Technik Plattform der Fachgruppe Technik

Einleitung

In Raumkulturen werden Pflanzenschutzmittel heute in der Regel im Sprühverfahren, das heißt mit Luftunterstützung ausgebracht. Neben dem Düsenverband stellt damit das Gebläse die wichügste Komponente eines Sprühgerätes dar und bestimmt entscheidend die Applikationsqualität. Während sich die Düsenempfehlungen heute fast ausschließlich auf abdriftmindernde Injektordüsen konzentrieren, bieten sich in der Gebläsetechnik mit Axialgebläsen, Radialgebläsen und Tangentialgebläsen unterschiedliche Alternativen für die Praxis. Bauartbedingt weisen diese erhebliche Unterschiede in der Luftstromgeometrie auf, wobei Luftgeschwindigkeit, Luftmenge und Ausbreitungsrichtung die wichtigsten Unterscheidungskriterien darstellen.
Tabellen 1 und 2 zeigen eine Übersicht über derzeit verfügbare ein- und mehrreihige Sprühgeräte und deren Funktion. Sie geben keine Wertung einzelner Geräte, sondern sollen dem Anwender und Berater eine Übersicht über den Stand der Technik geben. Die Entscheidung für oder gegen ein bestimmtes System sowie die Abwägung von Vor- und Nachteilen muss betriebsspezifisch erfolgen.
 

Gerätegrundausstattung

Abgesehen von den obligatorischen Ausstattungsdetails, verfügen moderne Sprühgeräte über ein Bedienungsterminal im Blickfeld des Schlepperfahrers, das eine kontinuierliche Überwachung der Gerätefunktion ermöglicht. Zentralabschaltung mit Rücksaugventil, selbstreinigende Druckfilter und Gleichdruckarmaturen, die beim Betätigen der Teilbreitenschaltung den Druck konstant halten, gehören inzwischen zur Standardausstattung. Füllinjektoren und Einspülvorrichtungen erleichtern das Ansetzen der Spritzflüssigkeit und leisten einen wichtigen Beitrag zum Anwenderschutz. Durch optimal gestaltete Behälterformen werden die technisch unvermeidbaren Restmengen auf ein Minimum begrenzt. Frischwasserbehälter, die bei Behältergrößen ab 400 Liter grundsätzlich vorgeschrieben sind, erleichtern die Gerätereinigung und ermöglichen eine sachgerechte Entsorgung des Spülwassers auf dem Feld. Auf Elektronikeinsatz wird in Raumkulturen häufig noch verzichtet. Es zeigt sich jedoch auch hier ein zunehmendes Interesse für elektronische Regelsysteme für Fahrgeschwindigkeit (Tempomat) und Ausbringmengen (Dosiercomputer). Die Mehrkosten für eine Niederquerschnittbereifung stellen in jedem Falle eine sinnvolle Investition dar, um Bodenverdichtungen zu vermeiden und die Fahrstabilität zu erhöhen. Viele Betriebe nehmen aufgrund der offensichtlichen Vorteile auch den Aufpreis für eine Tandemachse in Kauf.
 

