DE2709423C2 - Verfahren und Vorrichtung zum elektrostatischen Besprühen von Gegenständen mit feinverteilten Teilchen, insbesondere zum Besprühen von Pflanzen mit Pestiziden - Google Patents

Description

stung, da eine beträchtlich kleinere Menge des Sprühmittels zum Besprühen eines vorgegebenen Bereiches erforderlich ist (vergleiche z. B. die DE-C)S 24 55 161).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrostatischen Besprühen von Gegenständen der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das sich insbesondere für ein Einsatz in der Landwirtschaft eignet und dort vorzugsweise zum Besprühen von Pflanzen mit Pestiziden. Bei dem erfindungsgemäHen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll das elektrostatische Besprühen der Gegenstände optimiert in dem Sinne werden, daß zur Erzielung des jeweiligen Zwecks möglichst wenig Material versprüht werden muß.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Raumladungsdichte des Teilchenstroms verknüpfter Parameter überwacht wird und daß die Ausbildung des Teilchenstroms derart gesteuert wird, daß der überwachte Parameter innerhalb eines vorbestimmten Bereichs bleibt, der eine optimale Ablagerung der Teilchen an den Gegenständen gewährleistet.

Bevorzugt wird es, wenn zur Auswahl d-s vorbestimmten Parameterbereichs wenigstens ein Eichschirm mit unterschiedlichen Raumladungsdichten des Teilchenstroms besprüht wird, während die Sprühdüse ortsfest gehalten wird oder sich relativ zu dem Eichschirm bewegt und der Parameter zwecks Auswahl desjenigen Parameterbereichs überwacht wird, der der optimalen Ablagerung der Teilchen am Eichschirm entspricht.

Weiterhin wird es bevorzugt, wenn der Entladungsstrom der Wolke des Teilchenstroms an einer Stelle in der Nähe des Gebiets, in dem die Teilchen ausgebildet werden, als Parameter überwacht wird.

Zur Messung der Abscheidung der Teilchen auf dem Eichschirm wird es ferner hin bevorzugt, wenn der elektrische Strom gemessen wird, der durch die Ablagerung der Teilchen an dem Eichschirm erzeugt wird.

Die erfind-ngsgemäße Vorrichtung ist zur Lösung der erwähnten Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß im Sprühbereich ein Eichschirm mit einer Meßeinrichtung für die an ihm abgeschiedenen Teilchen angeordnet ist, und daß die Sprühintensität der Sprühdüse einstellbar ist.

Diese Vorrichtung wird vorzugsweise dadurch weitergebildet, daß die Regeleinrichtungen zur Regelung der Sprühdüse eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung eines Parameters enthalten, der die elektrische Raumladun^sdichte des Teilchenstroms angibt, so daß ein oder mehrere Werte des überwachten Parameter^ einstellbar sind, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, die den überwachten Parameter ■ innerhalb des Bereiches halten, der dem gewählten Wert entspricht.

Diese Vorrichtung wird vorzugsweise dadurch weitergebildet, daß die Überwachungseinrichtung eine Einrichtung zur Überwachung des Wolkenentladungs-1 Stroms der Teilchenströmung enthält, der in der Nähe des Bereichs, wo die geladenen Teilchen erzeugt werden, vorhanden ist.

Bevorzugt wird es außerdem, wenn die Abfühleinrichtung eine Einrichtung zur Messung eines Stromflusses h enthält, der in dem Eichschirm durch die auf dem Eichschirm abgeschiedenen geladenen Teilchen hervorgerufen wird.

Es hat sich gezeigt, daß für irgend eine vorgegebene Umgebung jeweils eine optimale Raumladungsdichte vorhanden ist, bei der eine optimale Ablagerung der Teilchen auf irgend einer gegebenen Schinnoberfläche erfolgt. Der Begriff optimal kann definiert werden als maximale Ablagerung bei einer gegebenen Menge des versprühten Materials, der Begriff optimal kann auch als eine möglichst gleichförmige Ablagerung definiert werden, oder er kann als Kompromiß zwischen der gesamten auf den Schirmen abgeschiedenen Teilchenmenge und der Verteilung der Abscheidung oder Ablagerung definiert werden. Eine Abweichung von der optimalen Raumladungsdichte in einer der Richtungen bedeutet eine weniger optimale Ablagerung der Teilchen auf den Schirmoberflächen. Die spezielle optimale Raumladungsdichte hängt von so vielen verschiedenen Faktoren ab, daß es für viele Umgebungsbedingungen schwierig ist, diese zu berechnen, und daß es tatsächlich unpraktisch oder unmöglich ist, diese für eine Ackerbau- oder Landwirtumgebung zu berechnen. Die erfindungsgemäße Überwachung eines der Raumladungsdichte zugeordn^en Parameters, während die Raumladungsdichte verändert wird und geladene Teilchen auf einem Eichschirm abgeschieden werden, der die tatsächlichen Zielobjekte simuliert, löst daher das Optimierungsproblem in einer einfachen, aber wirkungsvollen Weise. Durch diese Lösung ist es möglich, ein optimales elektrostatisches Sprühverfahren in landwirtschaftlicher Umgebung oder in anderen Umgebungen durchzuführen, in denen es unmöglich oder unpraktisch ist, die optimale Raumladungsdichte der versprühten Teilchen zu berechnen oder anderweitig herauszufinden.

