eine
weitere Explosionsdarstellung des Verteilerkopfes, in der jedoch
die verschiedenen Komponenten desselben perspektivisch dargestellt
sind;
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7 eine
Schnittansicht des Verteilerkopfes und Förderrohrs, wobei die Schnittebene
entlang der Achse zweier sich gegenüberliegender Austrittsöffnungen
verläuft
und in der vertikalen Mittelachse des Verteilerkopfes liegt;
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8A eine
perspektivische Darstellung der Unterseite des Unterteils des Verteilerkopfes;
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8B eine
Untersicht des Oberteils des Verteilerkopfes;
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9 eine
perspektivische Darstellung der Unterseite des Strömungsumlenkereinsatzes,
zur Veranschaulichung der Form, der den Materialstrom begrenzenden
Rippen und der zwischen den Rippen geformten Mulden;
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10 eine
Untersicht des in 9 dargestellten Strömungsumlenkereinsatzes;
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11 eine
Seitenansicht des in 9 dargestellten Strömungsumlenkereinsatzes;
und
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12 eine
Draufsicht des in 9 dargestellten Strömungsumlenkereinsatzes;
und
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13 eine
perspektivische Darstellung der Nase des Strömungsumlenkereinsatzes;
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14 eine
Endansicht der Nase des Strömungsumlenkereinsatzes;
und
-
15 eine
Seitenansicht der Nase des Strömungsumlenkereinsatzes.
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1 und 2 zeigen
ein senkrechtes Förderrohr 10 mit
einem am oberen Ende desselben angebrachten Verteilerkopf 12.
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Wie
in dem oben angeführten
an Kelm erteilten kanadischen Patent 1,1.67,704 beschrieben, nimmt zum
Beispiel das untere Ende oder Eintrittsende 14 des Förderrohrs
von der Luft mitgerissene körnige
Materialien wie beispielsweise Samen und/oder Dünger auf, die mittels Blas-
und Dosiereinrichtungen (beide in der Zeichnung nicht gezeigt) zugeführt werden,
welche in einer in Fachkreisen bekannten Weise auf einem Luftwagen
angebracht sind. Während
das von der Luft mitgerissene Material nach oben durch das Förderrohr 10 transportiert
wird, üben
nach innen gerichtete und auseinanderliegende Erhebungen 16,
die sich im vertikalen Abschnitt des Förderrohrs befinden und nachfolgend
im Detail beschrieben sind, ein kontrolliertes Maß an Turbulenzen
auf den sich nach oben bewegenden Materialstrom aus, welcher dann
in den Verteilerkopf 12 fließt. Der Verteilerkopf 12 ist
so gestaltet, dass er den in eine vertikale Richtung fließenden Strom
in horizontale Richtungen umlenkt und den Strom teilt, wodurch dieser
weitestgehend gleichmäßig von
den einzelnen Austrittsöffnungen 18 aufgenommen
wird, die sich vom Verteilerkopf radial nach außen erstrecken und winkelförmig in
gleichen Abständen
zueinander angeordnet sind. Diese Austrittsöffnungen 18 sind mit
elastischen Schläuchen
(nicht gezeigt) verbunden, die mittels Klemmen 20 sicher
an den Öffnungen 18 befestigt
sind, wobei jeder Schlauch zu einer entsprechenden Streuvorrichtung
führt.
Etwaige Nebenverteilerköpfe
können ähnlich wie
der Verteilerkopf 12 ausgeführt sein und können ein
Förderrohr,
identisch mit dem Förderrohr 10,
nutzen. Des Weiteren ist angeführt,
dass der neuartige Verteilerkopf 12 und das Förderrohr 10 nach
Bedarf sowohl im primären
als auch im sekundären
Verteilersystem verwendet werden können, um das angestrebte Ergebnis
zu erzielen. Wie bereits erwähnt
ist es von Bedeutung, dass die Streuvorrichtungen entlang der Breite der
Maschine einen weitestgehend gleichmäßigen Materialstrom empfangen,
um einen Variationskoeffizienten (KV) zu erzielen, der weit unter
15% liegt und vorzugsweise 5% nicht übersteigt.
