Sensorventil Spray-iQ Top von IWN: Ventile mit Hirn

Gut zu wissen

Ein „dummer“ Kabelbaum führt zum Gestänge der Dammann Pflanzenschutzspritze Profi-Class. Landwirt Johannes Lass aus 18516 Süderholz hat sie mit den neuen, intelligenten Sensorventilen Spray-iQ Top von IWN ausstatten lassen. Die Intelligenz für die Düsensteuerung sitzt bei diesem System direkt am Ventil. Es sind keine zusätzlichen Jobrechner montiert, die Ventilgruppen zusammenfassen wie z. B. beim System von TeeJet.
Vielmehr ist jedes der 72 Düsenventile an der 36 m breiten Spritze mit einem eigenen Mikroprozessor ausgestattet. Dadurch wissen alle Ventile für sich selbst, mit welcher Pulsweite sie ständig im wiederkehrenden Rhythmus öffnen und schließen müssen, um die geforderte Durchflussmenge an den Düsen einzustellen.
Bis zu 25-mal pro Sekunde (25 Hz) öffnen und schließen die Ventile. Die Frequenz passt die Ventilsteuerung abhängig von der geforderten Ausbringmenge automatisch an: Bei großer Durchflussmenge erfolgt das Pulsen mit 12,5 Hz und bei geringer Menge mit 25 Hz. Zukünftig soll es weitere Zwischenstufen geben.

Selbstkontrolle der Ventile

Das Verhältnis von geöffnetem zu geschlossenem Zustand pro Zeitintervall bestimmt die Durchflussmenge und die Tropfengröße.
Dabei kontrolliert jedes Ventil selbst seinen Durchfluss und regelt sich passend ein, so dass alle Ventile am Gestänge die vorgesehene Menge ausbringen. Dieses Prinzip der Selbstkontrolle hat zwei Vorteile: Erstens können die intelligenten Sensorventile so verschleißbedingte Mengenabweichungen ausgleichen. Und zweitens erkennen die Ventile Verstopfungen an der Düse oder dem Vorfilter.
Die Messung des Durchflusses erfolgt in­direkt, indem die Elektronik den von der Magnetspule auf die Ankerplatte des Ventilstößels induzierten Strom registriert und darüber ermittelt, wie schnell das geschlossene Ventil wieder öffnet. Das ist möglich, weil das Ventil im stromlosen Zustand geöffnet ist. Der Flüssigkeitsstrom öffnet das Ventil. Dabei schnellt die vorher angezogene Ankerplatte in die Ruheposition zurück.

Gute Verteilung

So messen die Ventile also über ihre Zykluszeit die Durchflussmenge. Den Messwert vergleicht jedes Ventil mit dem der Nachbarventile im Gestänge. Auf diese Weise können sich alle untereinander abgleichen. Das heißt, wenn ein Ventil etwas zu viel ausbringt, weiß es, wie viel Zeit es eigentlich pro Zyklus brauchen müsste und stellt sich dementsprechend ein. Laut IWN lässt sich durch diese Intelligenz der Ventile eine sehr gute Querverteilung mit Abweichungen unter fünf Prozent erzielen.
Auch die Längsverteilung ist laut Hersteller trotz des ständigen Ein- und Ausschaltens der Düsen in Ordnung. Denn zum einen sind die Phasen zwischen „offen“ und „geschlossen“ durch die hohe Pulsfrequenz recht kurz. Und zum anderen öffnen und schließen nicht alle Ventile gleichzeitig, sondern zeitversetzt. Immer vier benachbarte Düsen sind dazu zu einem Verband zusammengeschlossen. Die Ventile im Viererverband öffnen und schließen im Rhythmus eines Vierzylindermotors: eins — vier — zwei — drei offen bzw. geschlossen.
Die Nachricht über die vom Fahrer gewünschte Ausbringmenge bzw. die geforderte Durchflussmenge erhalten die Ventile via CAN-Bus vom ISO-Bus-Jobrechner der Feldspritze. Stellt der Durchflussmesser in der Zuleitung zum Gestänge z. B. aufgrund einer geänderten Fahrgeschwindigkeit fest, dass über die gesamte Düsenbreite ein Prozent mehr Menge benötigt wird, dann erhalten alle Ventile diese Information.

