Beregnungsanlage zur Frostschadenverhütung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Beregnungs- anlage zur Frostschadenverhütung.
Beregnungsanlagen wurden verschiedentlich zur Frostschadenverhütung eingesetzt, nachdem durch die grundlegenden Arbeiten (KeBler, 0. W. und Kämpfert, W. : Die Frostschadenverhütung. Wiss. Abh. RfW 6, Nr. 2 1940) auf die Möglichkeit der Abwehr von Frösten durch eine Beregnung der Kulturen hingewiesen war.
Bei der Planung der hierfür erforderlichen Wassermenge setzte man, einer verbreiterten Auffassung folgend, voraus, dass eine Niederschlagshöhe von 2mmhausreichenwürde, um einen Frost bis zu -10'C mit Erfolg abzuwehren.
Die praktischen Erfahrungen in der Frostberegnung haben nunmehr in Verbindung mit wissenschaftlichen Untersuchungen ergeben, dass diese her kömmliche Bemessungsgrundlage für die Wasserplanung nicht ausreichend ist. Es zeigte sich, dass z. B. eine Niederschlagshöhe von 1, 5 mm, h ausrei- chend ist für eine Frosttemperatur von-4, 5 C, dass aber mit stärker werdendem Frost die Wassermengen gesteigert werden müssen, und zwar auf 3 mm ; h bei Frosttemperaturen bis zu-6 C auf 4,5 mm,'h bei Frosttemperaturen bis zu-7, 5 C und auf 6 mm h bei Frosttemperaturen bis zu-9, 3 C.
Diesen Werten ist eine Windgeschwindigkeit von 0,5 m sec zugrunde gelegt. Sie beziehen sich auf niedrige Kulturen.
Die Art der bisherigen Planung, bei welcher eine pauschale, nach der zu erwartenden Tiefsttemperatur orientierte Niederschlagshöhe vorgesehen war, die während der ganzen Frostperiode beibehalten wurde, gab jedoch nicht immer eine Gewähr für eine sichere Schadenverhütung ; unter extremen Bedingungen stellte sich in vielen Fällen heraus, dass die angesetzte Niederschlagshöhe nicht ausreichend war. Darüber hinaus hatte die herkömmliche Wasserplanung das Vorhandensein von Wassermengen zur Voraussetzung, die in der Regel nicht verfügbar waren oder deren Bereitstellung nicht vertretbar war.
Auch in ackerbaulicher Hinsicht war die Verregnung solch grosser Wassermengen nachteilig.
Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, die oben aufgezeigten Schwierigkeiten zu überwinden, insbesondere die für die Bodenkultur abträglichen Begleiterscheinungen der bisherigen Beregnung zur Frostbekämpfung durch Schaffung einer Beregnungsanlage zu beseitigen, welche die zur sicheren Schadenverhütung erforderliche Wassermenge auf ein Minimum begrenzt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein die Anlage bei Frost überwachen- des, zweckmässig bei Frostbeginn bzw. bei Frostende in bzw. ausser Betrieb setzendes Temperaturmessgerät elektrische Kontakte in nach Massgabe des Temperaturverlaufes unterschiedlichen zeitlichen Intervallen vermittelt, welche die Betätigung von mindestens einem in das Rohrsystem der Anlage eingebauten Schnellschlussventil in einem Turnus auslösen, der die Dauer der Beregnungspausen so bemisst, dass in jeder Phase des Frostverlaufes eine zur Schadenverhütung vorbestimmte, minimale Wassermenge verregnet wird.
Hierdurch wird erreicht, dass bei Eintritt des Frostes, sobald die Temperaturkurve den Nullpunkt schneidet, die Beregnung mit einer geringen Niederschlagsdichte einsetzt und diese Niederschlagshöhe entsprechend dem stärker werdenden Frost bis zu einem Maximum gesteigert wird, das der Tiefsttemperatur des Frostes entspricht.
Weiter kann vorteilhaft vorgesehen werden, dass ein Windmessgerät die Bemessung der Intervalle zwi schen den elektrischen Impulsen des Temperaturmessgerätes beeinflusst.
