Technik Plattform der Fachgruppe Technik

Mit der Recyclingtechnik zur Rückgewinnung der nicht angelagerten Pflanzenschutzmittel und der Sensortechnik zur Erkennung und Aussparung von Lücken in der Rebkultur stehen zwei Technologien zur Verfügung, mit denen eine Optimierung möglich gemacht wird. Hinter diesen Techniken verbirgt sich auch der Gedanke, einer vollkommenen Automatisierung von Weinbaumaschinen.

In den letzten Jahren kristallisierte sich ein Trend beim Pflanzenschutz im Weinbau heraus, bei dem mit immer niedrigeren Wirkstoffmengen pro Hektar hohe biologische Wirksamkeitserfolge erzielt werden. Dieser Trend wird sich in den nächsten Jahren aufgrund von Innovationen in der Applikationstechnik weiter fortsetzen. Neue Techniken – namentlich die Recycling- und Sensortechnik – ermöglichen es, die Wirkstoffverluste bei der Applikation zu reduzieren. Einerseits wird mithilfe der Recyclingtechnik eine Rückgewinnung des nicht angelagerten Wirkstoffanteils erreicht, andererseits werden mittels Sensortechnik bei Bestandslücken keine Pflanzenschutzmittel appliziert. So ist es möglich geworden, die Umweltbelastung
auf ein Minimum herabzusetzen und somit umweltgerecht qualitativ hochwertigen Wein zu produzieren.
 

RECYCLINGTECHNIK

Seit mehr als zwei Jahrzehnten wird die Recyclingtechnik beim Rebschutz erprobt. Unter Recycling versteht man im Allgemeinen die Rückführung von Stoffen in einen Kreislauf, das heißt, deren Wiederverwendung. Im konkreten Fall bedeutet dies im Weinbau, dass die bei der Applikation nicht angelagerte Pflanzenschutzmittelflüssigkeit wieder aufgefangen wird und erneut dem Pflanzenschutzgerätekreislauf zugeführt wird. Die Konsequenz daraus ist, dass sich mit dieser Technologie der
Pflanzenschutzmitteleinsatz nicht nur effizienter und sparsamer gestaltet, sondern dass damit auch ein Beitrag zur zielobjektorientierten Applikation geliefert wird, indem die Abdrift der Pflanzenschutzmitteltropfen vermindert wird. Bei der Recyclingtechnik kommen derzeit in der Praxis drei Verfahren – das Tunnelspritzverfahren, das Kollektorverfahren und das Reflektorverfahren – zur Anwendung, wobei die Tunnelspritztechnik am weitesten verbreitet ist. Das Kollektor-und Reflektorverfahren hat im Weinbau wegen einer zu geringen Nachfrage seitens der Winzer eine bisher eher noch untergeordnete Bedeutung.
Von Nachteil bei den Recyclingverfahren sind erstens die höheren Anschaffungskosten und zweitens die erschwerenden Bedingungen beim Einsatz der Technologien, was sich beispielsweise in einem größeren Platzbedarf beim Vorgewende
zeigt.
 

TUNNELSPRITZVERFAHREN

Die Applikation mit dem Tunnelspritzgerät erfolgt mit oder ohne Gebläseluftstrom. Beim Tunnelverfahren umgeben die Spritztunnel die Weinreben tunnelartig und sind zu diesen hin mit flexiblen Kunststoffabdeckungen abgedichtet. Die nicht
angelagerten Pflanzenschutzmitteltropfen laufen von den Tunnelwänden in eine darunter angebrachte Auffangrinne. Von dort werden sie mit einer Pumpe über ein Filtersystem wieder in den Pflanzenschutzmittelbehälter befördert und somit in den
Gerätekreislauf rückgeführt. Tunnelspritzgeräte für den Weinbau werden bei Anbau- und Anhängegeräten mit zwei sowie bei Geräteträgern und Überzeilenschleppern mit drei Tunneleinheiten angeboten.


Tunnelspritzgerät                                                                                Recyclingtechnik mit dem Tunnelspritzverfahren

KOLLEKTORVERFAHREN

Beim Kollektorverfahren werden die penetrierenden Tropfen, welche auf der Rebwand nicht appliziert werden, auf der dem Gebläse abgewandten Laubwandseite von Kollektorwänden wieder aufgefangen. Im Kollektor vollzieht sich an Abscheideprofilen eine Trennung der Pflanzenschutzmitteltropfen vom Gebläseluftstrom. Anschließend werden diese Resttropfen in einer Rinne aufgefangen und wie beim Tunnelspritzverfahren mittels Pumpe und nachgeordnetem Filter einer erneuten Verwendung zugänglich gemacht. Das Kollektorverfahren ist an keine bestimmte Gebläsetechnik gebunden und bietet somit die Möglichkeit, dass bereits vorhandene Pflanzenschutzmittelgeräte zu Recyclinggeräten umfunktioniert werden können.
 

