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(11) | EP 0 125 589 A1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Elektrostatisches Verspritzen bzw. Versprühen von elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten, z.B. Pflanzenbehandlungsmitteln |
| (57) Vorrichtung zum gefahrlosen Ausbringen von Tropfen über ein Spritzsystem, wie Spritzdüse,
Sprühdüse oder Rotationszerstäuber, aus einem über mindestens einen Hochspannungsgenerator
aufgeladenen Flüssigkeitsvolumen, bei der
a) das gesamte unter Hochspannung stehende Flüssigkeitsvolumen von einem Behälter (1) aus elektrisch hoch isolierendem Material und einer oder mehreren Zuleitungen (8) aus elektrisch hoch isolierendem Material umgrenzt ist, und b) der aus elektrisch hoch isolierendem Material bestehende Behälter (1) und die Zuleitungen (8) außen von einer leitfähigen oder nichtaufladbaren, geerdeten Umhüllung (3) ungeben sind, weiche elektrische Kraftwirkungen auf Personen oder andere benachbarte Anlagenteile verhindert. |
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gefahrlosen Ausbringen von Tropfen über ein Spritzsystem, wie Spritzdüse, Sprühdüse oder Rotationszerstäuber aus einem über mindestens einen Hochspannungsgenerator aufgeladenen Flüssigkeitsvolumen.
[0002] Das Aufbringen von Pflanzenbehandlungsmitteln erfolgt in der Regel durch Erzeugen eines Tropfenspektrums im Bereich von 150 bis 600 /um und anschließendes Ablagern dieser Tropfen unter Ausnutzung sowohl der dem Tropfen in der Zerteileinrichtung mitgegebenen kinetischen Energie als auch der Schwerkraft. Die Ablagerung der Tropfen erfolgt auf der Oberseite und bevorzugt auf den der Spritz- und Sprüheinrichtung am nächsten liegenden Blattflächen.
[0003] Der aus Gründen der Wirtschaftlichkeit geforderten Verminderung der Flüssigkeitsmenge je Flächeneinheit sind Grenzen gesetzt; einerseits dadurch, daß zur Erhaltung der Wirksamkeit beispielsweise eines Pflanzenschutzmittels eine Mindestzahl von Tropfen pro cm2 Pflanzenoberfläche aufgebracht werden muß und andererseits dadurch, daß eine Verkleinerung des Tropfendurchmessers die Verluste durch Abtrift erhöht.
[0004] Ähnlich der elektrostatischen Pulverlackierung wird daher seit langem versucht, die Anlagerung von Tröpfchen durch Anwendung elektrischer Kräfte zu verbessern. Diese Technik verspricht gegenüber der heute üblichen Praxis die folgenden Vorteile:
- durch elektrische Kraftwirkungen wird die Gleichmäßigkeit der Verteilung von Tropfen beispielsweise in einem Pflanzenbewuchs entscheidend verbessert; die Anlagerung erfolgt nicht nur auf den Oberseiten der der Spritz- und Sprüheinrichtung benachbarten Blattoberfläche, sondern auch auf der Oberseite tiefer gelegener Blattberflächen und sogar in geringerem Maß auf der Unterseite von Blättern.
- da die elektrischen Kraftwirkungen die Anlagerung besonders der kleinen Tropfen verbessern und damit die Verluste durch Abtrift vermindern, wird es möglich, Tropfenspektren im Bereich von 30 bis 100 /um gezielt aufzubringen; dies bedeutet eine erhebliche Verminderung der aufzuwendenden Flüssigkeitsmenge je Flächeneinheit und gleichzeitig wegen der gezielten Aufbringung eine Verminderung der Umweltbelastung. Wirkstoffeinsparungen sind bei den einzelnen Indikationen im Pflanzenschutz denkbar, vgl. hierzu E. Moser, K. Schmidt u.a. "Besserer Pflanzenschutz mit elektrostatischer Aufladung", DLG-Mitteilungen 8/1982.