Die Berücksichtigung der Luftbewegung ist von grosser Bedeutung. Luftbewegungen während des Frostes machen es erforderlich, die Niederschlagshöhe zu erhöhen, um der der Wärmeabgabe des gefrierenden Wassers entgegen wirkenden Komponente, nämlich der Verdunstungskälte, wirksam zu begegnen.
Die mit der erfindungsgemässen Anlage erzielten Vorteile sind evident. Zum ersten ergibt sich eine wesentliche Wasserersparnis gegenüber der bisher ge übten Praxis, die Niederschlagshöhe von vornherein entsprechend der zu erwartenden Tiefsttemperatur anzusetzen.
Durch die kontinuierliche Anpassung der Nieder schlagshöhe an den Verlauf der Temperatur durch eine entsprechende Variation der Beregnungspausen ist es möglich, mit einer wesentlich geringeren Wassermenge einen ausreichenden Frostschutz sicherzustellen.
Eine solche Wasserersparnis ist nicht nur von grösster Bedeutung hinsichtlich der Wasseraufnahmefähigkeit des Bodens in einer Frostnacht, sondern auch für die Veranschlagung des Energieaufwandes und ebenso für die Bernessung der Speicher-und Staubecken.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung an einigen Ausführungsbeispielen erläutert :
Es zeigen :
Fig. 1 eine in Abhängigkeit von der Temperatur arbeitende Steuereinrichtung der Beregnungsanlage mit Kontaktverteilerscheibe und Steuerwalzen in schematischer Darstellung,
Fig. 2 eine Steuereinrichtung der Beregnungsanlage, bei welcher die Betätigung der Ventile in Abhängigkeit von der Temperatur durch eine gezahnte Kontaktscheibe erfolgt, in schematischer Darstellung,
Fig. 3 eine Gesamtanlage mit einer Pumpe bei Anordnung des Schnellschlussventils im Pumpenhaus,
Fig. 4 eine Gesamtanlage mit mehreren Pumpen und entsprechenden selbständigen Leitungssystemen,
Fig. 5 eine Gesamtanlage, bei welcher Schnell schlussventile vor den Regnerleitungen eingebaut sind, und
Fig.
6 eine Gesamtanlage, bei welcher die übli- chen Rundregner durch Düsenrohrreihenregner ersetzt sind.
Ein erstes Ausführungsbeispiel für die Steuereinrichtung der erfindungsgemässen Beregnungsanlage ist in Fig. 1 dargestellt. Wesentlicher Bestandteil der dargestellten Einrichtung ist die zifferblattartig gestaltete Kontaktverteilerscheibe l. Die Kontaktverteilerscheibe 1 weist an ihrem Umfang eine Kontaktleiste 2 auf, welche in vier voneinander isolierte Sektoren 2a, 2b, 2c, 2d eingeteilt ist. In der Mitte der Kontaktverteilerscheibe 1 befindet sich eine Aussparung, durch welche die Trägerachse 4 eines zeigerförmigen Kontaktgliedes 3 ragt. Die Trägerachse 4 steht mit einem Temperaturmessgerät in funktioneller Verbindung, das eine Drehung der Trägerachse 4 mit seinem Kontaktglied 3 nach Massgabe des Temperaturverlaufes im Uhrzeigersinn bewirkt.
Das Temperaturmessgerät ist geschützt in der zu beregnenden Kultur aufgestellt.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind an den Sektorengrenzen der Kontaktleiste 2 Temperaturmarken (0, 0 C ;-2 C ;-4 C ;-6 C) angebracht, an welchen der jeweilige Stand der Aussentemperatur bei einer bestimmten Winkelstellung des zeigerartigen Kontaktgliedes 3 abzulesen ist. Die Kontaktverteilersche, ibe sitzt auf einer Hohlwelle, die axial und drehbar auf der Achse 4 des Kontaktgliedes 3 gelagert ist. Eine Drehung der Kontaktverteilerscheibe 1 entgegen dem Uhrzeigersinn wird durch ein Windmessgerät in Abhängigkeit von der in jedem Zeitpunkt herrschenden Luftbewegung ausgelöst und bewirkt.