Es hat sich herausgestellt, daß es einen kritischen Wert für die Raumladungsdichte der versprühten Teilchen gibt, und daß eine Abweichung von diesem kritischen Wert in einer geringeren als der optimalen Teilchenablagerung auf den Schirmen resultiert, wobei eine starke Abweichung von dem kritischen Raumladungswert (entweder zu hoch oder zu klein) nur eine geringfügige Verbesserung im Ablagerungswirkungsgrad gegenüber den Sprühverfahren zur Folge hat, die elek'rostatisch nicht geladene Teilchen verwenden. Um die Zuverlässigkeit und den Wirkungsgrad bei der elektrostatischen Ablagerung von geladenen Teilchen auf Pflanzenoberflächen oder anderen Zielobjekten zu erhöhen, und um die Teilchenablagerung auf derartigen Zielen zu maximieren, wird erfindungsgemäß bevorzugt die Raumladungsdichte der geladenen Teilchen abgefühlt, um den optimalen Wert der Raumladungsdichte herauszufinden, und um automatisch diesen optimalen Wert während der Ablagerung und den Zielobjekten aufrecht zu erhalten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch verwirktlicht, daß die Überwachung ui.d Abfühlung die geladenen Teilchen nicht wesentlich stört uiid selbsttätig Änderungen in den Faktoren kompensiert (z. B. Änderungen in der lonenkonzentratior.· der Luft, des spezifischen Widerstands der versprühten Teilchen, unvorhergesehene Änderungen der Sprührate oder der Feinheit der Teilchengröße etc.), die die abgefühlte Raumbdungsdichte und das Problem des Wolkenzusiimmenbruchs in der Nähe der besprühten Zielobjekte beeinflussen.

Es sind Verfahren bekannt, Variable zu überwachen, die die Raumladungsdichte elektrostatisch geladener Teilchen betreffen. Aus der US-PS 25 09 277 ist z. B. eine Vorrichtung zu Messung des Entladestromes von einer elektrostatischen Sprühkanone bekannt, die in

Industrieanlagen cingcset/1 wird, und es ist die Regelung der Ladungsspannung offenbart, die so geregelt wird, daß eine Lichtbogenbildung des Entladestromes zum geerdeten Ziel oder zu anderen Objekten unterbleibt. Dieses Verfahren unterstellt die Kenntnis derjenigen Ladungsspannung, bei der die Lichtbogenbildung auftrilt, bevor der Regelkreis entsprechend geeicht werden kann, es unterstellt ferner, daß keine wesentlichen Änderungen in den Umweltvariablen eintreten, die die Lichtbogenbildung beeinflussen, sofern der Regelkreis einmal geeicht ist. Bei einer Anwendung in der Landwirtschaft oder in anderen nichtsteuerbaren Umgebungen lassen sich diese Faktoren jedoch nicht derartig annehmen oder unterstellen. Im Gegensatz hierzu enthält die Erfindung einen einfachen und wirksamen Weg zur genauen Bestimmung der optimalen Raumladungsdichte unter beliebigen Bedingungen ohne die vorherige Kenntnis, wie dieser optimale Wert aussehen soll: die Erfindung beinhaltet ferner einen Wce zur Erhaltung einer derartigen Raiimladungsdichte für eine optimale Ablagerung und nicht nur eine Maßnahme, um die Lichtbogenbildung zu vermeiden. .W weiteres Beispiel ist aus der US-PS 27 h7 J59 eine Vorrichtung bekannt, bei der die Entladespannung eines Sprühsysiems so geregelt wird, daß der Entladestrom /wischen den Ladeelcktroden konstant bleibt. Hierzu wird wieder die Kenntnis vorausgesetzt, wie dieser Entladestrom zuerst aussehen soll; die Vorrichtung findet dagegen nicht eine optimale Raumladungsdichte für die optimale Ablagerung der Teilchen. Als weiteres Beispiel ist in der US-PS 36 41 971 ein System offenbart, in dem ein Regelkreis vorgesehen ist. der die elektrische Leistung für eine Sprühkanone abschaltet, wenn die Kanone zu nahe an einen geerdeten Gegenstand kommt und daher einen Überschlag im Entladestrom verursachen kann. Es handelt sich hierbei lediglich um eine Schutzvorrichtung, die nicht ausgelegt ist. um den optimalen Wert für die Raumladungsdichte der versprühten geladenen Teilchen herauszufinden.

Die Erfindung ermöglicht somit eine wirksame und sichere Verwendung des elektrostatischen Sprühverfahrens in vielen verschiedenen Umgebungen, einschließlich in der Landwirtschaft. Die geladenen Teilchen werden überwacht, um den Wert eines Parameters abzufühlen. der der Raumladungsdichte zugeordnet ist. Die Teilchen werden zuerst auf einem Eichschirm abgeschieden, der das endgültige Zie'objekt simuliert. und die Raumladungsdichte des Stromes wird verändert, während der Grad und/oder die Qualität der Ablagerung auf dem Testobjekt gemessen wird. Die der optimalen Ablagerung entsprechende Raumladungsdichtung wird anschließend aufrechterhalten, während die geladenen Teilchen auf den Zielobjekten abgeschieden werden.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 — eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeuges zur elektrostatischen Ablagerung einer Substanz auf Pflanzen;

F i g. 2 — eine Rückansicht der in F i g. 1 dargestellten Anordnung;

F i g. 3 — ein Blockschaltbild, das die wesentlichen Schritte des Verfahrens aufzeigt;

Fig.4 — einen Teilschnitt einer elektrostatischen Sprühdüse;

Fig.5 — eine Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Sprühwolken-Strom der geladenen Teilchen und der auf einem plattenförmigen Eichschirm

abgeschiedener Menge der Teilchen:

F i g. b — eine Darstellung des Zusammenhanges zwischen dem durch eine Wolke geladener Teilchen getragenen Strom und der Teilchenablagcrung auf einem anderen Eichschirm:

F i g. 7 — eine schema tische Darstellung einer Sprühdüse und einer Vorrichtung zur Überwachung der Raumladungsdichte eines Stromes geladener Teilchen, die von der Düse austreten;

Fig. 8 — ein Schnitt durch ein Testobjekt, das die Zielobjekte für den elektrostatischen Sprühvorgang simuliert; und

Fig. 9 — ein Blockschaltbild eines Rückkopplungskreises zur Aufrechlerhaltung einer optimalen Raumladungsdichte.