Zerstäubungstechnik

Eine sparsame, gezielte und effiziente Anwendung chemischer und biologischer Hilfsstoffe ist wichtig für ein nachhaltiges und zukunftsfähiges Pflanzenschutz- und Produktionskonzept. Einen entscheidenden Beitrag dazu leistet die Zerstäubungstechnik. Dies gilt vor allem unter dem Aspekt immer schwierigerer Zulassungsbedingungen, Vermeidung von Indikationslücken, Anforderungen von Handel und Verbrauchern sowie steigender Kosten für Pflanzenschutzmittel.
In den letzten Jahren wurden viele grobtropfige Düsensysteme durch die zunehmende Bedeutung der Abdrift in den Flächen- und Raumkulturen auf Nichtzielflächen und Oberflächengewässer entwickelt und auf den Markt gebracht. Den Auslöser für diesen Wandel bildete die Entwicklung der Injektordüse Anfang der 90er-lahre durch die Firma Agrotop und die schon bald gewonnene Erkenntnis, dass damit das Abdriftpotenzial in entscheidendem Maße reduziert werden kann. Während die abdriftmindernde Wirkung der Injektordüse heute außer Frage steht, werden in der Praxis noch immer Bedenken hinsichtlich der Sicherheit des Behandlungserfolges geäußert. Grund dafür dürften die grob strukturierten Beläge sein, die visuell einen eher negativen Eindruck vermitteln. Zahlreiche quantitative Belagsanalysen haben jedoch gezeigt, dass auch an den schwerer zugänglichen Positionen die angelagerten Belagsmassen mit denen aus feintropfigen Düsen vergleichbar sind. Unzählige Versuche im Obst- und Weinbau zeigten: Die Injektordüsen sind hinsichtlich der biologischen Leistung den konventionellen Zerstäubersystemen ebenbürtig.
Allerdings weisen grobtropfige Verfahren gegenüber feintropfigen Nachteile auf, die auf größeren Betrieben und bei weiter verstreuten Parzellen ein erhebliches Ausmaß erreichen können. Hierzu zählt die deutlich reduzierte Schlagkraft. Aufgrund höherer Wasser-Aufwandmengen je Hektar als bisher praxisüblich und den dafür erforderlichen Zusatzfahrten von und zur Hofstelle, wird eine bestmögliche Nutzung meteorologisch günstiger Zeiten mit wenig Wind und kurz vor Niederschlagsperioden vermindert. Zusammen mit diesen häufigeren Fassfüllungen steigt auch das Risiko einer Kontamination des Anwenders mit den unverdünnten Produkten bei der Zubereitung der Spritzbrühe. Weitere Nachteile grobtropfi-ger Düsen stellen sichtbare Rückstände von Pflanzenschutzmitteln dar sowie das potenziell höhere Risiko für Phytotoxizität durch langsam antrocknende Brühetropfen auf dem Erntegut. Durch die höhere Tropfenmasse entwickeln Injektordüsen auch eine schlechtere Steuerbarkeit durch den Luftvolumenstrom der Sprühgeräte. Dies verbraucht mehr Treibstoff und die Energie- und CO2 Bilanz in der Produktion verschlechtert sich. Neuere Entwicklungen auf Basis einer Kombination grobtropfiger Düsen an den obersten Düsenpositionen und feintropfiger Düsen in der Fruchtzone der Kulturen steuern den genannten Problemen entgegen. Diese Düsentypen passen den Luftvolumenstrom des Gebläses mit Querstrom-Charakteristik an die Baumform an und führen bei erhöhter Fahrgeschwindigkeit und reduzierter Gebläsedrehzahl zur Abdriftminderung: Sie erhalten den Betrieben damit die Vorteile feintropfiger Düsen und niedriger Wasser-Aufwandmengen je Hektar.
 

Gebläsetechnik

Die in Raumkulturen eingesetzten Gebläsebauarten weisen erhebliche Unterschiede in der Luftstromgeometrie auf. Dadurch stellen Luftgeschwindigkeit, Luftmenge und Ausbreitungsrichtung die wichtigsten Unterscheidungskriterien der verschiedenen Sprühgeräte dar. Bei der Bewertung von Gebläsen unter praktischen Aspekten spielen auch weitere, nicht unmittelbar mit der Applikationsqualität zusammenhängende Kriterien eine Rolle. Hierzu zählen die Handhabungsmöglichkeiten, der Leistungsbedarf und die Geräuschentwicklung während des Betriebes.
Bei der Applikation von Pflanzenschutzmitteln im Obstbau ist die halbseitige Behandlung zweier benachbarter Baumreihen der Standard. Demgegenüber stehen vorwiegend im Weinbau ein- und zweizeilige Sprühgeräte, die als Tunnelgeräte ausgeführt sind und eine oder zwei Rebzeilen komplett von jeweils beiden Seiten behandeln. Bei den mehrzelligen Sprühgeräten gibt es auch Varianten, die ebenfalls als Überzeilengeräte gebaut sind, aber einen Luftstrom mit Querstrom-Charakteristik ohne Tunnel verwenden und dadurch drei Reihen in einem Durchgang (zwei Baumreihen komplett und je eine halbe Baumreihe außen) behandeln können. Ein bedeutender Vorteil mehrzelliger Sprühgeräte ist deren erhöhte Schlagkraft. Neuere Dosierungs- und Applikationsverfahren, die auf Gebläsen mit Querstrom-Charakterisik basieren, gleichen den Nachteil einzeiliger Sprühgeräte teilweise aus, indem sie bei schlanken Bauformen schneller fahren.
 