Das Ausmass der Drehbewegung ist proportional den durch das Windmessgerät vermittelten mechanischen Impulsen, deren Stärke von der Windintensität ab hängig ist. Dies ergibt sich aus dem Umstand, dass die Drehung der Kontaktverteilerscheibe entgegen der Wirkung einer Rückholfeder erfolgt. Die Kontaktverteilerscheibe 1 kehrt in die Ausgangslage zurück, sobald die Luftbewegung hinsichtlich ihrer Intensität eine gewisse Grenze unterschreitet. Infolge der gegen sätzlichen Drehbewegung von Kontaktglied 3 und Kontaktverteilerscheibe 1 ergibt sich bei Windbewegung ein rascheres Durchlaufen der Kontaktsektoren 2a, 2b, 2c, 2d durch das Kontaktglied 3.
Die Windbewegung wirkt also additiv zur Relativbewegung zwischen dem Kontaktglied 3 und der Kontaktverteilerscheibe 1.
Der Dauerkontakt, den das Kontaktglied 3 beim Gleiten über einen Sektor 2a bzw. 2b bzw. 2c bzw. 2d der Kontaktleiste 2 gibt, bezieht auf elektro- magnetischem Wege je eine Steuerwalze 5 bzw. 6 bzw. 7 bzw. 8 in den Stromkreis des Schnellschlussventils 9 ein. Die Steuerwalzen 5 bis 8 sitzen auf einer Welle 10, die sich mit gleichmässiger Geschwindigkeit dreht. Der Antrieb der Welle erfolgt über ein Untersetzungsgetriebe vom Pumpenmotor 11 oder von einem selbständigen Antrieb aus.
Gleitet das Kontaktglied 3 beispielsweise auf dem Sektor 2a der Kontaktverteilerscheibe 1 zwischen den Temperaturmarken 0,0 C und-2 C, so bewirkt der durch das Kontaktglied ausgelöste Dauerkontakt die Auflage eines Kontaktstiftes 12 an der Steuerwalze 5. Die Steuerwalze 5 ist somit in den Stromkreis 13 des Schnellschlussventils 9 einbezogen. Verlässt das Kontaktglied 3 den Sektor 2a der Kontaktleiste 2, so wird der freigegebene Kontaktstift 12 durch Federkraft von der Steuerwalze 5 abgehoben.
Der Stromkreis des Schnellschlussventils 9 ist in diesem Augenblick unterbrochen. Im gleichen Moment tritt jedoch das Kontaktglied 3 auf den Sektor 2b der Kontaktleiste 2 über und bezieht in gleicher Weise die Steuerwalze 6 in den Stromkreis des Schnellschlussventils 9 ein. Dem Sektor 2c der Kontaktleiste 2 ist die Steuerwalze 7 zugeordnet und dem Sektor 2d die Steuerwalze 8.
Die Steuerwalzen 5 bis 8 weisen Kontaktflächen 5', 6', 7', 8'von unterschiedlicher Länge auf. Die Länge der Kontaktfläche der Steuerwalze 5 beträgt im Ausführungsbeispiel ein Viertel des Umfanges der Steuerwalze. Die Länge der Kontaktfläche der Steuerwalze 6 nimmt die Hälfte des Umfanges dieser Steuerwalze ein. Die Kontaktlänge an der Steuerwalze 7 beläuft sich auf Dreiviertel des Umfanges dieser Steuerwalze und die Steuerwalze 8 weist eine Kontaktfläche auf, die sich über den ganzen Umfang der Steuerwalze erstreckt.
Drehen sich beispielsweise die Steuerwalzen 5 bis 8 mit einer Geschwindigkeit von vier Umdrehungen pro Minute, so vermittelt die in den Stromkreis des Schnellschlussventils einbezogene Steuerwalze 5 während einer Umdrehung, die vier Minuten bean- sprucht, einen Stromkreisschluss von einer Minute.
In diesem Rhythmus-Stromkreisschluss, Stromkreisunterbrechung-wird das Offnen und Schliessen des Schnellschlussventils 9 gesteuert, das heisst das Ventil ist jeweils eine Minute geöffnet und anschlie ssend drei Minuten geschlossen.