Gemäß den F i g. I und 2 besteht eine bevorzugte Anwendung des Verfahrens in der elektrostatischen Ablagerung eines Pestizids auf Zielobjekten, die im gezeichneten Fall aus Pflanzen bestehen. Das Pestizid befindet sich auf einem Fahrzeug 1. das einen geeigneten Behälter la für ein flüssiges Pestizid, eine geeignete Druckluftversorgung 16 und eine Leistungsversorgung mit niedriger Spannung, z. B. eine 12 V oder eine 24 V-Batterie (nicht dargestellt), enthält. Das Fahrzeug besitzt eine Stange 2, sie sich seitlich am hinteren Teil des Fahrzeugs erstreckt und eine Anzahl von Sprühdüsen 12 enthält. Die einzelnen Düsen sind über geeignete Leitungen (nicht dargestellt) mit dem Pestizid^ehälter la, der Luftversorgung \b und der elektrische Leistungsversorgung des Fahrzeugs 1 verbunden. Während sich das Fahrzeug 1 in die angezeigte Richtung längs der Pflanzenreihen 3 bewegt, liefert jede einzelne Düsen feinverteilles Pestizid aus elektrostatisch geladenen Teilchen, die auf den Pflanzen 3 abgelagert werden. Die Düsen 12 laden die aus den Düsen austretenden Teilchen auf einen ausgewählten Wert einer Raumladungsdichte mit einer Polarität auf. dem ein entsprechender Raumladungsstirom zugeordnet ist. Während sich das Fahrzeug i in die angezeigte Richtung bewegt, läuft die Stange 2 über einen Eichschirm 4. der in der Umgebung der Zielobjekte 3 angeordnet ist und die Zielobjekte 3 simuliert. Der Eichschirm 4 enthält Einrichtungen, die die Ablagerungsrate der Teilchen auf dem Schirm abfühlen (oder die Menge der Teilchen, die auf dem Schirm abgelagert sind, oder irgend einen anderen Parameter, der der Menge und/oder der Qualität der Ablagerung zugeordnet werden kann), wobei die Einrichtungen den abgefühlten Parameter anzeigen. Dadurch, daß mehrere Gänge über denselben Eichschirm 4 mit verschieden ausgewählten Raumladungsdichten ausgeführt werden, oder daß eine Reihe von Eichschirmen 4 vorgeser „n ist und die Raumladungsdichte der aus den Düsen 12 austretenden Teilchen verändert wird, während das Fahrzeug sich von einem Eichschirm zum nächsten Eichschirm bewegt, läßt sich herausfinden, welche Raumladungsdichte eine maximale und möglichst gleichförmige oder anderweitig beste Ablagerung der Teilchen auf den Eichschirmen ergibt Diese Raumladungsdichte wird dann als optimale Raumladungsdichte gewählt und es wird ein Regelkreis so eingestellt, daß diese optimale Raumladungsdichte aufrechterhalten wird, während das Fahrzeug die Pflanzen 3 besprüht Alternativ läßt sich ein Eichschirm 4 am Fahrzeug 1 befestigen, der sich mit dem Fahrzeug mitbewegt und periodisch in die Umgebung der Zielobjekte eingebracht wird und dort den geladenen Teilchen ausgesetzt wird die von der Düse 12 austreten, während die

Raumladungsdiehte der Teilchen verändert wird, um diejenige Raumhidungsdichic herauszufinden, die die beste Ablagerung auf dem Eichschirm 4 ergibt, wobei dann anschließend der Regelkreis su eingestellt wird, daß diese Einstellung aufrechterhalten bleibt, während die Pflanzen J besprüht werden.

In Fig. 3 sind die wesentlichen Schritte des Verfahrens dargestellt. Eine Substanz, z. B. ein Pestizid, wird im Verfahrensschritt 5a in eine Wolke fein in der Luft ver'eilter Teilchen umgewandelt, im Verfahrensschritt 5b werden die Teilchen elektrostatisch aufgeladen und bilden eine Wolke aufgeladener Teilchen. Die elektrische Raumladungsdichte der Wolke der geladenen Teilchen wird im Schritt 6 überwacht, und die geladenen Teilchen werden im Verfahrensschritt 7 durch die Luft transportiert und im Verfahrensschritt 8a auf einem Eichschirm zur Eichung abgelagert, der eine Überwachungsstelle für die Raumladungsdichte darstellt, die eine optimale Ablagerung ergeben soll. Die Ergebnisse der Überwachung der Raumladung im Verfahrensschritt 6 und der Messung der Ablagerung auf dem Eichschirm im Verfahrensschritt Sn werden einer Rückkopplungsregelung 9 zur Regelung einer der beiden Schritte 5a oder 5Zj zugeführt, um eine Wolke geladener Teilchen zu erhalten, deren Raumladungsdichte den herausgefundenen optimalen Wert besitzt, und um diesen optimalen Wert aufrecht zu erhalten, während die Wolke der geladenen Teilchen im Schritt Sb auf die Zielobjekte abgegeben wird. Es sei bemerkt, daß einige der Verfahrensschritte gleichzeitig oder in anderer Reihenfolge stattfinden können.