Axialgebläse

Seit der Einführung der Sprühverfahren spielen Axialgebläse (Abb. 2) hierzulande eine dominierende Rolle. Die Luft wird gegen die Fahrtrichtung in Achsrichtung angesaugt und in axialer Richtung beschleunigt. Wird der Luftstrom hinter dem Rotor um 90 Grad in die radiale Richtung umgelenkt, entsteht eine ebene Quellströmung, die durch Leitbleche in zwei Sektoren, das heißt in die beiden Teilbreiten, partitioniert wird.
Aufgrund allgemein größerer Baumhöhen im Obstbau als im Weinbau und der häufigen Doppelnutzung eines Gerätes in niedrigen Kernobstanlagen und höheren Steinobstanlagen sind im Obstbau offene Axialgebläse ohne Luftleiteinrichtungen weiter verbreitet als im Weinbau. Auch im Obstbau nimmt der Anteil von Sprühgeräten mit einer Schräg- beziehungsweise Querstromcharakteristik des Luftstromes zu (Abb. 3 und 4). Diese modernen Gebläse verfügen über ein geschlossenes Luftleitsystem, mit dem der Luftstrom möglichst gezielt auf die Laubwand appliziert wird. Hierbei muss die Luft besonders im oberen Bereich der Laubwand möglichst horizontal austreten und in der Gipfelzone möglichst exakt abgegrenzt sein. Neben dem geschlossenen Luftleitsystem spielt hierbei auch die Höhenposition des Rotors eine entscheidende Rolle. Vor allem bei Geräten, die aus offenen Axialgebläsen durch einfachen Aufbau eines Querstromaufsatzes entstanden sind und bei denen deshalb der Läufer sehr tief angeordnet ist, lässt sich ein steil aufwärts gerichteter Luftstrom in der Gipfelzone kaum vermeiden. Damit ist bei diesen Geräten konstruktionsbedingt mit erhöhtem Wirkstoffaustrag und einem folglich hohen Abdriftpotenzial zu rechnen. Der Läufer sollte deshalb möglichst hoch positioniert sein.
Ein weiteres Problem bei Axialgebläsen resultiert aus der Drehrichtung des Rotors, die auf beiden Seiten unterschiedliche Strömungsbedingungen bewirkt. Um an beiden Teilbreiten symmetrische Luftströme zu erhalten, müssen bei Axialgebläsen besondere Vorkehrungen getroffen werden. Nur bei geschlossenen Systemen kann durch den Einbau von Luftleitelementen eine einigermaßen befriedigende Symmetrie erreicht werden. Als Alternative dazu bietet sich das Doppelaxialgebläse an, bei dem zwei in entgegengesetzter Richtung rotierende Läufer die Symmetrie zwischen beiden Teilbreiten verbessern. Umfangreiche Luftmessungen haben in den letzten Jahren jedoch besonders bei Axialgebläsen mit geschlossenen Luftleitsystemen erhebliche Mängel in der Verteilungsqualität offenbart. Daher wird in Zukunft von Seiten der Produktion auf eine fehlerfreie Vertikalverteilung der Gebläseluft hinsichtlich Mengen und Strömungswinkeln geachtet. Hier sind die Hersteller gefordert, ihre Gebläse zu optimieren. Eine fehlerhafte Belagsbildung kann zuverlässig vermieden werden, besonders durch die neuen Verfahren zur Abdriftminderung mit feintropfigen Düsen, höheren Fahrgeschwindigkeiten und baumformbezogen reduzierten Gebläseleistungen eine gleichmäßige Vertikalverteilung der Gebläseluft über die Arbeitshöhe erfordern.
 