[0005] Im Gegensatz zur elektrostatischen Pulverbeschichtung in Lackieranlagen muß der Spritz- und Sprühvorgang in der Landwirtschaft unter wechselnden und nicht immer optimalen Spritz- und Sprühbedingungen erfolgen. Ursachen sind der mit dem Wassergehalt der Pflanzen und des Bodens veränderliche Erdableitwiderstand der zu beschichtenden Blätter, die mit der Geometrie der Pflanzen sich ändernde Beeinflussung des elektrischen Feldes in der Umgebung der Spritz- und Sprüheinrichtung und die durch unterschiedliche Wirkstoffe bedingte Änderung der Leitfähigkeit der zu verspritzenden und versprühenden Flüssigkeit. Einer der Hauptgründe für die Schwierigkeiten beim Einsatz der elektrostatischen Spritzung und Versprühung wäßriger und damit elektrisch leitfähiger Flüssigkeiten liegt darin, daß die im Spritzsystem und im Behälter gespeicherte elektrische Energie bei entsprechend hoher Spannung und elektrischer Kapazität so groß sein kann, daß das Berühren von unter Spannung stehenden Teilen für den Menschen gefährlich ist.
[0006] Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten sind bisher die folgenden Wege beschritten worden:
- Die zu verspritzende bzw. zu versprühende Flüssigkeit ist im Behälter nicht geladen; die Tröpfchen werden am Ort der Erzeugung durch eine geeignete Anordnung von Elektroden durch Anlagern von Ionen geladen. Vorteil des Verfahrens ist seine Anwendbarkeit auch für leitfähige Flüssigkeiten unabhängig von der Größe des Vorratsbehälters; Nachteil ist die verfahrensbedingte niedrige Aufladespannung und die Art der Aufladung, die zusammen nur eine geringe Verbesserung der Tropfenanlagerung gegenüber dem Spritzen ohne Einsatz elektrischer Kräfte bewirken.
- die Auffüllung des mit dem Spritzsystem verbundenen Behälters erfolgt aus einem Vorratsbehälter über ein Zwischenbehältersystem. Dabei liegt der Zwischenbehälter spannungsseitig während seiner Befüllung wie der Vorratsbehälter auf Erdpotential und wird vor der Entleerung in den mit dem Spritzsystem verbundenen Behälter auf dessen Potential gebracht. Vorteil des Verfahrens ist seine Anwendbarkeit auch für leitfähige Flüssigkeiten unabhängig von der Größe des Behälters; Nachteil ist der erhebliche finanzielle und räumliche Aufwand für das Zwischenbehältersystem.
- die zu verspritzende und versprühende leitfähige Flüssigkeit liegt an Hochspannung; zur Vermeidung sicherheitstechnischer Probleme wird die elektrische Kapazität des Gesamtsystems und damit das Fassungsvermögen des Behälters klein gehalten. Vorteil des zuletzt genannten Geräts ist der einfache, sicherheitstechnisch unbedenkliche Aufbau; Nachteil ist die Beschränkung in der Behältergröße, die den Einsatz in der Erwerbslandwirtschaft auf Bodengeräten verbietet.
[0007] Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei Beibehaltung der als besonders geeignet erkannten Kontaktaufladung eine Vorrichtung zum gefahrlosen Verspritzen oder Versprühen elektrostatisch aufgeladener Tröpfchen zu konstruieren, wobei die im Behälter verfügbare Flüssigkeitsmenge ausreichend groß ist, um einen wirtschaftlichen Einsatz auf Bodengeräten in der Landwirtschaft oder anderen Spritzeinrichtungen großer Kapazität zu ermöglichen.
[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
a) das gesamte unter Hochspannung stehende Flüssigkeitsvölumen von einem Behälter aus elektrisch hoch isolierendem Material und einer oder mehreren Zuleitungen aus elektrisch hoch isolierendem Material umgrenzt ist,
b) der aus elektrisch hoch isolierendem Material bestehende Behälter und die Zuleitungen außen von einer leitfähigen oder nichtaufladbaren, geerdeten Umhüllung umgeben sind, welche elektrische Kraftwirkungen auf Personen oder andere benachbarte Anlagenteile verhindert.