Obwohl andere Sprühdüsen eingesetzt werden können, um den Strom tier erforderlichen geladenen Teilchen zu liefern, hat sich die in Fig. 4 dargestellte Form der Sprühdüse als besonders geeignet herausgestellt, die in der DE-OS 26 30 555 beschrieben ist.

Die in Fig.4 dargestellte Düse 12 besitz: mehrere Vorteile, die in der genannten DE-OS 25 30 555 angegeben sind. Die Düse Ϊ2 eignet sich besonders zur Verwendung in der Landwirtschaft, da alle ihre Hochspannungskomponenten umschlossen sind, um jegliche mechanische Beschädigung und jede zufällige Berührung auszuschalten; die Düse 12 ist einfach zu betreiben, ihr Betrieb läßt sich auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen aufrechterhalten.

Die Düse 12 enthält einen rohrförmigen Körper aus einem Grundteil 10 und einem Gehäuse 12, die koaxial zueinander angeordnet sind und aneinander befestigt sind. Das Grundteil 10 besitzt eine sich axial erstreckende zentrale Leitung 14, die am rückseitigen Ende von einer Flüssigkeitsquelle 16 Flüssigkeit unter Druck zugeführt erhält. Das Grundteil 10 besitzt ferner eine nach vorn konvergierende Leitung 18, die an ihrem Ende ein Gas, wie z. B. Druckluft, aus einer Druckluftquelle 20 erhält. Die Flüssigkeitsquelle 16 und die Druckluftquelle 20 sind durch geeignete Leitungen (nicht dargestellt) mit einer Pestizidquelle la und einer Luftquelle \b auf dem Fahrzeug 1 verbunden. Jeder der Leitungen kann geeignete Druckregeleinrichtungen (nicht dargestellt) enthalten, um den Flüssigkeits- und den Luftdruck und die Durchflußraten zu den einzelnen Düsen 12 hin zu regulieren. Die Luftleitung 18 kann die Form getrennter Durchgänge besitzen, die zur Vorderseite der Leitung 14 hin konvergieren. Das Gehäuse 12 besitzt eine sich axial erstreckende Düsenöffnung, die koaxial mit der Flüssigkeitsleitung 14 verläuft und einen rohrförmigen Durchgang 22 und einen koaxialen rohrförmigen Durchgang 24 besitzt, der denselben oder

einen kleineren Durchmesser als der Durchgang 22 aufweist, der in einer Sprühöffnung an der Vorderseite des Gehäuses 12 mündet. Das rückseitige Ende des Durchgangs 22 im Gehäuse 12 ist mit dem vorderen Ende des Flüssigkeitsdurchganges 14 und dem Luftdurchgang 18 verbunden, um hiervon einen Flüssigkeitsstrom 26 und einen Luftstrom 28 zu erhalten.

Der Flüssigkeitsstrom 26 und der Luftstrom 28 beeinflussen sich untereinander in einem Tröpfchenbildungsbereich 30, in dem die kinetische Energie des Hochgeschwindigkeitsluftstromes 28 den Flüssigkeitsstrom 26 in Tröpfchen aufteilt, während die verbleibende kinetische Energie des Luftstroms 28 den resultierenden Tröpfchenstrom 32 nach vorn transportiert und zusätzlich eine Grenzgleitströmung 40 bildet. Die Tröpfchen des Tröpfchenstroms 32 sind fein verteilt und besitzen typischerweise einen Durchmesser von 50 oder weniger Mikrometer, obwohl stärkere Abweichungen gelegentlich von diesem typischen Durchmesser vorkommen können. Eine ringförmige Induktionselektrode 34 aus einem elektrisch leitenden Material, wie z. B. Messing oder ein anderes Metall, ist im Gehäuse 12 eingebettet und läuft um den Durchgang 22 in der Nähe des Tröpfchenbildungsbereiches 30, so daß die elektrisehen Feldlinien aufgrund der Potentialdifferenz zwischen der Elektrode 34 und dem Flüssigkeitsstrom 26 in konzentrierter Form auf dem Flüssigkeitsstrom 26 enden können. Die Induktionselektrode 34 wird bezüglich des Flüssigkeitsstroms 26 auf einem Potential von einigen hundert bis einigen tausend Volt gehalten, die von einer Hochspannungsquelle 36 geliefert werden. Die Quelle 36 ist am Gehäuse 12 befestigt und besitzt einen Hochspannungsausgang, der über eine Hochspannungsleitung 38 mit der Elektrode 34 verbunden ist, sie besitzt ferner einen Niederspannungseingang, der mit einer Niederspannungsquelle 41 verbunden wird. Die Hochspannungsquelle 36 wandelt die niedrige Eingangsspannung in ein ausgewähltes Hochspannungssignal um, sie wandelt z.B. eine i2 V-Gieichspannung (oder 24 V-Gleichspannung) aus der Spannungsquelle 41, die z. B. mit der Fahrzeugbatterie identisch sein kann, in eine hohe Gleichspannung um, die sich innerhalb eines Bereiches von einigen hundert bis einigen tausend Volt Gleichspannung beider Polaritäten bezüglich der Flüssigkeit 26 und Masse einstellen läßt. Hochspannungsquellen dieser Art enthalten typischerweise einen von der Gleichspannungsquelle niedriger Spannung gespeisten Oszillator und erzeugen einen Wechselstromausgang, wobei ein Transformator den Wechselstromausgang des Oszillators in eine hohe Wechselspannung eines ausgewählten Wertes umwandelt und ein Gleichrichter die hohe Ausgangswechselspannung des Transformators in eine Gleichspannung umwandelt, wobei ferner ein Glättungsfilter und geeignete einstellbare Einrichtungen 36a zur Steuerung des Gleichspannungsausgangspegels vorgesehen sind, wobei diese Einrichtungen z. B. das Transformationsverhältnis oder den Wert des Niederspannungs-Eingangssignals verändern können. Das Grundteil 10 besteht aus einem elektrisch leitenden Material und wird typischerweise geerdet und nahe beim Erdpotential gehalten.