Die Steuerwelle 6 bewirkt bei Einbeziehung in den Stromkreis ein Offnen und Schliessen des Schnellschlussventils 9 in einem zeitlichen Abstand von jeweils zwei Minuten.
Die in den Stromkreis des Ventils 9 einbezogene Steuerwalze 7 ergibt Öffnungsperioden des Ventils 9 von jeweils drei Minuten Dauer und Schliessperioden von jeweils einer Minute, während die Steuerwalze 8 eine andauernde Öffnung des Ventils 9 und damit eine Dauerberegnung bewirkt.
Die zeitlichen Intervalle zwischen dem Offnen und Schliessen des Schnellschlussventils 9 entsprechen also der Länge der Kontaktflächen am Umfang der Steuerwalzen 5 bis 8. Daraus folgt, dass die Nieder schlagshöhe, die der zu schützenden Kultur verabreicht wird, davon abhängt, welche Steuerwalze durch das sich in Abhängigkeit vom Temperaturverlauf drehende Kontaktglied 3 in den Stromkreis des Schnell schlussventils 9 einbezogen ist. Bei Einbeziehung beispielsweise der Steuerwalze 5 beträgt die Nieder schlagshöhe ein Viertel derjenigen, welche bei Einbeziehung der Steuerwalze 8 in den Stromkreis des Schnellschlussventils verabfolgt wird.
Es ist daran gedacht, Mittel vorzusehen, die jeweils beim Passieren der Grenze zwischen zwei Sektoren der Kontaktleiste 2 ein optisches oder akustisches Signal auslosen, das eine Uberwachung der Anlage erleichtert.
Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 2 dargestellt ist, ist das Temperaturmessgerät ebenfalls innerhalb der zu beregnenden Kultur geschützt aufgestellt. Es steuert nach Massgabe des Temperaturverlaufes die Bewegung eines Kontaktgliedes 14, welches am gezahnten Rand 15'einer sich mit gleichmässiger Geschwindigkeit um eine horizontale Achse drehenden Kontaktscheibe 15 gleitet. Die temperaturabhängige, vom Temperatur mlessgerät gesteuerte Bewegung des Kontaktgliedes 14 erfolgt in vertikaler Richtung in dem Sinne, dass eine Temperaturverminderung eine Abwärtsbewegung und eine Temperaturerhöhung eine Aufwärtsbewegung des Gliedes bewirkt.
Bei extremstem Frost zeigt das Kontaktglied 14 seinen grössten Tiefstand, in welchem es mit seinem horizontal abgebogenen Ende bereits innerhalb des Zahnkranzes auf der massiven Kontaktscheibe 15 gleitet. Da Temperaturmessgerät und Kontaktscheibe 15 im Stromkreis des Schnellschlussventils einbezogen sind, ergibt sich in dieser Stellung des Kontaktgliedes 14 ein Dauerkontakt, der das Ventil 16 stän- dig offenhält. Bei sinkendem Frost, das heisst bei steigender Temperatur bewegt sich das Kontaktglied 14 aufwärts ; es entfernt sich also vom Mittelpunkt 61 der Kontaktscheibe 15.
Gleitet der Kontaktstift 14 beispielsweise in halber Höhe des Zahnkranzes 15'der Kontaktscheibe 15, so ist die Zeitspanne, in welcher das Glied 14 in Kontaktstellung auf einem Zahn gleitet, gleich der Zeitspanne, in welcher das Glied 14 in kontaktfreier Stellung in einer Zahnkerbe schwebt, das heisst die Ventile werden in gleichen zeitlichen Intervallen geöffnet und geschlossen. Die Dauer der Beregnungspausen entspricht der Dauer der Beregnungsperioden.
Steigt die Temperatur weiter, so gleitet das Kontaktglied 14 beispielsweise nunmehr noch auf den Spitzen der Zähne 15'. Die Zeitspannen, in welchen der Kontaktstift 14 auf den Zähnen in Kontaktstellung gleitet, sind dann wesentlich verkürzt gegen über den Zeitspannen, in welchen der Kontaktstift 14 in kontaktfreier Stellung zwischen den Zähnen schwebt.