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Verteilerkopf
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5–12 zeigen
einen Verteilerkopf mit einer Vielzahl von Öffnungen. Der Verteilerkopf
ist symmetrisch zu seiner vertikalen Mittelachse (bezeichnet mit
X-X). Wie am besten in 5 und 6 zu erkennen ist,
umfasst der Verteilerkopf 12 vier Hauptkomponenten. Im
Einzelnen sind dies eine obere Abdeckung 22, ein Strömungsumlenkereinsatz 24,
ein Oberteil 26 und ein Unterteil 28.
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Die
Ober- und Unterteile 26, 28 sowie der Strömungsumlenker 24 werden
vorzugsweise aus einem glasgefüllten
Polyurethankunststoff geformt, der zum einen verschleißfest gegen
Abriebbeanspruchungen ist, die durch den Transport des Materials
hervorgerufen werden, und zum anderen wirtschaftliche Herstellungsverfahren
ermöglicht.
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Der
Verteilerkopf 12 ist mit einem mittig angeordneten Einlaufstutzen 30 versehen,
der genau in das obere Ende des Förderrohrs 10 passt
(2 und 7). Der am oberen Ende des Förderrohrs 10 befestigte Radialflansch 31 verfügt über auseinanderliegende Öffnungen,
durch welche Befestigungselemente 33 in den Verteilerkopf 12 ragen,
um letzteren am oberen Ende des Rohrs 10 zu befestigen.
Der Einlaufstutzen 30 ist integraler Bestandteil des Unterteils 28 des
Verteilerkopfes. Das Ober- und Unterteil 26, 28 des
Verteilerkopfes definieren zusammen die oben genannte Vielzahl radial
nach außen
ragender Austrittsöffnungen 18,
wobei die Austrittsöffnungen
winkelförmig
in gleichen Abständen
zueinander um die vertikale Symmetrieachse X-X des Verteilerkopfes 12 angeordnet
sind und wobei die Austrittsenden aller Öffnungen auf gleicher Ebene
lotrecht zur Mittelachse X-X liegen.
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Das
Stromteilereinsatzteil 24 hat die Aufgabe, den über den
Strömungseintritt 30 empfangenen
ankommenden Materialstrom in weitestgehend gleiche Teile zu trennen
und die geteilten Teilströme
nach außen durch
die entsprechenden Austrittsöffnungen 18 zu
leiten. Demgemäß umfasst
der Verteilerkopf 12 eine innerhalb des Verteilerkopfes 12 definierte
Stromteilungskammer 32 (7), wobei
sich der zuvor genannte Strömungsumlenkereinsatz 24 im
Oberteil 26 des Verteilerkopfes befindet. Der Strömungsumlenker 24 (9–12)
verfügt über eine
nach unten gerichtete Nase 34, welche exakt mittig zur
vertikalen Mittelachse X-X des Verteilerkopfes ausgerichtet ist.
Der Strömungsumlenker 24 ist
weiterhin mit einer Vielzahl radial angeordneter den Materialstrom
begrenzenden Rippen 36 ausgestattet, die durch glatt geformte
Mulden 38 getrennt sind, welche jeweils einer entsprechenden
Austrittsöffnung 18 zugeordnet
sind. Genauer beschrieben verlaufen die den Materialstrom begrenzenden
Rippen 36 direkt ab der Nase stromabwärts und sind anfangs sehr flach,
wobei die Rippen 36 sich dann graduell aus einer an der
Nase vorherrschenden Kombination aus axialen und radialen Richtungen
in im Allgemeinen radiale Richtungen winden, während die geformten Mulden 38 zwischen
den Rippen allmählich
tiefer werden, so dass die Mulden im Strömungsumlenkereinsatz 24 letztendlich
mit den Innenflächen
der durch das Oberteil 26 des Verteilerkopfes definierten
Austrittsöffnungen 18' zusammentreffen
oder ineinander übergehen.