Während der Tröpfchenstrom 32 im Tröpfchenbildungsbereich 30 erzeugt wird, wird, jedes Tröpfchen induktiv aufgeladen, und die aufgeladenen Tröpfchen werden durch einen Teil der kinetischen Energie des Luftstromes 28 nach vorn aus der Sprühdüse hinaus transportiert In der dargestellten Ausführungsform der

Düse bildet sich eine Luftgrenzströmung 40 um den Tröpfchenbildungsbereich 30 und den Tröpfchenstrorn 32, um die innere Oberfläche der Elektrode 34 vollständig trocken und glatt zu halten. Tröpfchen werden also daran gehindert, sich auf der inneren Oberfläche der Elektrode 34 abzulagern. Die Grenzströmung 40 umgibt den Tröpfchenstrom 32. während dieser durch die Düsendurchgänge 22 und 24 hindurchläuft, wodurch diese Durchgänge trocken bleiben und den Oberflächenwiderstand ihres isolierenden Materials auf einem hohen Wert halten. Die Raumladungsdichte und der Sprühwolken-Strom ües Tröpfchenstroms 32 aus geladenen Teilchen sind eine Funktion der Spannung 34 bei den typisch verwendeten Flüssigkeitsströmungsraten, sie sind zusätzlich eine Funktion anderer steuerbarer Variablen, wie z. B. der Größe der den Tröpfchenstrom 32 bildenden Tröpfchen usw.

Es ist bekannt, daß unter geeigneten Bedingungen das Volumen der elektrostatisch auf den Zielgegenständen abgelagerten Teilchen im nilgemeinen mit dem Sprühwolken-Strom und der Raumladungsdichte der geladenen Teilchen zunimmt.

F i g. 5 zeigt eine Darstellung des Sprüh wolken-Stroms als Funktion des auf einem Kugelschirm abgelagerten Volumens eines Sprühmittels, wobei diese Darstellung aus einer Reihe von Laborversuchen hervorgeht, die der Erfinder durchführte. Aus Fig. 5 läßt sich entnehmen, daß das Sprühmittel-Ablagerungsverhältnis mit Zunahme des Sprühwolken-Stroms und der Raumladungsdichte stetig zunimmt. Der Begriff »Sprühmittel-Ablagerungsverhältnis« ist definiert als das Verhältnis zwischen dem Volumen des aus geladenen Teilchen bestehenden Sprühmittels und dem Volumen des aus ungeladenen Teilchen bestehenden und abgeladenen Sprühmittels, wobei die anderen relevanten Parameter im wesentlichen konstant gehalten werden.

Es hat sich gezeigt, daß ein höherer Sprühwolken-Strom und eine größere Raumladungsdichte nicht notwendigerweise zu einem höheren Sprühmittel-Ablagerungsverhältnis führen. Aufgrund solcher Faktoren, wie z. B. des Gasdurchschlages und der Leitung zwischen geerdeten Witenden Objekten und der geladenen Teilchenwolken, gibt es einen optimalen Bereich von Werten des Sprühwolken-Stroms und der Raumladungsdichte geladener Teilchen, innerhalb dessen die größte Ablagerung und die gleichförmigste Ablagerung der Teilchen auf irgend einer gegebenen Zieloberfläche bei irgendwelchen vorgegebenen Bedingungen erzielbar sind.

Anhand der Kurve 6a in Fig.6 läßt sich erkennen, daß bei Teilchen, die auf Raumladungswerte aufgeladen wurden, die entweder kleiner oder größer als ein kritischer Wert beim Punkt A sind, das Ergebnis kleiner als die maximale Teilchenablagerung auf den Schirmen ist, die elektrisch geerdete Punkte enthalten oder in der Nähe der elektrisch geerdeten Punkte liegen. Eine extreme Abweichung von dem besten, kritischen Raumladungswert (entweder zu groß oder zu klein) kann zur Folge haben, daß nur eine geringfügige Verbesserung des Ablagerungswirkungsgrades im Vergleich zu demjenigen bei nichtgeladenen Teilchen erzielt wird. Ein optimaler Bereich läßt sich jedoch, wie angegeben, auswählen, um eine Ablagerung zu erhalten, die eine wesentliche Verbesserung gegenüber der Ablagerung bei ungeladenen Teilchen darstellt Sofern die Raumiadungsdichte in diesem optimalen Bereich gehalten wird, kann die verbesserte Ablagerung