[0009] Bevorzugt wird das Flüssigkeitsvolumen durch einen oder mehrere im Behälter integrierte Hochspannungsgeneratoren aufgeladen.
[0010] Verschlüsse, Schlauchanschlüsse und Verbindungselemente sind vorteilhaft so beschaffen, daß sie beim öffnen oder Lösen automatisch zur Abschaltung der Spannungsversorgung führen.
[0011] Erfindungsgemäß ist das Spritzsystem in einem elektrisch leitfähigen oder nichtaufladbaren, isoliert montierten Schirm integriert.
[0012] Erforderlichenfalls kann zusätzlich Flüssigkeit aus einem vorzugsweise drucklos zu betreibenden Zusatzbehälter in Spritzpausen in den Behälter geleitet werden.
[0013] Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelingt es, mittels der als besonders geeignet erkannten Kontaktaufladung Flüssigkeitstropfen elektrisch aufzuladen und über ein Spritz- oder Sprühsystem gefahrlos aus einem Behälter zu verspritzen- oder versprühen, ohne daß Beschränkungen in der Größe des Behälters bestehen, ohne daß räumliche oder finanzielle Aufwendungen für Zwischenbehälter erforderlich sind, oder daß die Funktionsfähigkeit an bestimmte eng begrenzte Leitfähigkeitsbereiche der zu verspritzenden Flüssigkeit gebunden ist.
[0014] Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird bevorzugt benutzt zur Ausbringung von Pflanzenbehandlungsmitteln. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf Bodengeräten in der Landwirtschaft bietet als zusätzliche Vorteile:
a) keine vorrichtungsbedingte Beschränkung der Anwendung in der Spritzbreite oder in der Spritzhöhe,
b) keine vorrichtungsbedingte Beschränkung bei besonders dichtem Pflanzenbewuchs, da der Teilchentransport durch Kombination aus Massenkraft und elektrischer Kraft bewirkt wird,
c) gegenüber der Ausbringung mit Handgeräten keine Abscheidung von Tropfen auf der mit der Ausbringung befaßten Person.
[0015] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiterhin zum Beschichten von Papier- und Folienbahnen und zum Lackieren metallischer, oder leitfähiger Gegenstände mit leitfähigen Beschichtungen verwendet werden.
[0017] Es zeigen
Figur 1 den Querschnitt durch den Behäler mit allen wesentlichen Bauteilen
Figur 2 den Querschnitt durch Zuleitung und Düse als Spritzsystem mit allen wesentlichen Bauteilen
Figur 3 den Querschnitt durch Zuleitung und Rotationszerstäuber als Spritzsystem mit allen wesentlichen Bauteilen
Figur 4 eine schematische Übersicht der Gesamtanlage
[0018] In den Zeichnungen sind die leitfähigen oder nichtaufladbaren Teile der Vorrichtungsteile von links unten nach rechts oben und die nichtleitfähigen Teile von links oben nach rechts unten schraffiert.
[0019] Die Flüssigkeit 2 wird über einen Verschluß 5 in den aus elektrisch hochisolierendem Material gefertigten Behälter 1 gefüllt. Dieser Behälter 1 ist auf seiner Außenseite von einer leitfähigen oder halbleitfähigen, mit der Masse eines Bodengeräts oder mit Erdpotential verbundenen Umhüllung 3 umgeben. Mit einem solchen Aufbau ist es möglich, die zu verspritzende Flüssigkeit 2 unabhängig von ihrer elektrischen Leitfähigkeit elektrostatisch optimal aufzuladen, ohne daß unerwünschte Kraftwirkungen von den Außenwänden des Behälters 1 aus wirksam werden können.