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Des
Weiteren verfügt
das Unterteil 28 des Verteilerkopfes 12 direkt
nach dem Einlaufstutzen 30 über eine Vielzahl flacher konkaver Übergangsflächen 40,
die jeweils vom Einlaufstutzen in eine entsprechende der radial
angeordneten und im Unterteil 28 definierten Austrittsöffnungen 18' führt. Zudem
verjüngt
sich die Innenfläche 42 des
Einlaufstutzens 30 graduell nach innen, um den Materialstrom
zu beschleunigen und zu zentrieren, bevor er am Strömungsumlenkereinsatz 24 ankommt.
Diese Merkmale dienen dazu, dass sich der nach oben fließende über den
Einlaufstutzen 30 eintretende Materialstrom genau mittig
zur Mittelachse befindet, was eine Teilung des Stroms in gleiche
Teile und eine gleichzeitige gleichmäßige Umlenkung von einer vertikalen Richtung
in weitestgehend horizontale Richtungen und bei einer minimalen
Drosselung des Materialstroms eine Ausleitung nach außen in allgemein
gleichen Teilen durch die entsprechenden Austrittsöffnungen 18 unterstützt.
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Im
Allgemeinen sind die Durchflussgeschwindigkeiten innerhalb des Förderrohrs 10 und
des Verteilerkopfes 12 konventionell, d.h. sie liegen in
einem Bereich, den Fachleute gewöhnlich
für vergleichbare
Einrichtungen auf dem bekannten Stand der Technik ansetzen würden.
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Um
gute Ergebnisse erzielen zu können,
muss gewährleistet
sein, dass die drei Hauptkomponenten 24, 26, 28 des
Verteilerkopfes 12 exakt zusammengefügt sind. Wie in 5 und 6 zu
erkennen ist, verfügt das
Unterteil 28 über
eine Vielzahl konischer Erhebungen 44, die radial im Abstand
zueinander angeordnet und jeweils so geformt sind, dass sie in eine
entsprechende im Oberteil 26 des Verteilerkopfes befindliche
Aussparung 46 passen. Zur Gewährleistung einer genauen Positionierung
des Strömungsumlenkereinsatzes 24 verfügt der äußere Umfang
des Einsatzteils zusätzlich über eine
nach außen überstehende
ringförmige
Leiste 48. Diese Leiste 48 passt exakt in eine
flache, ringförmige,
stufenartige Aussparung 50, die sich im Oberteil 26 des
Verteilerkopfes 12 befindet. Diese sorgt für eine präzise mittige
Positionierung des Oberteils 26. Zur Gewährleistung
einer exakten winkelrechten Ausrichtung des Strömungsumlenkers 24 verfügt die stufenartige Aussparung 50 im
Oberteil zusätzlich über im Abstand
zueinander winkelförmig
angeordnete halbkreisförmige Vorsprünge 52,
die mit entsprechend großen
halbkreisförmigen
Kerben 54 zusammenwirken, die sich an dem nach außen ragenden
Flansch 48 des Strömungsumlenkers 24 befinden.
Befestigungselemente (nicht gezeigt), die sich über miteinander fluchtende Öffnungen 51, 53 im
Ober- und Unterteil 26, 28 erstrecken, dienen dazu,
die Teile aneinander zu befestigen. Der Strömungsumlenkereinsatz 24 wird
mittels der oberen Abdeckung 22 fixiert, welche wiederum
mittels auseinanderliegender entsprechend dimensionierter Federklemmen 55 (2 und 7)
gesichert wird.
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Im
Folgenden wird auf die oben kurz erwähnte Nase 34 des Strömungsumlenkers
Bezug genommen. Die Nase 34 wird ausführlich in 13 bis 15 dargestellt.