sichergestellt werden. Auch wenn die 'Jmgebiings- oder Uiiiweltbedingungen sich im Verlauf des Sprühvorgangs in gewisse" Weise ändern, mil dem Ergebnis, daß die beispielsweisen Kurven db oder 6c· für die neuen Umgebungsbedingungeii besser gültig sind als die Kurve 6,7. so ergibt der optimale Raumladungsbcreich trotzdem eine verbesserte Ablagerung, vorausgesetzt, daß die Abweichung von den der Kurve 6.7 zugrundeliegenden Bedingungen nicht extrem groß sind. LIm herauszufinden, welche elektrostatischen Eigenschaften der geladenen Teilchen die beste Ablagerung in einer vorgegebenen Umgebung liefert, und selbst in den Füllen, in denen es nicht möglich oder nicht praktisch ist. die Werte derartiger Eigenschaften zu berechnen oder anderweitig vorauszubcstimmen. sieht man vor. die elektrostatischen Eigenschaften dieser Teilchen /u verändern, während ein Eichschirm besprüht wird, und die Ablagerung auf dem Eichschirm zu messen, während gleichzeitig ein Parameter des Sprühvorganges abgtfühlt wird, der den elektrostatischen Eigenschaften der Teilchen zugeordnet ist.

In den Fi g. 7 und 8 ist der Strom 32' der geladenen Teilchen von der Düse 12' zur Ablagerung auf einen Eichschirm 4' gelenkt, der eine Metallkugel 42 auf einem Stift 44 enthält. Das untere Teil 44.7 des Stifts 44 besteht aus elektrisch leitendem Material und befindet sich in elektrischem Kontakt mit der Erde, während der obere Teil 44£> des Stifts 44 aus elektrisch isolierendem Material besteht. Die Metallkugel 42 und der Metalltcil 44a des Stifts 44 sind elektrisch über einen Kreis 46 verbunden, der den zwischen der Kugel 42 und dem geerdeten Teil 44a fließende Strom aufnimmt. Eine Raumladungsüberwachungseinrichtung. 48 bezeichnet, ist an der Stange 2 an einem Haltearm 50 befestigt und überwacht die Raumladungsdichte des Stroms 32' der geladenen Teilchen von der Düse 12'. Die Überwachungseinrichtung 48 enthält einen Meßwandler, z. B. des Gas-Entladungstyps, der auf die gleichen atmosphärischen und Betriebsvaiiabien anspricht, die Anderen gen im Gasdurchbruch und in den Entladungsströmen von geerdeten Stellen der besprühten Zielobjekte verursachen. Die Überwachungseinrichtung 48 ist daher in der Lage, Änderungen derjenigen Laktoren zu kompensieren (z. B. Luftionenkonzentration, spezifischer Widerstand der Teilchen etc.), die die Stärke des Sprühwolken-Durchbruchproblems im Bereich des besprühten Zielobjekts beeinflussen. Der beispielshalber genannte Gas-Entladungs-Meßwandler der Überwachungseinrichtung 48 enthält eine spitze Elektrode 48a und eine geerdete zylindrische Elektrode 4Sb, die koaxial um die Elektrode 48a angeordnet ist, sie enthält ferner einen Kreis 48c. der die beiden Elektroden 48a und 486 miteinander verbindet, und sie enthält Einrichtungen zur Messung des Gasentladestroms, der zwischen der Spitzenelektrode 48a und dem in der Nähe befindlichen geladenen Strom 32' fließt Andere Arten der Meßwandler zur Messung der Raumladungsdichte der Teilchen, die von der Düse 12 austreten, lassen sich anstelle des Gas-Entladungstyps verwenden, so z. B. Meßwandler, die physikalische Phänomene wie z. B. die elektrostatische Induktion, elektromagnetische Induktion, elektrostatische Kräfte und elektromagnetische Kräfte etc. verwenden. Der Meßwandler soll unabhängig von dem verwendeten Typ bevorzugt im wesentlichen nicht dissipativ in dem Sinne sein, daß er keinen wesentlichen Teil der relevanten Eigenschaften der geladenen Teilchenströmung dissipiert Dies kann durch kontinuierliche Überwachung geschehen, wobei in

diesem Fall nur ein vernachlässigbarer Teil des elektrischen Sprühströmungs-Stroms für Überwachungszwecke abgezogen werden soll. Alternativ läßt sich eine große Menge des Stroms jedoch nur für sehr kurze, periodische Zeitintervalle mit einem sehr kleinen Tastverhältnis abziehen.

Während des Betriebs wird die Strömung 32' zur Ablagerung auf den Eichschirm 4' unter näherungsweise derselben Umgebung wie die endgültigen Zielobjekte 4 abgelagert, wobei die Stellung der Sprühdüse 12' bezüglich des Eichschirms 4' die Stellung der Düse hinsichtlich des endgültigen Zielobjekts 4 annähert. Die Düse 12' wird über den Eichschirm 4' mit etwa dergleichen Geschwindigkeit geführt, die das Fahrzeug 1 beim Besprühen der Zielobjekte 4 besitzt. Die Regelung 36.7'der Düse 12' wird vor jedem Durchgang zurückgesetzt, um eine verschiedene Ladespannung den Induktionselektroden der Düse 12' zuzuführen, um die Teilchen der Strömung 32' mit einer entsprechenden

VCrSCiiiCuCnCn i\SUrriiavjüngSuiCiiiC ünu CInCiTi CritSpTC

chenden Wolken-Strom zu versehen. Die Ablagerung auf EichschiiTn 4' wird bei jedem Durchgang durch Messung des Stroms zwischen der Metallkugel 42 und dem leitenden Teil 44a des Stifts 44 gemessen, da dieser Strom ein direktes Ergebnis der Ablagerung der geladenen Teilchen auf der Kugel 41 darstellt und proportional hierzu ist. Diejenige Messung der Überwachungseinrichtung 48, die dem größten Wert des vom Kreis 46 für einen einzelnen Durchgang geführten Stromes entspricht, wird ausgewählt, und die Düse 12' wird anschließend so eingestellt, d';ß dieselbe Messung der Überwachungseinrichtung 48 aufrecht erhalten bleibt.