Radialgebläse

Beim Radialgebläse wird die Luft in axialer Richtung angesaugt und in radialer Richtung beschleunigt. Nach der Passage des Rotors formiert sich die Luft im Gebläsemantel zu einer Strömung mit hoher kinetischer Energie, die nach außen abgeführt wird. Dabei können je nach Form der Austrittsöffnung unterschiedliche Strahlformen erzeugt werden. Im Vergleich zum Axialgebläse fördern Radialgebläse bei gleicher Leistung geringere Luftmengen mit höherer Geschwindigkeit. Der höhere statische Druck von Radialgebläsen ermöglicht eine Weiterleitung des Luftstromes und damit eine Freisetzung an beliebiger Stelle. Besonders bei mehrreihigen Geräten macht man sich diesen Vorteil zunutze, indem der zentral erzeugte Luftstrom über Rohre oder Schläuche den äußeren Teilbreiten zugeführt wird (Abb. 5). Der Nachteil gegenüber Axialgebläsen besteht in einem deutlich ungünstigeren energetischen Wirkungsgrad, das heißt im höheren Bedarf an Antriebsleistung, der zu höheren Treibstoffkosten und einer Verschlechterung der CO2-Bilanz führt.
 

Tangentialgebläse

Das Tangentialgebläse stellt strömungstechnisch eine Besonderheit dar. Wenn beim Trommelläufer, durch die Länge oder Konstruktion, die Luftzufuhr nicht mehr in axialer Richtung erfolgen kann, muss die Beschaufelung des Läufers zweimal vom geförderten Luftvolumen durchströmt werden. Dabei kommt es zu einer grundlegenden Änderung des Betriebsverhaltens und zu den für Tangentialgebläse typischen Strömungseigenschaften. Obwohl der Läuferquerschnitt also eher dem eines Radialgebläses ähnelt, sind die Leistungsparameter des Tangentialgebläses eher mit denen des Axialgebläses vergleichbar. Die entscheidenden Vorteile des Tangentialgebläses bestehen in dem sehr gleichmäßigen Luftstromprofil, in der nahezu horizontalen Strömungsrichtung und in der exakten Abgrenzung des Luftstromes im Bereich der Gipfelzone (Abb. 6): Das Tangentialgebläse bildet eine ideale Basis für abdriftmindernde Verfahren. Aufgrund der scharfen Begrenzung des Luftstromes muss jedoch sehr genau auf die Abstimmung der Kulturhöhe mit der Arbeitsbreite des Gebläses geachtet werden, um auch die Langtriebe am Gipfel im Sprühnebel zu erfassen.
 