Die Nase 34 verfügt über einen
langgestreckten zylinderförmigen
Stab 60, der exakt in eine im Stromteilereinsatzteil definierte
Mittelbohrung 62 passt. Am Distalende des Stabs 60 befindet
sich eine Queröffnung 64 zur
Aufnahme eines Stifts, mit dem die Nase im Strömungsumlenker 24 fixiert
wird. Die Nase 34 verfügt über eine kreisförmige Randleiste 68,
die an eine schmale, kreisförmig
radial ausgerichtete Fläche 70 anstößt, welche
die Mittelbohrung 62 des Strömungsumlenkers umschließt. Die
Nase 34 hat gewöhnlich
eine kegelstumpfartige Form, wobei das äußerste Proximalende 72 der Nase
nahe ihrer mittigen Längsachse
flach ist und jener flache Abschnitt von dort mit der konischen
Wand 74 der Nase über
ein exakt gekrümmtes
kreisförmiges Übergangssegment 76 zusammenläuft.
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Die
Nase 34 sollte aus einem relativ harten, widerstandsfähigen Material
hergestellt sein, um eine Abnutzung durch Abrieb und Verschleiß aufgrund
des heftiges Aufprallens der anströmenden Feststoffe gegen die
Nase 34 während
des Betriebs zu vermeiden. Natürlich
ist es wichtig, dass die Nase 34 absolut symmetrisch zur
Mittelachse X-X des Verteilerkopfes 12 ist, da eine Abweichung
von der Symmetrie den Teilungsprozess des Materialstroms nachteilig
beeinflusst.
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Während der
in den Zeichnungen dargestellte Verteilerkopf über zehn Austrittsöffnungen 18 verfügt, kann
die Anzahl der Austrittsöffnungen 18 selbstverständlich entsprechend
angepasst werden. Häufig
verwendete Ausführungsformen
der Verteilerköpfe
verfügen über sieben
bis zwölf
winkelförmig
in gleichen Abständen zueinander
angeordnete Austrittsöffnungen,
die so dimensioniert sind, dass die Strömungsgeschwindigkeit an jeder
Austrittsöffnung
ausreichend ist, um das beförderte
Material permanent mitzureißen,
wodurch Verstopfungsprobleme vermieden werden.
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In
der folgenden Tabelle sind typische Verteilerkopfmaße aufgeführt, wobei
die aufgeführten
Maße lediglich
zur Verdeutlichung dienen sollen und keineswegs als Grenzmaße anzusehen
sind. TABELLE
I (siehe Fig. 7)
D1 – Kopfdurchmesser | (7,5'') 19,05 cm |
d – Innendurchmesser
radiale Öffnung | (1,5'') 3,81 cm |
D2 – Innendurchmesser
Strömungseintritt | (2,5'') 6,31 cm |
T – Abstand
oberes Ende Strömungsumlenker
bis Nasenspitze | (1,625'') 4,128 cm |
N – Anzahl
Austrittsöffnungen | 7
bis 14 |
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Förderrohr
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Im
Folgenden wird das unter Bezugnahme auf 1 bereits
erwähnte
senkrechte Förderrohr 10 ausführlich beschrieben.
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Wie
bereits erwähnt
empfängt
das untere Ende oder Eintrittsende 14 des Förderrohrs
das von der Luft mitgerissene körnige
Material vom Luftwagen und während
das von der Luft mitgerissene Material nach oben durch das Förderrohr 10 transportiert
wird, übt
die Vielzahl der nach innen gerichteten und auseinanderliegenden
Erhebungen 16, die sich im senkrechten Abschnitt des Förderrohrs
befinden, ein kontrolliertes Maß an Turbulenzen
auf den nach oben fließenden
Materialstrom aus, wobei die Wirbelströme dann in den Verteilerkopf 12 fließen, der
in der bereits beschriebenen Weise auf den Materialstrom wirkt.
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Wie
aus den Zeichnungen (1–4) ersichtlich
ist, umfasst das Rohr 10 einen geraden Abschnitt 80 mit
einem einheitlichen Durchmesser, der sich bei Gebrauch in einer
vertikalen Position befindet und der über eine Vielzahl von nach
innen gerichteten auseinanderliegenden Erhebungen 16 verfügt. Diese
Erhebungen 16 bilden eine Vielzahl von auseinanderliegenden
ringförmig
angeordneten Reihen 82, wobei sich die Reihen um die Mittelachse
in Längsrichtung
des Rohrs erstrecken. Der Abstand zwischen zumindest einigen der ringförmig angeordneten
Reihen 82 nimmt in Strömungsrichtung
des Materials durch das Förderrohr 10 ab, d.h.
in Strömungsrichtung
durch das Rohr vom Eintrittsteil bis zum Austrittsteil desselben.