Ein Windmessgerät (nicht gezeichnet) kann die Relativbewegung des Kontaktgliedes 14 zur Kontaktscheibe 15 additiv dadurch beeinflussen, dass die Achslager der Kontaktscheibe 15 vertikal beweglich angeordnet sind. Der Einfluss des Windmessgerätes ist derart, dass sich bei starker Luftbewegung die Kontaktscheibe 15 hebt und bei nachlassender Windbewegung senkt.
Eine besonders einfache Steuerung der Bewegung des Kontaktgliedes durch das Temperaturmess- gerät ergibt sich dann, wenn das Temperaturmess- gerät als Metallthermometer ausgebildet ist und das freie Ende des Bimetallstreifens des Metallthermometers das Kontaktglied 14 führt.
Nach einem dritten Ausführungsbeispiel (nicht gezeichnet) erfolgt die temperaturabhängige Steuerung der Ventile dadurch, dass das Temperaturmessgerät die Umlaufgeschwindigkeit einer mit einem Nocken gleichmässiger Höhe versehenen Kontaktwalze nach Massgabe des Temperaturablaufes verändert.
In allen Fällen kann die Inbetriebsetzung bzw. die Ausserbetriebsetzung der Beregnungsanlage bei Frostbeginn bzw. bei Frostende vom Temperaturmessgerät gesteuert sein.
Bei einer temperaturabhängigen Steuerung der Schnellschlussventile mit den in obigen drei Ausfüh- rungsbeispielen beschriebenen Mittel ergibt sich beispielsweise folgende Progression der Niederschlagsmenge je Zeiteinheit : 0-1 C unter Null einer Niederschlagshöhe von 1 mm h -2 C unter Null einer Niederschlagshöhe von 1, 5 mm ; h -30 C unter Null einer Niederschlagshöhe bis 2 mm h -5 C unter Null einer Niederschlagshöhe bis 2, 5 mm ! h -70 C unter Null einer Niederschlagshöhe bis 3 mm h.
Je nach den örtlichen Bedingungen ergeben sich unterschiedliche Erfordernisse hinsichtlich der Wahl der Regnertypen und hinsichtlich der Anlage eines oder mehrerer voneinander unabhängiger Rohrsysteme. In den Fig. 3 bis 6 sind eine Reihe von Anordnungen von Beregnungsanlagen dargestellt.
In der Beregnungsanlage gemäss Fig. 3 wird ein einziges Schnellschlussventil von dem Temperaturmessgerät 17 in Verbindung mit einem Windmessgerät 18 über eine Schaltanlage 19,19'gesteuert.
Mit 19'ist eine Kontaktverteilerscheibe gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel einer Steuereinrichtung angedeutet. Das Schnellschlussventil 20, das elektrisch, hydraulisch oder mechanisch betätigt werden kann, ist unmittelbar bei der Pumpe 21, also im Pumpenhaus 22, angeordnet. Nach dem Schnellschlussventil ist ein Rückschlagventil 35 in die einzige Hauptregnerleitung 23 eingebaut, die über Regnerleitungen 24 die Regner 25 versorgt.
In Fig. 4 ist eine Beregnungsanlage dargestellt, bei der die zu beregnende Fläche nicht von einer Hauptleitung versorgt wird, sondern von drei Leitungen 26,27 und 28. Dabei ist die zu beregnende Fläche in Teilabschnitte unterteilt. Jedem dieser Teilabschnitte ist je eine Pumpe 29 bzw. 30 bzw. 31 zugeordnet. Jede der Leitungen 26 bis 28 besitzt ein eigenes Schnellschlussventil 32,33,34, wobei die Steuerung dieser sämtlichen Ventile durch eine gemeinsame Schaltanlage 36,36'erfolgt, welche entweder sämtliche Einzelleitungen miteinander oder unabhängig voneinander steuert.
Eine solche Anordnung ist vorteilhaft, wenn es sich darum handelt, einen Hang (Weinberge) zu beregnen, das heisst gegen Frost zu schützen.