REFLEKTORVERFAHREN

Das Reflektorprinzip ist nur in Kombination mit einem Tangentialgebläse möglich, da bei diesem Recyclingverfahren eine gegen die Fahrt ausgerichtete Strömungsrichtung der Gebläseluft erforderlich ist. Die aus der Rebwand austretenden Pflanzenschutzmitteltropfen treffen auf die gewölbte Prallfläche des Reflektors; der Gebläseluftstrom wird am Reflektor umgelenkt und strömt danach erneut auf die Rebwand zu. Ein überwiegender Teil der im Gebläseluftstrom sich befindlichen Tropfen läuft die Reflektorwand schlierenartig nach unten und wird in einer Wanne aufgefangen. Der restliche Teil an Pflanzenschutzmitteltropfen (Feintropfen) gelangt mit dem die Strömungsrichtung veränderten Gebläseluftstrom erneut auf
die Rebwand.
 

SENSORTECHNIK

Prinzipiell wird bei der Sensortechnik das gleiche applikationstechnische Ziel angestrebt wie bei der Recyclingtechnik, nämlich eine Reduzierung der Pflanzenschutzmittelverluste bei der Behandlung von Weinkulturen.
Die Sensortechnik leistet dabei zwei Hauptfunktionen. Zum einen werden beim Erkennen von Lücken in der Laubwand die Düsen abgeschaltet, wodurch der Pflanzenschutzmittelstrom unterbrochen wird. Dies spielt insbesondere im oberen und unteren Grenzbereich der Laubwand eine erhebliche Rolle. Zum anderen wird die Unterbrechung des Pflanzenschutzmittelstroms auch beim Ein- und Ausfahren aus der Gasse sowie an Durchgängen und Fehlstellen eingesetzt.
Das Sensorsystem besteht aus folgenden Komponenten:


Positionierung des Laser-Doppler-Anemometer vor der Laubwand


Messung der Strömungsgeschwindigkeit mit dem LDA

Optische Sensoren: Diese arbeiten nach dem Reflexprinzip im Infrarotbereich und tasten die Rebzeilen ab. Der erreichbare Empfindlichkeitsbereich liegt bei einem Meter Abstand zur Zielobjektfläche.
Messwertaufnehmer: Mit dessen Hilfe wird die Fahrgeschwindigkeit ermittelt.
Magnetventile: Die Funktion der Magnetventile besteht darin, dass der Pflanzenschutzmittelausstoß der Düsen gestoppt werden kann. Jeder Düsenstation ist ein Magnetventil zugeordnet.
Controller: Im Controller (Mikroprozessor) werden die Steuersignale der optischen Sensoren erfasst und verrechnet.
Bedienungsterminal: Durch das Terminal gestaltet sich die Handhabung der Sensortechnik außerordentlich einfach. Am Display kann der Winzer nach jeder Arbeitsfahrt das Einsparungsausmaß an Pflanzenschutzmitteln ablesen.
Die optischen Sensoren sind von ihrer Funktion her vor den Düsen angebracht. Deshalb erfolgt die Schaltung der Magnetventile mit einer dem zeitlichen Abstand zwischen optischem Sensor und Düse entsprechenden Verzögerung. Dies setzt die Erfassung der Fahrgeschwindigkeit des Traktors voraus, welche mittels induktiven Impulszählers am Vorderrad des Traktors oder am Rad des Nachläufers gemessen wird. Zu einer Schließung aller Düsen kommt es, wenn die Fahrt unterbrochen wird.
Insgesamt leistet die Sensortechnik aufgrund der hohen Einsparungsraten einen beachtlichen ökologischen Beitrag. Mit diesem Verfahren verfügt der Weinbau über eine Technologie, welche erstens einfach in ihrer Anwendung ist (z. B. erfolgt das Öffnen und Schließen der Düsen am Zeilenanfang und -ende automatisch), zweitens einen effizienten und sparsamen Einsatz der Pflanzenschutzmittel möglich macht und drittens wesentlich auch zu einer Reduzierung der Abdrift von Pflanzenschutzmitteltropfen beiträgt. Die Technik wurde in Deutschland entwickelt und findet dort verbreitet Einsatz, in Österreich hat sie Pioniercharakter.
 