Wie in den Zeichnungen dargestellt ist, haben die ringförmig angeordneten
Reihen 82 mit Erhebungen 16, die sich am nächsten zum
Verteilerkopf 12 befinden, einen geringeren Abstand zueinander
als die Reihen, die sich näher
am Rohreintritt befinden.
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Bei
einem Rohr mit einem Außendurchmesser
von 2,5 Inch (6,3 cm) mit sechs Dellenreihen können die Abstände beginnend
mit der untersten Reihe beispielsweise 2,25; 2; 1,5; 1,5; 1,5 Inch
(5,72; 5,08; 3,81; 3,81; 3,81 cm) betragen, d.h. die geringsten
Abstände
befinden sich am Austrittsende.
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Die
nach innen gerichteten Erhebungen 16 werden vorzugsweise
durch "Dellen" geformt, die von
außen
in der Wand des Rohrs 10 angebracht werden, indem das relativ
dünnwandige
Rohr nach innen ausgebeult wird, um die entsprechenden Erhebungen 16 zu
bilden. Die Dellen können
mit Hilfe eines runden Formeisens erzeugt werden, wodurch die Erhebungen
halbkugelförmig
oder bulbös
ausgeformt sind.
-
Des
Weiteren bilden die Erhebungen 16 eine Vielzahl ringförmiger Reihen 82,
die so angeordnet sind, dass sich die jeweils eine Reihe bildenden
Erhebungen um einen bestimmten Winkel A (3) schräg versetzt zur
Achse in Längsrichtung
des Rohrs in Bezug auf die Erhebungen 16 einer angrenzenden
Reihe befinden. Dadurch wird sichergestellt, dass alle beförderten
Materialien einem Maß an
Turbulenzen ausgesetzt sind. Dies gilt insbesondere für Materialien,
die ansonsten dazu neigen würden,
entlang der Innenfläche
des Rohrs zu fließen.
-
Das
untere Ende oder Eintrittsende 14 des Förderrohrs 10 umfasst
einen sanft gekrümmten
Bogenabschnitt 84, der in das Eintrittsteil des geraden
Abschnitts fuhrt. Der gekrümmte
Bogenabschnitt kann einen Winkel von ca. 70° bis ca. 90° bilden, obwohl bei einem zunehmenden
Winkel das Material unter dem Einfluss der wirkenden Zentrifugalkraft
eher dazu neigt, sich von der Rohrmitte wegzubewegen und entlang
der Innenwand des Rohrs 10 zu fließen. Dementsprechend ist ein
für den
Einsatzzweck praktikabler Winkel zu wählen, der so klein wie möglich und
vorzugsweise nicht größer als
ca. 75° ist.
-
Ein
weiteres Merkmal des Förderrohrs 10 ist,
dass der zuvor erwähnte
gerade Abschnitt 80 über
einen ersten von Erhebungen freien Bereich 86 zwischen
dem Bogenabschnitt und der ersten Reihe von Erhebungen an dem Eintrittsteil
verfügt
sowie über
einen zweiten von Erhebungen freien Bereich zwischen der letzten Reihe
von Erhebungen und dem Austrittsende des geraden Abschnitts, d.h.
das Ende, in dem sich der Einlaufstutzen des Verteilerkopfes befindet.
-
Es
wurden eine beträchtliche
Anzahl an Tests durchgeführt,
deren Ergebnisse in der nachstehenden Tabelle II aufgeführt sind.
Im Folgenden sind einige Variablen, die von Bedeutung sind, kurz
erörtert.
-
1. Variable
Reihenabstände
-
Die
variablen Reihenabstände
wurden bereits erläutert.