Warnung bei Fehlern

An der Bedienung der Pflanzenschutzspritze ändert sich durch die pulsweitenmodulierten Ventile wenig. Der Fahrer gibt die Sollwerte für die Ausbringmenge und den Spritzdruck ein. Beim Druck wählt er einen Bereich von z. B. 3,5 bis 4,5 bar. Dadurch hat das System ein bisschen Spielraum, wenn es beispielsweise bei zu 100 Prozent geöffneten Ventilen an seine Regelgrenze stößt. Denn dann kann es die Durchflussmenge nicht mehr durch Vergrößern der Pulsweite nach oben nachregeln, falls der Fahrer schneller fährt.
Ist der Regelbereich ausgeschöpft, erhält der Fahrer eine Meldung. Und falls eine Düse verstopft sein sollte, zeigt das Terminal dies ebenfalls an. Dabei erhält der Fahrer auch direkt die Information, welche Düse verstopft ist, z. B. Düse Nr. 62. Der Fahrer könnte dann die Düsen durchzählen. Eine mehrfarbige LED an jedem Ventil vereinfacht die Fehlersuche. Bei normalem Betrieb leuchtet diese grün, bei einem Fehler blinkt sie rot, und ist die Düse verstopft, wird die LED dauerhaft rot.
Gut ist auch, dass sich die Ventile am Gestänge von allein fortlaufend durchnummerieren. So muss der Landwirt bei einem Ventildefekt lediglich den Stecker ziehen, ein neues Ventil einbauen und anschließen. Seine Nummer lernt es von seinen Nachbarn, der Fahrer muss sie nicht am Terminal eingeben. Das ist möglich, weil die Ventile über eine Adressierleitung selbstständig ihre Adressen vergeben.

Was uns sonst noch auffiel:

So funktioniert das Ventil Spray-iQ Top

Müller-Elektronik hat das Sensorventil Spray-iQ Top mit pulsweitenmodulierter Düsensteuerung gemeinsam mit dem Ventilhersteller IWN aus Bielefeld entwickelt. Das Ventil kann bis zu einem Arbeitsdruck von 8 bar eingesetzt werden. Ab 1 bar Flüssigkeitsdruck ist es stromlos geöffnet. Das heißt, der Flüssigkeitsfluss bewirkt das Öffnen des Ventils. Sobald Strom durch die Magnetspule fließt, zieht der Magnet die Ankerplatte des Ventilstößels an. Der Dichtteller verschließt die Öffnung für die Flüssigkeitszufuhr.
Da die Magnetspule durch die sogenannte Pulsweitenmodulation in sehr kurzen Zeitintervallen bestromt und wieder stromlos geschaltet wird, öffnet und schließt das Ventil entsprechend oft und schnell (bis zu 25-mal pro Sekunde).
Der Weg, den Ankerplatte und Dicht­teller dabei zurücklegen, ist sehr klein. Für die Schließbewegung wird eine geringe Schaltleistung benötigt. So braucht das Ventil laut IWN weniger als 200 mA Strom, wenn es während eines Zeitintervalls die Hälfte der Zeit geöffnet ist.
Die Magnetspule ist direkt auf die Leiterplatte gelötet. Dadurch sind eine Messung der Schließgeschwindigkeit und die Berechnung der Durchflussmenge jedes einzelnen Ventils möglich.

Fazit

Viel Spielraum bei der Fahrgeschwindigkeit und der Ausbringmenge ohne Düsenwechsel, immer ausreichend Druck an der Düse selbst bei langsamer Fahrt und eine abdrift­arme Ausbringung auch bei schneller Fahrt. Das sind die Vorteile einer pulsweitenmodulierten Düsensteuerung. Der Fahrer gibt die Durchflussmenge vor. Das Einhalten des Durchflusses übernimmt das Sensorventil Spray-iQ Top von IWN zusammen mit einem Jobrechner von Müller-Elektronik.
Landwirt Johannes Lass ist begeistert von den pulsweitenmodulierten Ventilen: „Ich bin durch das System sehr flexibel bei der Ausbringmenge. Mit der weißen Softdrop-­Düse SD11080 von Agrotop sind 120 bis 400 l/ha bei 3,5 bis 5 bar Druck möglich. Ich kann also die Menge ohne Düsenwechsel in einem breiten Bereich variieren. Und wenn ich aus einer Ecke losfahre, startet die Applikation sofort mit dem nötigen Druck an den Düsen. So kann ich dort jetzt bedenkenlos etwas langsamer fahren, ohne dass sich die Herbizid- oder die Fungizidwirkung verschlechtern.“