EINSPARUNGSRATEN

Zwischen den genannten Recyclingverfahren (Tunnelspritz-, Kollektor- und Reflektorverfahren) bestehen hinsichtlich der Recyclingrate (Rückgewinnungsrate) nur geringfügige Unterschiede. Die Recyclingraten sind vom jeweiligen Vegetationsstadium abhängig und können zum Beispiel im Vorblütestadium der Weinrebe 50 bis 70 %, bei einer voll entwickelten Laubwand immerhin noch 15 bis 30 % betragen. Gemittelt über die gesamte Vegetationsperiode ist ein
Pflanzenschutzmitteleinsparungspotenzial von 30 bis 40 % möglich.
Im Vergleich zur Recyclingtechnik fällt das Abdriftminderungspotenzial der Sensortechnik geringer aus. Dennoch ist die Einsparungsrate an Pflanzenschutzmitteln nicht gering, wenn auch unterschiedlich. So werden in frühen Entwicklungsstadien oder Rebbeständen mit Lücken Pflanzenschutzmitteleinsparungen von 20 bis 35 % erreicht. Allerdings sinkt diese Rate auf 10 bis 15 % bei dichten Rebbeständen und voller Belaubung. 
 

AUTOMATISIERUNG VON APPLIKATIONSGERÄTEN

Der Wirkstoffanteil, welcher bei der Applikation die Zielfläche verfehlt, ist trotz moderner Gerätetechnik im heutigen Weinbau noch immer relativ hoch (s. DER WINZER 04/2008: Zielobjektorientierter Pflanzenschutz).
Im Rahmen der Automatisierung von Weinbaumaschinen und im Konkreten von Pflanzenschutzgeräten wurden am
LFZ Klosterneuburg Untersuchungen zur Applikationstechnik durchgeführt. Bei der Applikation von Pflanzenschutzmitteln
stellt die Strömungsgeschwindigkeit der Tropfen einen wichtigen Parameter dar. Aus diesem Grunde wurde mit einem Laser-
Doppler-Anemometer (LDA) die Strömungsgeschwindigkeit gemessen.
Das Laser-Doppler-Anemometer ist ein optisches Messverfahren zur Erfassung der Geschwindigkeiten von Flüssigkeiten und Gasen. Als Versuchsobjekte dienten Weinreben der Sorten Cabernet Sauvignon und Grüner Veltliner vom Versuchsgut
Agneshof am LFZ Klosterneuburg. Die erhaltenen Messdaten sind in Tabelle 1 angeführt. 


Das Ergebnis der Strömungsgeschwindigkeitsmessungen widerspiegelt eindeutig die Problematik bei der Applikation von Pflanzenschutzmitteln. Die Strömungsgeschwindigkeit der Tropfen nimmt mit zunehmender Tiefe der Raumkultur ab. Daraus kann der Schluss gezogen werden, dass mit zunehmender Raumtiefe immer weniger Tropfen in die Rebkultur penetrieren und diese deshalb auch die Zielfäche nicht erreichen. Die Differenz der Strömungsgeschwindigkeit zwischen Cabernet Sauvignon und Grünem Veltliner beruht auf der dichteren Laubwandstruktur bei der Sorte Cabernet Sauvignon.
Die vorliegenden Strömungsgeschwindigkeitswerte der Pflanzenschutzmitteltropfen liefern die Basis für eine Optimierung der Applikation im engeren Sinne und eine Automatisierung der Applikationsgeräte im weiteren Sinne.
 

RESÜMEE

Durch den Einsatz der Recycling- und Sensortechnik im Weinbau kommt es zu einer deutlichen Verbesserung bei der Einsparung von Pflanzenschutzmitteln und in der Folge zu einer massiven Reduzierung der Umweltbelastung. Mit der Recyclingtechnik wird der größte Teil der nichtangelagerten Pflanzenschutzmittelflüssigkeit aufgefangen und in den Gerätekreislauf zurückgeführt. Hingegen besteht die Funktion der Sensortechnik im Erkennen und Aussparen von Bestandslücken in der Rebkultur. Beim Vergleich dieser beiden Technologien kann konstatiert werden, dass die Sensortechnik
einen geringeren konstruktiven Aufwand verursacht und deshalb das kostengünstigere Applikationsverfahren ist. Zudem können alle Pflanzenschutzgeräte mit dem Sensorsystem nachgerüstet werden.
In Zukunft wird neben einer kontinuierlichen Weiterentwicklung und Verbesserung der Recyclingund Sensortechnik die Automatisierung der Applikationstechnik wesentlich mehr an Bedeutung gewinnen. Neue Akzente werden in diesem Zusammenhang auch vom Precision Viticulture beispielsweise durch die Nutzung des Global Positioning Systems (GPS) gesetzt werden. Die Vision von einer vollkommenen technischen Automatisierung von Weinbaumaschinen – in diesem Fall von Applikationsgeräten – könnte nach dem derzeitigen Stand der Technik in den nächsten Jahrzehnten Wirklichkeit werden.