Aufbau und Untersuchung eines Versuchsträgers zur Direkteinspeisung an der Düse

Abstract

Direkteinspeisungssysteme für Pflanzenschutzmittel werden entwickelt, um diese flexibel einsetzen zu können, Restmengen von Spritzbrühe zu vermeiden und die Umwelt sowie den Anwender zu schützen. Sie können anhand ihrer Einspeisungspunkte der Pflanzenschutzmittel in den Strom der Trägerflüssigkeit unterschieden werden. Diese verursachen unterschiedliche Verzögerungszeiten, bis die erzeugte Spritzbrühe die Düse erreicht. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Standardfeldspritze zu einem Prototyp mit Direkteinspeisung an der Düse für die teilschlagspezifische Applikation aufgebaut und am Prüfstand untersucht. Bei der geplanten Nutzung sollen drei Herbizide unabhängig voneinander online mit einem Erkennungssystem ausgebracht werden.<br /> Die Aufwandmengen der Pflanzenschutzmittel werden an den Einspeisungspunkten unabhängig von der Menge und dem Druck der ausgebrachten Trägerflüssigkeit gesteuert. Zur Steuerung wird ein Controller mit deterministischen Betriebssystem und FPGATechnologie eingesetzt. Die Zusammenhänge im hydraulischen System, wie die Einflüsse von Temperatur, Viskosität und Druck werden untersucht. Verschiedene Pumpen werden hinsichtlich deren Eignung als Druckquelle für den Anwendungsfall verglichen und eine Differenzdruckregelung zwischen dem Leitungssystem für Trägerflüssigkeit und für Pflanzenschutzmittel aufgebaut. Die Steuerung der eingespeisten Menge setzt einen konstanten Differenzdruck zwischen diesen hydraulischen Systemen voraus, da die ausgebrachte Menge durch die Öffnung des verwendeten Einspeisungsventils (RRV^®) gesteuert wird. Es handelt sich dabei um neuartige Kugelventile. Durch die Bewegung der Ventilkugel aus einer Bohrung im Ventilsitz wird die Dosierung gesteuert. Das Dosierventil deckt ein Mengenspektrum von 0,1 bis 150 ml·min^-1 und ein Viskositätsspektrum von 1-800 mPa·s ab.<br /> Da Druckänderungen und Pulsation die Dosierung beeinflussen, ist das Erreichen der geforderten Genauigkeit mit maximal 10 % Abweichung vom Sollwert der Ausbringung ebenfalls Arbeitsschwerpunkt. Außerdem wurde die Leistungsaufnahme der Einspeisungsventile, durch die Anpassung der Ventilspule und die Begrenzung der maximalen Stromstärke, von 40,25 W auf 25,94 W abgesenkt. Die Erwärmung des Mediums im Einspeisungsventil wurde mit und ohne den kühlenden Trägerflüssigkeitsstrom untersucht und die Gefahr der Veränderung der eingespeisten Pflanzenschutzmittelformulierung bei Applikation von Trägerflüssigkeit als gering eingeschätzt.<br /> Verschiedene Durchflussmesser wurden auf deren Eignung für den Einsatz an Einzelventil auf dem Spritzgestänge untersucht. Zukünftig wird damit, um den Aufbau des Systems zu beschleunigen, die Durchflussregelung direkt am Einspeisungsventil angestrebt.

<strong>Construction and investigation of a test carrier for direct nozzle injection </strong><br /> Direct injection systems for Plant Protection Products (PPP) are developed to increase the precision of application, to avoid residual amounts of spray mixture and to protect the environment as well as the operator against harm. They can be divided by their injection point of the PPP in the pipes. These injection points cause different volumes of spray mixture in the piping system and therewith different response times until the desired spray mixture exits the nozzle. For sensor-based application of several different pesticides in a one work step, multi-tank or direct injection systems are required.<br /> In this dissertation a standard field sprayer is converted into a prototype with direct nozzle injection of PPP for the site-specific application and it is investigated on a test bench. The aim is to build a field sprayer for independent application of three different herbicides online with a detection system. <br /> The application rates of the PPP are controlled independently from the amount and the pressure of the carrier fluid at the injection points. Therefore a controller with deterministic operating system and Field-programmable gate array (FPGA) technology is used. The interactions in the hydraulic system, such as the effects of temperature, viscosity and pressure are analyzed. Different pumps are investigated in terms of their ability to use them as a pressure source for the application. A differential pressure control between the hydraulic system for carrier fluid and for PPP is set up. Since the injected amount is controlled by the opening of the injection valve (RRV^®), a constant differential pressure between these systems is required.<br /> These specific ball valves are also investigated. Dosing is realized by moving the valve ball from a hole in the valve seat. This metering valve covers an injection range from 0.1 to 150 ml·min^-1 and a viscosity range of 1-800 mPa·s. One focus is the design of the pipeline with these injection valves to prevent from vibrations caused by pulsation. <br /> Since changes in pressure and pulsation affect dosing, the achievement of a maximum deviation of 10 % from the target value is also investigated. This limit has been developed together with the Julius Kühn-Institute. Also the power consumption of the injection valves was reduced from 40.25 W to 25.94 W by adjusting the valve coil as well as limiting the maximum current in it. The warming of the medium in the injection valve was studied with and without the application of the cooling carrier fluid. The risk of damage for the formulation of the PPP appears to be small.<br /> Different flow meters were tested in terms of using them with one single injection valve on the spray boom. To accelerate the set-up of the sprayer in the future, closed loop flow control at the injection valve is aimed at.