Einzeldüsensteuerung mit LeapBox von BBLeap: Schnelle Ventile für Präzision
Für eine präzise Einzelpflanzenbehandlung müssen die Düsen sehr schnell öffnen und schließen — und zwar so, dass sich der Spritzkegel immer vollständig ausbildet. BBLeap hat dafür die nachrüstbare LeapBox entwickelt.
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Durch schnelles Öffnen und Schließen können pulsweitenmodulierte Magnetventile den Druck in den Spritzleitungen von Pflanzenschutzspritzen bei Fahrgeschwindigkeitsänderungen nachregeln und so die Tröpfchengröße konstant halten. Außerdem lassen sich die Ausbringmenge und die Tropfengröße ohne Düsenwechsel stufenlos ändern, indem die Steuerung das Verhältnis von „Düse offen“ zu „Düse geschlossen“ anpasst. Das System hat daher auch Vorteile für eine gezielte Variation der Ausbringmenge nach geplanten Karten z. B. bei der Applikation von Wachstumsreglern oder Flüssigdünger.
Das kann Pulsweitenmodulation
Zudem lassen sich einzelne Düsen schnell ein- und ausschalten, was sinnvoll ist, wenn Felder nicht rechteckig zulaufen. Und bei kurvigen Fahrgassen oder beim Umfahren von Hindernissen reguliert die Pulsweitenmodulation (PWM) automatisch und stufenlos die Ausbringmenge der Düsen, um an der Kurveninnenseite und an der Kurvenaußenseite Über- und Unterdosierungen zu verhindern.
Ebenso sollten Aufwandmenge und Tropfengröße beim Beschleunigen und Abbremsen am Vorgewende immer gleich bleiben. Auch das kann eine pulsweitenmodulierte (PWM) Düsenventilsteuerung leisten.
Pulsweitenmodulierte Magnetventile für das schnelle Öffnen und Schließen von Spritzdüsen sind nicht neu am Markt. Das DynaJet Flex von TeeJet war das erste System dieser Art. Es kann bis zu zwanzigmal pro Sekunde (20 Hz) die Ventile öffnen und schließen. Andere, wie die Einzeldüsenschaltung AmaSpot von Amazone, können das mit Pulsweiten- und Frequenzmodulation sogar fünfzigmal pro Sekunde.
Doch das hält Peter Millenaar, Gründer und Geschäftsführer von BBLeap, nicht für ausreichend, wenn es um eine kleinräumige Behandlung möglichst nur der einzelnen Pflanzen geht. Und das sollte seiner Ansicht nach im Hinblick auf einen nachhaltigen Pflanzenschutz das Ziel sein. Deshalb hat das neue niederländische Unternehmen BBLeap die LeapBox entwickelt.
Wer ist BBLeap?
Zwei ehemalige Geschäftsführer des niederländischen Selbstfahrspritzenherstellers Agrifac, Peter Millenaar und Martijn van Alphen, haben im Jahr 2019 gemeinsam mit einem Partner aus Südafrika die Startup-Firma BBLeap gegründet. Die Vision der Gründer ist, dass Pflanzenschutz zukünftig aus Gründen der Nachhaltigkeit auf Einzelpflanzenniveau bzw. teilschlagspezifisch mit kleinmaschigem Raster erfolgen sollte. BBLeap entwickelt die Technik dafür, die herstellerunabhängig nachrüstbar ist.
Schneller als andere
Ebenfalls durch Pulsweitenmodulation kann die Steuerung die Magnetventile von BBLeap mit über einhundertmal pro Sekunde (100 Hz) extrem schnell öffnen und schließen. Der Schaltvorgang vom geöffneten bis zum geschlossenen Zustand dauert nur 0,8 Millisekunden. So entstehe beim Spritzen kein Zebraeffekt, sagt Peter Millenaar. In der Praxis reiche laut Hersteller meist eine Öffnungsfrequenz von 1 bis 100 Hz. Dadurch könne die LeapBox zum einen die Ausbringmenge auch bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten regulieren und zum anderen durch sogenanntes Spotspraying (engl. Punktsprühen) einzelne Pflanzen präzise behandeln, ohne dass die Tröpfchengröße und die Gleichmäßigkeit der Spritznebelverteilung darunter leide.
Die sehr hohe Schaltgeschwindigkeit der Ventile soll für jeden Düsentyp bei niedriger Arbeitsgeschwindigkeit (8 km/h) eine stufenlose Mengenregulierung von 2 % bis 98 % der Ausbringmenge ermöglichen. Bei 24 km/h verringere sich der Regelbereich auf 15 % bis 85 % und bei 36 km/h auf 18 bis 82 %, so die Angaben von BBLeap. Die Ausbringmenge von null und einhundert Prozent ist immer möglich.