Zur Erläuterung des Arbeitsprinzips wird auf Fig. 9 Bezug genommen. Ein Regelkreis 52 erhält ein Eingangssignal von einer Eichwerteinstellung 54 und von der Raumladungs-Überwachungseinrichtung 48 und regelt die Hochsnanntings-Gleichspannungsversorgung 36' der Düse 12', um die Induktionselektrode 34' der Düse auf einer Spannung zu halten, die ein Meßergebnis der Raumladungs-Überwachungseinrichtung 48 hervorruft, das den eingestellten Eichwerten entspricht. Die Eichwerteinstelleinrichtung 54 kann aus einer Spannungsquelle bestehen, die von Hand einstellbar ist, um eine gewählte Ausgangsspannung zu liefern, die den von der Überwachungseinrichtung 48 bei demjenigen Durchgang gelieferten Meßwerten entspricht, der die beste Ablagerung auf dem Testobjekt 4' ergibt. Der Regelkreis 52 kann einen Spannungskompa rator enthalten, der die Spannungsausgänge der Eichwerteinstelleinrichtung 54 und der Raumladungs-Überwachungseinrichtung 48 vergleicht, während die Düse die Zielobjekte besprüht, und der ein Regeisignal abgibt, das die Spannung der Induktionselektrode erhöht, wenn die überwachte Spannung unterhalb eines bestimmten Wertes bezüglich der Eichwert-Spannung ist, und das die Elektrodenspannung verringert, wenn die Überwachungsspannung oberhalb dieses Wertes liegt.

Es sei bemerkt, daß mehrere Eichschirme 4' in einer Reihe angeordnet werden können, und daß die Raumladungsdichte der Düse 12' verändert werden kann, während sich diese Düse längs der Reihe bewegt, 'M daß die optimale Raumladungsdichte bei einem einzigen Durchgang oder bei einigen Durchgängen längs der Reihe gefunden werden kann. Die integrierten Stromsignale lassen sich direkt von den einzelnen

Testobjekte lassen sich durch ein Kabel oder durch Telemetrie /nit einem einzigen zentralen Netzwerk zur Integration des Stromes aller Testobjekte zusammenschließen, wobei das zentrale Netzwerk angibt, welcher Testschirm die beste Ablagerung empfangen hat. Ein derartiges zentrales Netzwerk kann in Verbindung mit Regeleinrichtungen für das Sprühverfahren arbeiten, die automatisch eine Ladestromvorgabe (oder eine Flußrate-Teilchengröße- etc. Vorgabe) entsprechend der optimalen Ablagerung wählen. In einigen Fällen kann es auch wünschenswert sein, daß der Eichschirm 4' an dem Fahrzeug 1 befestigt ist und sich mit diesem in etwa derselben Anordnung wie die Zielobjekte 3 bewegt, wobei der auf dem Eichschirm 4' durch Besprühung induzierte Strom periodisch integriert wird, um die besten Sprühparameter auszuwählen, oder um zu überprüfen, ob die eingestellten Sprühparameter noch eine gute Ablagerung ergeben. Es sei bemerkt, daß die Raumladungsdichte und der Sprühwolken-Strom sich nicht lediglich durch Veränderung der Spannung der Induktionselektrode sondern auch durch Veränderung der Flüssigkeitsdurchflußgeschwindigkeit durch die Düse, die Feinheit der Tröpfchen und die räumliche Dispersion der Teilchenströmung verändern l'ißt, und daß irgendeine Kombination dieser Variabein geregelt werden kann, um eine ausgewählte Raumladungsdichte und einen Sprühwolken-Strom aufrecht zu erhalten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum elektrostatischen Besprühen von Gegenständen mit feinverteilten Teilchen, insbesondere zum Besprühen von Pflanzen mit , Pestiziden, bei dem eine Sprühdüse relativ zu den zu besprühenden Gegenständen bewegt und gleichzeitig ein Teilchenstrom der feinverteilten, elektrostatisch geladenen Teilchen abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der κι Raumladungsdichte des Teilchenstroms verknüpfter Parameter überwacht wird und daß die Ausbildung des Teilchenstroms derart gesteuert wird, daß der überwachte Parameter innerhalb eines vorbestimmten Bereichs bleibt, der eine optimale Ablagerung r, der Teilchen an den Gegenständen gewährleistet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswahl des vorbestimmten Parameterbereichs wenigstens ein Eichschirm mit unterschiedlichen Raumladungsdichten des Teilchenstrom.» besprüht wird, während die Sprühdüse ortsfest gehalten wird oder sich relativ zu dem Eichschirm bewegt und der Parameter zwecks Auswahl desjenigen Parameterbereiches überwacht wird, der der optimalen Ablagerung der Teilchen am >i Eichschirm entspricht.

3. Verfahren nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsstrom der Wolke des Teilchenstroms an einer Stelle in der Nähe des Gebiets, in dem die Teilchen ausgebildet 3η werden, als Parameter überwacht wird.