[0020] Besonders vorteilhaft ist es, die Aufladung der Flüssigkeit mittels eines oder mehrerer im Behälter 1 integrierter Hochspannungsgeneratoren 4 vorzunehmen, die ihre Versorgungsspannung beispielsweise aus der Batterie des Bodengeräts oder einer anderen Spannungsquelle erhalten. Die Wandstärke des Behälters 1 und die Hochspannungsgeneratoren 4 sind so ausgelegt, daß an der Flüssigkeit 2 Hochspannung vorzugsweise zwischen 20 und 100 kV regelbar erzeugt werden kann, wobei der Maximalstrom einen einstellbaren Grenzwert nicht übersteigt. Dies hat den Vorteil, daß die Aufladung der Tröpfchen und die Anpassung an die optimalen Spritzbedingungen ohne jede Hochspannungsverkabelung erreicht werden kann.
[0021] Einfach und sicher ist die Maßnahme, den Verschluß 5, die Schlauchanschlüsse 6 zu den Spritzeinrichtungen wie z.B. Düse 11 und Rotationszerstäuber 12, und die Verbindungselemente 7 an den Spritzeinrichtungen 11, 12 so zu gestalten, daß öffnen des Füllstutzens 5 bzw. Lockern der Schlauchanschlüsse 6 und der Verbindungselemente 7 zum automatischen Abschalten der Hochspannung führen. Diese Abschaltung der Hochspannung wird dadurch erreicht, daß beim Lockern der Schlauchanschlüsse 6 oder der Verbindungselemente 7 die Dichtwirkung einer Dichtung 10 aufgehoben wird und durchfließende Flüssigkeit einen Kurzschluß zur Umhüllung 3 verursacht.
[0022] In Verbindung mit den integrierten Hochspannungsgeneratoren 4 und der leitfähigen oder halbleitfähigen, geerdeten Umhüllung 3 wird so sichergestellt, daß auch unsachgemäßes Hantieren an dem unter Spannung stehenden System gefahrlos ist.
[0023] Das Prinzip der leitfähigen oder halbleitfähigen, geerdeten Umhüllung 3 wird auch an den Zuleitungen 8 zwischen Behälter 1 und dem Spritz- oder Sprühsystem angewandt.
[0024] Berührungsschutz an den Spritz- oder Sprüheinrichtungen wird durch einen leitfähigen oder halbleitfähigen, isoliert montierten Schirm 9 erreicht. Der besondere Vorteil dieses Schirms 9 besteht darin, daß er - durch Influenz vom Spritz- oder Sprühsystem aufgeladen - die elektrischen Kraftwirkungen zum Transport der geladenen Tröpfchen zum Zielobjekt verstärkt. Die elektrische Kapazität dieses Berührungsschutzes ist erfindungsgemäß so gering, daß ein Berühren auch im aufgeladenen Zustand völlig ungefährlich ist.
[0025] Besonders einfach und vorteilhaft kann die Menge der zu verspritzenden Flüssigkeit im System vergrößert werden, wenn aus einem Zusatzbehälter 13 Flüssigkeit dem Behälter 1 zugeführt wird. Dies kann ohne zusätzliche Schutzmaßnahme dadurch erreicht werden, daß, von dem Regelgerät 14 automatisch gesteuert, in den Spritzpausen, beispielsweise beim Wechseln der Bearbeitungsreihen oder beim Vorrücken des Werkstücks, elektrisch nicht aufgeladene Flüssigkeit aus dem geerdeten Zusatzbehälter in das Spritz-oder Sprühsystem gefördert wird, wobei sich während dieses kurzzeitigen Auffüllens die Hochspannung automatisch abschaltet.
a) das gesamte unter Hochspannung stehende Flüssigkeitsvolumen von einem Behälter (1) aus elektrisch hoch isolierendem Material und einer oder mehreren Zuleitungen (8) aus elektrisch hoch isolierendem Material umgrenzt ist, und
b) der aus elektrisch hoch isolierendem Material bestehende Behälter (1) und die Zuleitungen (8) außen von einer leitfähigen oder nichtaufladbaren, geerdeten Umhüllung (3) umgeben sind, welche elektrische Kraftwirkungen auf Personen oder andere benachbarte Anlagenteile verhindert.