Außerdem sei die LeapBox in der Lage, die Ausbringrate pro Düse vierzigmal pro Sekunde zu ändern. Das heißt, bei 36 km/h könnte die Pflanzenschutzspritze mit der LeapBox alle 25 cm Fahrstrecke eine andere Ausbringmenge spritzen. „Das schaffen andere Systeme nicht“, sagt Peter Millenaar.
Nachrüstbare Module
Die Düsensteuerung mit der LeapBox lässt sich herstellerunabhängig nachrüsten. Sie ist modular aufgebaut. Ein Elektronikmodul steuert jeweils vier Düsen-Magnetventile. Somit müssten zum Beispiel an einer Pflanzenschutzspritze mit 30 m breitem Gestänge und 50 cm Düsenabstand für die PWM-Einzeldüsensteuerung fünfzehn Module mit je vier elektronisch ansteuerbaren Magnetventilen montiert sein.
In der maximalen Auslegung kann das System bis zu 250 Düsenpositionen ansteuern. Die LeapBox-Einzeldüsensteuerung eignet sich also für Gestänge mit bis zu 60 m Breite und 25 cm Düsenabstand. Zu dem System gehört neben den Elektronikmodulen mit Magnetventilen ein leistungsstarker Prozessrechner, der LeapCore.
Dieser ist ISO-Bus-fähig und mit einem GSM-Modem ausgestattet. Außerdem muss für die Kurvenkompensation eine inertiale Messeinheit, die sogenannte IMU, auf der Pflanzenschutzspritze installiert werden, die mit Beschleunigungsmessern, Gyroskopen und Magnetometern jede Richtungsänderung erfasst.
Und da der ISO-Bus nur 12 Volt Spannung zur Verfügung stellt, die Magnetventile zum Schalten aber 48 Volt brauchen, erhöht BBLeap die Spannung mit Hilfe einer Pufferbatterie und eines Batteriewechselrichters. Diese Elektronikkomponenten sowie die Installation sind im Preis inbegriffen. Nicht enthalten sind die Anschaffungskosten für ein Terminal. Für die Anzeige der Bedienmenüs eignet sich jedes beliebige ISO-Bus-Terminal.
Preis pro Meter
Für Pflanzenschutzspritzen mit beispielsweise 30-m-Gestänge und 50 cm Düsenabstand kostet die Düsensteuerung mit der LeapBox von BBLeap rund 1 300 Euro ohne Mehrwertsteuer pro Gestängemeter. Darin eingeschlossen ist die Nutzung des Portals LeapSpace von BBLeap. Über das Portal kann der Betriebsleiter hochauflösende Applikationskarten an den Prozessrechner LeapCore senden oder von dort die sogenannten As-Applied-Karten der erledigten Aufträge empfangen. Die cloudbasierte Webanwendung bietet zudem Speicherplatz für Fotos, die das Kamerasystem LeapEye für eine weitere Verarbeitung hochlädt.
Über den Online-Konfigurator im Internet unter bbleap.com können Kunden den Preis für ihre spezifische Pflanzenschutzspritze berechnen. Der Preis ist abhängig von der Gestängebreite und vom Düsenabstand. Bei größeren Arbeitsbreiten reduziert sich der Preis je Meter Gestängebreite. Und bei engerem Düsenabstand werden mehr Module benötigt — entsprechend höher ist der Preis pro Meter dann. Außerdem bietet BBLeap für den teilschlagspezifischen Pflanzenschutz mit der LeapBox einige Zusatzoptionen an.
Zusatzoptionen
- LeapCat ist der Task-Controller für einen teilschlagspezifischen Pflanzenschutz, der mit hochauflösenden Applikationskarten mit einer Rastergrößen von nur 25 x 25 cm arbeitet. Die Lizenz ist im ersten Jahr kostenlos. Was sie danach kosten wird, steht noch nicht fest.
- LeapLocate bestimmt die genaue Position jeder Düse und korrigiert automatisch Gierbewegungen des Gestänges. Die Hardware besteht aus drei GPS-Empfängern. Davon wird einer mittig auf der Feldspritze montiert und zwei weitere rechts und links auf dem Gestänge. Die Empfänger kommunizieren mit dem aktuellen RTK-GPS eines auf dem Schlepper oder der Selbstfahrspritze installieren Lenksystems, um die Position der Feldspritze und die genaue Position jeder Düse zu bestimmen. Das System kostet 7 500 Euro Aufpreis.
- LeapPlus verbindet Informationen aus zusätzlichen Sensorsystemen wie Biomassesensoren von Fritzmeier oder Kameras von Bilberry oder Carbon Bee mit der LeapBox, um auf Basis der Sensordaten in Echtzeit die Ausbringmenge an den Einzeldüsen zu regeln. Die zusätzlichen Kosten sind abhängig vom Sensor- bzw. vom Kamerasystem und der Marke.