Man hat festgestellt, dass bei konstanten Reihenabständen, d.h.
identische Abstände
zwischen zwei beliebigen nebeneinanderliegenden Reihen, ein jeweils
optimaler KV-Wert für
jedes getestete Produkt erzielt wurde. Um jedoch zu gewährleisten,
dass das Förderrohr 10 bei
allen Produkten zufriedenstellend funktioniert, wurde der Reihenabstand
gemäß o. a.
Beschreibung und wie ferner in den Tabellen angeführt variiert.
Durch die Variierung der Reihenabstände wurde ein adäquater KV-Wert
für nahezu
alle Produktarten, die für
einen Einsatz in Frage kommen, erzielt.
-
2. Gleichmäßige Erhebungstiefe
bei Erhebungen, die konzentrisch innerhalb des Rohrs angeordnet
sind
-
Versuche
haben gezeigt, dass die Erhebungen 16 (und die Dellen,
durch die sie gebildet werden) konzentrisch innerhalb des Rohrs 10 angeordnet
sein sollten. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befinden
sich die nach innen gerichteten Endpunkte der Erhebungen in einem
Grundkreis mit einem nominalen Durchmesser von ca. 2 Inch (5 cm),
wobei dieser Grundkreis natürlich
zentrisch zur vertikalen Mittelachse des geraden Abschnitts 60 des
Rohrs ist. Dies basiert auf einem nominalen Rohraußendurchmesser
von 2,5 Inch (6,3 cm), wenn die Rohrwand aus 16-Gauge-Stahl gefertigt
ist. Für
dieses Ausführungsbeispiel
genauer spezifiziert beträgt
der anzustrebende Durchmesser des Grundkreises 2,00 Inch (5,08 cm)
+ 0, minus 0,030 Inch (0,076 cm), woraus sich ein Toleranzbereich
von 1,97 Inch bis 2,00 Inch (5 bis 5,08 cm) für dieses spezifische Ausführungsbeispiel
ergibt. Ein Bereich an Rohrdurchmessern, mit denen sich die gewünschte Toleranzspanne
abdecken lässt,
beträgt
ca. 2,25 bis 2,75 Inch (5,71 bis 6,98 cm). Es ist nicht anzunehmen,
dass sich Rohrdurchmesser außerhalb
dieses Bereichs in der Industrie durchsetzen werden.
-
3. Der obere
Bereich ist ebenfalls von Bedeutung
-
Ein
oberer Bereich von weniger als 2 Inch (5 cm) scheint sich nachteilig
auszuwirken, während
2,5 Inch (6,3 cm) für
die meisten Produkte optimal zu sein scheint. Die kurze von Erhebungen
freie Strecke scheint dem beförderten
Produkt einen kurzen Zeitraum zu geben, um sich "auszugleichen", bevor es auf den Verteilerkopf 12 stößt. Der
untere Bereich ist von geringerer Bedeutung, sollte jedoch geringer
sein als ca. 2,5 Inch (6,3 cm).
-
4. Die Anzahl
ringförmig
angeordneter Reihen mit Erhebungen ist ebenfalls von einiger Bedeutung
-
Für ein Förderrohr,
wie hierin beschrieben, mit einem nominalen Durchmesser von ca.
2,5 Inch (6,3 cm) können
vier bis acht Reihen mit Erhebungen verwendet werden, es hat sich
jedoch erwiesen, dass sich sechs Reihen mit Erhebungen am besten
eignen, um bei den KV-Werten für
alle zweckmäßigen Produkte
zu einem annehmbaren Kompromiss zu gelangen.
-
5. Die Anzahl der Spalten
mit Erhebungen ist ebenfalls von einiger Bedeutung
-
Die
Spalten mit Erhebungen 16 erstrecken sich in Längsrichtung
entlang der Rohre und bei der Anzahl der Spalten in dem 2,5 Inch
(6,3 cm) Rohr wurde zwischen acht und zwölf variiert. Zwölf Spalten
mit Erhebungen erzielten den besten Kompromiss für alle Produkte.