4. Verfal'-en nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Abscheidung der Teilchen auf dem Eichschirm der elektrische Strom gemessen wird, der durch die Ablagerung der Teilchen an dem Eichschirm erzeugt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer relativ zu den zu besprühenden Gegenständen beweglichen Sprühdüse, dadurch gekennzeichnet, daß im Sprühbereich ein Eichschirm (4, 4') mit einer Meßeinrichtung für die an ihm abgeschiedenen Teilchen angeordnet ist und daß die Sprühintensität Hie Sprühdüse (12) einstellbar ist (Regelung 52).

6. Vornchtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtungen (52) zur Regelung der Sprühdüse (12) eine Überwachungseinrichtung (48) zur Überwachung eines Parameters enthalten, der die elektrische Raumladungsdichte des Teilchenstromes angibt, so daß ein oder mehrere w Werte des überwachten Parameters einstellbar sind, und daß Einrichtungen (34', 36') vorgesehen sind, die den überwachten Parameter innerhalb eines Bereiches halten, der dem gewählten Wert entspricht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (48) eine Einrichtung (48a, 48i>, 48c^ zur Überwachung des Wolkenentladungsstroms der Teilchenströmung enthält, der in der Nähe des Bereiches, wo die geladenen Teilchen erzeugt werden, vorhanden ist. m>

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfühleinrichtung eine Einrichtung zur Messung eines Stromflusses enthält, der in dem Eichschirm (4, 4') durch die auf dem Eichschirm abgeschiedenen geladenen Teilchen hervorgerufen wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrostatischen Besprühen von Gegenständen mit feinverteilten Teilchen, insbesondere zum Besprühen von Pflanzen mit Pestiziden, bei dem eine Sprühdüse relativ zu den zu besprühenden Gegenständen bewegt und gleichzeitig ein Teilchenstrom der feinverteilten, elektrostatisch geladenen Teilchen abgegeben wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer relativ zu den zu besprühenden Gegenständen beweglichen Sprühdüse.

Das elektrostatische Besprühen wird gelegentlich im Ackerbau eingesetzt, um Pestizide auf die Ernte zu sprühen. Aus der US-PS 33 39 840 ist es bekannt, die Tabakernte elektrostatisch mit den Pulverpartikeln eines Schädlingsbekämpfungsmittels zu besprühen, die einen mittleren Durchmesser von etwa 10 bis 30 Mikrometer besitzen und durch Elektroden aufgeladen waren, die bei 150 000 V gehalten werden. Von diesem Stand der Technik geht die Erfindung aus. Im Gegensatz zu der relativ weiten Verbreitung eines derartigen Sprühverfahrens in der Industrie ist die Verwendung in der Landwirtschaft aus vielerlei Gründen bisher selten, wobei insbesondere der Einsatz der zum Laden der Sprühteilchen erforderlichen Hochspannungen und die unkontrollierbaren Änderungen in der offenen Umgebung beim landwirtschaftlichen Sprühen Probleme darstellen. Während es z. B. bei einer industriellen Anlage relativ εκ if ach ist, den betreffenden Bereich elektrisch abzuschirmen, so ist dies bei einem landwirtschaflich eingesetzten Aufbau nicht möglich, wo der Sprühvorgang typischerweise von einem sich bewegenden Fahrzeug aus erfolgt, das den Atmosphärenbedingungen ausgesetzt ist und von Personen bedient wird, die mit dem Umgang derartiger Hochspannungen nicht vertraut sind. Während es ferner möglich ist, die Vielzahl der relevanten Parameter in einem industriellen Aufbau zu eichen und optimieren, ist dies bei einem in der Landwirtschaft betriebenen Aufbau nicht so leicht möglich, wo bestimmte Parameter, wie z. B. die Luftfeuchtigkeit und andere elektrische Eigenschaften der umgebenden Atmosphäre nicht gesteuert werden können. Ferner ist es bei einer industriellen Anordnung möglich, optimale Werte für bestimmte Parameter zu berechnen oder zu messen, so z. B. die Ladespannung, die Entfernung zwischen den Sprühdüsen und dem besprühten Objekt etc.; dies ist jedoch bei einem Einsatz in der Landwirtschaft oftmals unpraktisch oder unmöglich, wo sich diese relevanten Parameter häufig ändern.

Trotz des großen Bedürfnisses und trotz der großen Vorteile, die ein elektrostatisches Sprühsystem mit sich bringt, gibt es bisher noch kein praktisches und anerkanntes Verfahren bzw. Vorrichtung zur elektrostatischen Abscheidung in der Landwirtschaft. So sind z. B. die zur Zeit verwendeten nicht-elektrostatischen Sprühverfahren sehr ineffizient; Sprühteilchen-Anlagerungswirkungsgrade von weniger als 20% sind typisch. Außerdem werden bei den typischen nichtelektrostatischen Sprühverfahren bis zn 900 oder 1800 Liter Pestizidsprühmittel pro 4000 m² verwendet, obwohl es bei Verwendung einer elektrostatischen Abscheidung möglich wäre, nur etwa 9 Liter oder weniger pro 4000 m² mit kleinvolumigen Sprühniten einzusetzen. Bei derartigen kleinvolumigen Sprühraten ergeben sich zusätzlich erhebliche Einsparungsmöglichkeiten bezüglich der Kapitalinvestitionen bei der Speicherung und der Sprühvorrichtung, es ergeben sich Einsparungen im Energieverbrauch und eine reduzierte Umweltbela-