- LeapEye ist ein Kamerasystem mit einer offene Kameraplattform, in die jeder Algorithmen hochladen kann. Anhand von Algorithmen wird LeapEye z. B. Unkräuter erkennen. Das System ist derzeit noch in der Entwicklung. LeapEye sammelt unterwegs automatisch Fotos und sendet sie an einen leistungsstarken Server.
- LeapZero wird Windsensoren nutzen, um Abdrift insbesondere in sensiblen Gebieten und an Feldgrenzen zu reduzieren. Das System ist noch nicht verfügbar.
Bedienung mit ISO-Bus
Jedes Düsen-Vierermodul hat eine konkrete Adresse zur Identifikation. Aufgrund ihrer Position nummeriert das System bei der Installation die nebeneinander in Reihe angebrachten Module und die Magnetventile durch. So besteht nachher beim Schalten der einzelnen Ventile keine Verwechselungsgefahr. BBLeap konfiguriert die Module auf Basis der vom Kunden angegebenen Gestängebreite und des Düsenabstands vor. Die Installation ist dadurch einfach — nach dem Motto Plug & Play.
Auch die Bedienung ist einfach. Der LeapCore-Rechner lädt die Bedienmenüs in jedes ISO-Bus-Terminal hoch. Der Fahrer gibt dort die gewünschte Ausbringmenge, den Druck und die Tropfengröße ein. Über die Softkeys lassen sich auch während des Spritzens die Ausbringmenge manuell anpassen und Teilbreiten rechts und links bei Bedarf zu- und abschalten.
Soll die Ausbringung teilflächenspezifisch erfolgen, wählt der Fahrer zu Beginn des Auftrags die hinterlegte Applikationskarte aus. Voraussetzung für das Ein- und Ausschalten von Teilbreiten bzw. von einzelnen Düsen ist, dass im Terminal die Section Control-Funktionalität aktiviert ist. Außerdem muss der Schlepper mit einem RTK-genauen GNSS-Lenksystem ausgestattet sein.
Wir haben die Düsensteuerung mit der LeapBox von BBLeap an einer Agrifac Condor Endurance mit 45 m Gestänge und 37,5 cm Düsenabstand eingesetzt. Der niederländische Landwirt nutzt die Spritze überwiegend in Kartoffeln. Für die Bedienung der BBLeap-Düsensteuerung verwendet er das Trimble-Terminal GFX 750.
LeapBox in der Praxis
Wir beobachteten, wie das System bei Kurvenfahrt und beim automatischen Schalten von Teilbreiten im Section-Control-Modus arbeitete. Die vier zu einem Elektronikmodul gehörenden Magnetventile schalten nie gleichzeitig, sondern immer zeitversetzt.
Um die Ausbringmenge bei sich ändernder Fahrgeschwindigkeit konstant zu halten, regelt die Steuerung die Öffnungsfrequenz der Ventile. Dadurch bleibt die zurückgelegte Fahrstrecke für eine vorgegebene Anzahl Öffnen und Schließen immer gleich. Und um die Ausbringmenge zu ändern, z. B. von 400 l/ha auf 200 l/ha, passt die Steuerung die Öffnungsdauer an. In diesem Beispiel wären die Spritzdüsen 50 % der Zeit geschlossen und 50 % der Zeit geöffnet.
Was uns sonst noch auffiel
- Die pulsweitenmodulierte Düsenschaltung mit der LeapBox von BBLeap hat noch keine Zulassung durch das Julius Kühn-Institut (JKI) in Braunschweig.
- Jedes Magnetventil sendet ein Feedback, wie lange es geöffnet war. Zusammen mit dem bekannten Druck berechnet das System die tatsächliche Durchflussmenge. Somit weiß die LeapBox nicht nur, wie sie die Magnetventile schalten muss, sondern liefert auch Daten für sogenannte As-applied-Karten (tatsächliche Ausbringung).
Fazit
Das junge niederländische Unternehmen BBLeap hat mit der LeapBox eine pulsweitenmodulierte Einzeldüsensteuer entwickelt, die mit bis zu 100 Hz die Düsen besonders schnell öffnet und schließt. Dadurch soll auch bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten präzises und gleichmäßiges Spritzen möglich sein. Es stehe nun eine Technik für den teilschlagspezifischen Pflanzenschutz auf Einzelpflanzenniveau zur Verfügung, wie Firmengründer Peter Millenaar sagt. Das System ist herstellerunabhängig nachrüstbar und kostet bei 50 cm Düsenabstand und 30 m Gestängebreite rund 1 300 Euro ohne Mehrwertsteuer pro Meter Arbeitsbreite.