-
6. Rohrbogenwinkel
-
Der
Rohrbogenwinkelbereich wurde bereits oben beschrieben, und obwohl
er zwischen 70° und
90° variiert
werden kann, gilt: je kleiner der Krümmungswinkel, desto besser,
wobei bei Krümmungswinkeln,
die nicht größer sind
als ca. 75°,
der beste Kompromiss bei den KV-Werten erzielt wurde.
-
In
Tabelle II sind die Ergebnisse umfassender Tests, die an verschiedenen
Konstruktionsformen eines Förderrohrs
durchgeführt
wurden, sowie die Auswirkungen auf KV-Werte bei verschiedenen beförderten
Produkten detailliert aufgeführt.
Zum besseren Verständnis
der verschiedenen verwendeten Termini wird auf 4 verwiesen.
In der Tabelle wird der Begriff "Delle" anstelle des Begriffs "Erhebung" verwendet, wobei
beide Begriffe dieselbe Bedeutung haben. Bei allen Tests wurden
Verteilerköpfe
verwendet, die im Wesentlichen dem hierin beschriebenen Verteilerkopf
entsprechen. Das Förderrohr
kann zusammen mit anderen Verteilerkopftypen eingesetzt werden,
jedoch ist davon auszugehen, dass dies zu schlechteren KV-Werten
als den in den Tests erzielten Werten führt, da ein effizient arbeitender
Verteilerkopf von Bedeutung ist, und der in diesem Dokument beschriebene
Verteilerkopf so konstruiert ist, dass er am besten mit Förderrohren
der hierin beschriebenen Art funktioniert. Mit anderen Worten: obwohl
vermutet wird, dass sowohl das beschriebene Förderrohr als auch der beschriebene
Verteilerkopf relativ gut mit anderen vergleichbaren Vorrichtungen
funktionieren, ist es doch die Kombination der beiden, mit der die
besten Ergebnisse erzielt werden.
-
Ferner
wird unter weiterer Bezugnahme auf Tabelle II darauf hingewiesen,
dass die an den "gedellten" Rohren 10 durchgeführten Tests
progressiv angelegt waren. Zur Bestimmung des idealen Werts für eine bestimmte
Variable wurde jeweils eine Testreihe verwendet. Es ist anzumerken,
dass die aufgeführten
Datentabellen nur repräsentativ
für die
hunderte durchgeführter
Tests zu verstehen sind. Es ist anzumerken, dass die Applikationsmenge
(lb/Acre) des getesteten Produkts den KV-Wert beeinflusst. Nur identische Produkte
bei ähnlichen
Applikationsmengen sind miteinander vergleichbar.
-
Die
meisten Vergleiche dienen dazu, die Auswirkungen der Variablen auf
eine Vielfalt von Produkten zu untersuchen. Obwohl alle Produkte
von Bedeutung sind, ist anzumerken, dass Raps und Dünger gegensätzliche
Pole des Produktspektrums repräsentieren.
-
Die
feststehenden Kriterien des Rohrs waren im Wesentlichen der Rohrbogenwinkel,
der Versatz, die Höhe
und der Durchmesser des Dellenrohrs. Beim Vergleich der Ergebnisse
aus dem Test QA mit dem Test RA zeigt sich, dass für Raps ein
engerer Abstand zwischen den Dellen besser geeignet ist, während für Weizen breitere
Abstände
zu bevorzugen sind. Die Ergebnisse deuten des Weiteren darauf hin,
dass für
Raps ein großer
oberer Bereich und für
Weizen ein großer
unterer Bereich geeignet ist.
-
Im
Allgemeinen bevorzugen Raps und Hochleistungsdünger eine aggressive Struktur.
Weizen scheint eine weniger aggressive Struktur zu bevorzugen. Aus
diesem Grund wurde entschieden, nur sechs Reihen bei einer Dellentiefe
von 3/16'' zu verwenden. Die
Struktur wird dadurch weniger aggressiv und für die oberen und unteren Bereiche
steht mehr Platz zur Verfügung.