Verlustmindernde Verfahren

Bei der Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln mit herkömmlicher Technik verfehlt ein nicht unerheblicher Anteil der Flüssigkeit das Zielobjekt und schlägt damit als Verlust zu Buche. Dies führt einerseits zu einer Umweltbelastung und andererseits zu einem unnötig hohen Verbrauch an Pflanzenschutzmitteln. Schon seit längerer Zeit werden deshalb verlustmindernde Techniken erprobt, wobei zunächst die Abdriftreduzierung im Vordergrund stand. In der Praxis ist jedoch von Anfang an wichtig, Pflanzenschutzmittel einzusparen. Die Bundesregierung hat im Zuge der Agrarwende im Jahre 2004 das „Reduktionsprogramm chemischer Pflanzenschutz" etabliert. Dies war der Anlass für das Julius Kühn Institut (JKI) neben der Geräteliste „Offizielles Verzeichnis Verlustmindernde Geräte" den Bereich „Informationen zu Pflanzenschutzmittel einsparenden Geräten" einzurichten. So können für jedes Pflanzenschutzgerät die Versuchsfiächen und -parameter mit den erzielten Einsparungsraten dargestellt werden. Die daraus zu erwartenden Konsequenzen dürften sich, ähnlich wie bei der Einführung der Rubrik „verlustmindernde Geräte", einerseits in weiteren Anwendungsbestimmungen, andererseits jedoch auch in Vorteilen bei der Mittelzulassung niederschlagen.
Als abdriftmindernd sind vor allem moderne Gebläsebauarten verbunden mit abdriftmindernden Düsen (Injektordüsen) ausgewiesen. Darüber hinaus zählen zu dieser Verfahrenskategorie verschiedene Recyclingtechniken und die Sensortechnik zur Erkennung und Aussparung von Bestandslücken. Als mitteleinsparende Verfahren haben sich ebenfalls verschiedene Recycling- und Sensortechniken sowie die Zweiphasenapplikation qualifiziert. Detaillierte Einzelheiten zu verlustmindernden Verfahren sind den einschlägigen Richtlinien sowie den Gerätelisten des [Kl zu entnehmen. Wie bereits aufgeführt, sind seit kurzem auch Verfahren mit einer gemischten Bestückung aus feintropfigen Hohlkegeldüsen und grobtropfigen Injektordüsen als abdriftmindernd anerkannt und im „Verzeichnis verlustmindernde Geräte" des JKI geführt.
 

Mehrreihige Verfahren

Die Erhöhung der Schlagkraft bei der Pflanzenschutzmittelappli-kation ermöglicht neben den allgemeinen arbeitswirtschaftlich bedingten Wettbewerbsvorteilen auch eine termingerechtere Durchführung von Pflanzenschutzmaßnahmen und damit eine Qualitätssicherung im Sinne zeitgemäßer Produktionsmethoden. Dabei nimmt der Weinbau gegenüber dem Obstbau eindeutig eine Vorreiterstellung ein. Die Möglichkeiten zur Steigerung der Flächenleistung beim Einsatz konventioneller Geräte sind jedoch sehr begrenzt. Da die Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit und die einseitige Behandlung der Reihen mit Risiken für den Behandlungserfolg verbunden sind, finden mehrreihige Verfahren mit Luftunterstützung aller Teilbreiten zunehmendes Interesse in der Praxis.              
Dabei zeichnen sich die auf dem Radialgebläse basierenden Verfahren mit zentraler Luftstromerzeugung durch ein einfacheres Handling aus. Daneben finden vermehrt auch Verfahren mit dezentraler Luftstromerzeugung Anwendung. Die arbeitswirtschaftlichen Vorteile mehrreihiger Verfahren liegen auf der Hand. Im Weinbau beläuft sich die effektive Flächenleistung eines Schlepper gezogenen Gerätes mit vier Teilbreiten auf 1,5 bis 1,8 ha/h gegenüber etwa 1 ha/h beim konventionellen Sprühgerät. Eine von einem zeilenübergreifenden Trägerfahrzeug betriebene Version mit acht Teilbreiten bewältigt unter günstigen Voraussetzungen ohne weiteres 3 bis 4 ha/h.
 

Fazit

Die Innovationen in der Applikationstechnik berücksichtigen vor allem die gestiegenen Anforderungen an die Applikationsqualität im Sinne der Nachhaltigkeit zeitgemäßer Produktionsmethoden. Dabei zielen die Entwicklungstendenzen der letzten Jahre, die sich vor allem auch unter dem Einfluss des „Reduktionsprogrammes chemischer Pflanzenschutz" abzeichnen, immer mehr auf die technische Minimierung des Verbrauchs von Pflanzenschutzmitteln. Außer diesen Entwicklungserfolgen tragen vor allem spezielle Verfahren mit hohem Einsparungspotenzial diesem Ziel Rechnung. Weitere Ansätze für einen effizienteren Mitteleinsatz bieten optimierte Dosier- und Applikationsmodelle. Schließlich wird die zunehmende Bedeutung neuer Technologien, wie die Anwendung GPS-unterstützter Regel- und Dokumentationssysteme, auch in Raumkulturen zur weiteren Risikominderung im integrierten und biologischen Pflanzenschutz beitragen.