Legt man einer solchen Anlage eine Unterteilung, wie sie in Fig. 4 aufgezeigt ist, zugrunde, dann ist für die in Abschnitt III in der tiefsten Lage arbeitenden Regner ein weitaus geringerer Druck aufzuwenden, als für die Regner in dem höher gelegenen Abschnitt II oder gar für die Regner in dem am höchstgelegenen Abschnitt I. Dementsprechend werden die einzelnen Pumpenleistungen bemessen. Durch diese Ökonomie wird die insgesamt aufzubringende Energie etwa um die Hälfte ermässigt, gegenüber der bisherigen Übung, den Leistungsaufwand für die gesamte Anlage entsprechend den Anforderungen der an der höchsten Stelle arbeitenden Regner anzusetzen.
Darüber hinaus ist es auch möglich, durch Aufstellung von Temperaturmessgeräten in jedem einzelnen Beregnungsabschnitt I, II, III einem unterschiedlichen Frostverlauf in verschiedener Höhenlage des Hanges Rechnung zu tragen.
Ein weiterer Vorteil der Anordnung gemäss Fig. 4 ist die Möglichkeit, die Durchmesser der Rohrleitungen wesentlich kleiner zu wählen, wodurch die Verlegung der Rohrleitungen in Steilhängen ungefähr- licher, bequemer und kostensparender wird.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Beregnungsanlage ist in jeder Leitung 26,27,28 je nach dem Schnellschlussventil 32 bzw. 33 bzw. 34 im Pumpenhaus ein Rückschlagventil 49 angeordnet. Die temperaturabhängige Steuerung der Anlage entspricht der Steuerung der Anlage gemäss Fig. 3. Temperaturund Windmessgerät sind geschützt in der Anlage aufgestellt und die Impulsschaltung erfolgt durch die Kontaktverteilerscheibe 36'über die Schaltanlage 36.
Anstelle der zu Beginn der einzelnen Hauptleitungen angeordneten Schnellschlussventile 32,33,34 gemäss Fig. 4 kann jedoch auch eine Anordnung gemäss Fig. 5 gewählt werden, nach der sich die Schnellschlussventile 37 bis 48 vor den einzelnen Regnerleitungen befinden. Die Betätigung dieser Ventile kann entweder elektrisch oder hydraulisch und dann unter Verwendung kleinstdimensionierter Rohrleitungen erfolgen.
Die Anordnung der Pumpen 52,53,54, der Rückschlagventile 50 sowie der Steuereinrichtung (Temperatur-und Windmessgerät in Verbindung mit Kontaktverteilerscheibe 51'und der Schaltanlage 51) in der Beregnungsanlage entspricht derjenigen in der Anlage gemäss Fig. 4.
Fig. 6 zeigt eine Beregnungsanlage, die in ihrer Grundanordnung der Beregnungsanlage von Fig. 3 entspricht, die jedoch mit sogenannten Landregen Düsenrohren 59 anstelle der mit Kreisregnern versehenen, üblichen Rohrleitungen ausgerüstet ist. Diese Landregen-Düsenrohre arbeiten in hin und her gehender Schwenkbewegung gesteuert durch einen Schaltmotor 60. Der Vorteil solcher Düsenrohranlagen liegt darin, dal3 die Wasserverteilung in einer Gleichmässigkeit erfolgt, wie dies bei Rundregnern nicht möglich ist.
Die Aufstellung von Temperatur-und Windmessgerät in der zu schützenden Kultur, die Anordnung der Pumpe 58, des Schnellschlussventils 56, des Rückschlagventils 55, der Kontaktverteilerscheibe 57'und der Schaltanlage 57 im Pumpenhaus entspricht der Anordnung in der in Fig. 3 dargestellten Beregnungsanlage.
Die Rückschlagventile können auch unmittelbar vor den Regnern oder vor den Regnerdüsen ange bracht sein. Sie bewirken in dieser Anordnung, dass sämtliche Regner innerhalb der Anlage bzw. der freigegebenen Regnerleitung gleichzeitig zu arbeiten beginnen.