Dies wird durch die Ergebnisse des Tests PG bestätigt.
-
Die
PG-Testergebnisse haben zu einer weiteren Erkenntnis geführt. Trotz
der ziemlich aggressiven Dellenstruktur und des großen oberen
Bereichs sind die KV-Werte bei Raps immer noch relativ hoch.
-
Das
zeigt, dass es beim Raps eine Obergrenze hinsichtlich des optimalen
oberen Bereichs gibt. Ein oberer Bereich, der kleiner als 2'' oder größer als 3'' ist,
hat nachteilige Auswirkungen beim Raps.
-
Durch
den Einsatz variabler Reihenabstände
(siehe "Design" T1 und T6) können die
Anforderungen aller getesteten Produkte erfüllt werden, um geeignete KV-Werte
zu erlangen. Weniger extrem auseinanderliegende Dellenreihen am
unteren Ende sind besser für
Weizen; ein extrem enger Reihenabstand am oberen Ende ist besser
für Raps.
-
Das
Endziel war es, eine Struktur zu finden, die für alle Produkte geeignete KV-Werte erzielt.
-
Die
zum Schluss gewählte
bevorzugte Ausführungsform
(siehe den mit "Design" gekennzeichneten Test)
entspricht dem besten Kompromiss für die Arbeit mit allen Produkten.
-
-
Anmerkungen
-
- 1 Beginnend mit der untersten Reihe waren die Abstände zwischen
den Reihen wie folgt: 5,71; 5,08; 3,81; 3,81; 3,81 cm [2,25; 2;
1,5; 1,5; 1,5 Inch], d.h. die Abstände wurden in Richtung Austrittsende
kleiner
- 2 Beginnend mit der untersten Reihe waren die Abstände zwischen
den Reihen wie folgt: 6,35; 6,35; 5,08; 3,81; 3,81; 3,81 cm [2,5;
2,5; 2; 1,5; 1,5, 1,5 Inch] d.h. die Abstände wurden in Richtung Austrittsende
kleiner
- 3 Beginnend mit der untersten Reihe waren die Abstände zwischen
den Reihen wie folgt: 6,35; 6,35; 5,08; 3,81; 3,81; 3,81 cm [2,5;
2,5; 2; 1,5; 1,5, 1,5 Inch] d.h. die Abstände wurden in Richtung Austrittsende
kleiner
-
- 10
- Förderrohr
- 12
- Verteilerkopf
- 14
- Eintrittsende
- 16
- Erhebung
- 18
- Austrittsöffnung
- 20
- Klemme
- 22
- Abdeckung
- 24
- Strömungsumlenker
- 26
- Oberteil
- 28
- Unterteil
- 30
- Einlaufstutzen
- 31
- Radialflansch
- 32
- Stromteilungskammer
- 33
- Befestigungselement
- 34
- Nase
- 36
- Rippe
- 38
- Mulde
- 40
- Übergangsfläche
- 42
- Innenfläche
- 44
- konische
Erhebung
- 46
- Aussparung
- 48
- Leiste
- 50
- stufenartige
Aussparung
- 51
- Öffnung
- 52
- Vorsprung
- 53
- Öffnung
- 54
- Kerbe
- 55
- Federklemme
- 60
- Stab
- 62
- Mittelbohrung
- 64
- Queröffnung
- 68
- Randleiste
- 70
- radial
ausgerichtete Fläche
- 72
- Proximalende
- 74
- konische
Wand
- 76
- Übergangssegment
- 80
- gerader
Abschnitt
- 82
- Reihe
- 84
- Bogenabschnitt
- 86
- erster
von Erhebungen freier Bereich
- 88
- zweiter
von Erhebungen freier Bereich
- 3-3
- Linie
- X-X
- Mittelachse
- A
- Winkel
- D2
- Innendurchmesser
Strömungseintritt
- D
- Innendurchmesser
radiale Öffnung
- T
- Abstand
oberes Ende Strömungsumlenker
bis Nasenspitze
- D1
- Kopfdurchmesser