Spritze mit Puls

Neuheit: Wie funktioniert die Pulsweitenmodulation bei Feldspritzen? Plus

Eine interessante Entwicklung bei Feldspritzen ist die Pulsweitenmodulation (PWM). In einem Gespräch mit Herstellern und Beratern haben wir diskutiert, wie diese Technik funktioniert und was sie kann.

Bei der letzten Agritechnica war es ein wichtiger Trend in der Pflanzenschutz-Technik: Die Pulsweitenmodulation, oder kurz PWM. Dabei spritzen die Düsen nicht ständig, sondern werden mit hoher Frequenz über ein spezielles Ventil an- und ausgeschaltet. Über den An-Anteil im Zyklus, den sogenannten Duty Cycle, lässt sich die Ausbringmenge z.B. an wechselnde Geschwindigkeiten anpassen, ohne dass sich der Druck und das Tropfenspektrum ändern.

Wir wollten wissen, wie diese Technik funktioniert, wo sie hinpasst, was die Vor- und Nachteile sind und was sie kostet. Wir haben die Hersteller agrotop/Müller, John Deere, TeeJet und Raven zu einem Expertengespräch im Amazone-Stammwerk in Gaste eingeladen. Mit dabei waren auch Vertreter von Geräteherstellern (Amazone, Hardi, Horsch, Lemken), einige Düsenanbieter (agrotop, Lechler), das JKI und Harald Kramer von der LWK NRW.

Die Technik der PWM ist nicht neu. In der Industrie wird sie bereits seit ca. 25 Jahren eingesetzt, z.B. wenn Flüssigkeiten in der Produktion aufgebracht werden (u.a. Lebensmittel- oder Pharmaindustrie).

Auch in der Landtechnik sind PWM-Systeme schon lange im Einsatz, erste Prototypen waren bereits 1989 unterwegs. Aktuell sind sie vor allem in Australien und Nordamerika gängig, teils auch in der Ukraine oder in Russland. In diesen Ländern geht es meist um geringe Wasseraufwandmengen bei hohen sowie wechselnden Geschwindigkeiten.

Präzise mit Pulsweiten

Bei uns lag der Entwicklungsfokus mehr auf der Verringerung der Abdrift. Doch aktuell steigt auch in Europa das Interesse an PWM. Treiber sind vor allem die Entwicklungen in der Präzisionslandwirtschaft. Die Hersteller in unserem Expertengespräch berichteten übrigens, dass PWM-Systeme auch an vorhandenen Feldspritzen nachgerüstet werden können.

Die Einheit Hertz beschreibt, wie oft das PWM-Ventil pro Sekunde öffnet und schließt. Die gängigen Systeme arbeiten mit 15 bis 30 Hertz. Teils sind auch bis zu 50 Hertz möglich, aber weniger praxisrelevant. Je höher die Frequenz, desto kürzer ist die Öffnungszeit pro Zyklus. Denn das Wasser hat dann nur sehr wenig Zeit, durch das Ventil zur Düse zu fließen. Zusätzlich kommt es zu einer bestimmten mechanischen Verzögerung beim Schalten.

Aktiv ist ein PWM-Ventil komplett offen. Die Ausbringmenge variiert durch das Verändern der Pulsweite. Das Verhältnis auf/zu wird als Duty-Cycle in Prozent beschrieben. Bei 100 % ist das Ventil dauerhaft offen. Abhängig von den Strömungsverhältnissen im Ventil bedeutet ein Duty-Cycle von 50 % grob die halbe Ausbringmenge. Die meisten PWM-Ventile werden in einen Zyklus von 30 bis 100% gefahren.

Das Funktionsprinzip dahinter ist schnell erklärt: Ein Elektromagnet bewegt in hoher Geschwindigkeit einen Steuerkolben/Stößel plus Dichtungen im Ventil hin und her. Es gibt zwei Bauformen, die nach dem stromlosen Ventilzustand benannt sind: normally closed und normally open. Das erste öffnet sich, wenn der Steuerstrom anliegt, die andere Lösung schließt sich unter Strom.

Vorteil der ersten Lösung: Fällt der Strom aus, bleibt die Leitung dicht. Die andere Lösung hat eine klassische Tropfstoppmembran und einen speziellen...