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Sprühgeräte, 11.03.2012

DIE TECHNIK DER WEINBAU-SPRÜHGERÄTE

Der hohe Qualitätsanspruch des Weinbaus stellt die Gerätetechnik vor ständig neuen Innovationen. Pflanzenschutz mit bestem Wirkungsgrad lautet das Ziel.
Der hohe Qualitätsanspruch des Weinbaus stellt die Gerätetechnik vor ständig neuen Innovationen. Pflanzenschutz mit bestem Wirkungsgrad lautet das Ziel. In den letzten Jahren wurden beachtliche Fortschritte erzielt.

Die Anforderungen an moderne Weinbau-Sprühgeräte sind, dass sie eine definierte Pflanzenschutzmittelmenge mit gleichmäßiger Konzentration und Verteilung unter geringen Abdrift- und Abtropfverlusten zielobjektorientiert ausbringen.
Das Zielobjekt ist die zu benetzende Weinrebenoberfläche, deren Größe von den Variablen Triebwachstum, Rebabstand, Fahrgassenbreite, Erziehungsart, Anschnitt, Rebsorte und Laubbearbeitung beeinflusst wird. So beträgt beispielsweise bei der Rebsorte Riesling die Zielfläche nach dem Austrieb 1.400 m2/ha (bei Fahrgassenbreite 2 m, Augenzahl pro m2: 8), zur Zeit der Blüte 50.900 m2/ha und bei Reifebeginn 97.500 m2/ha. Aus dem Beispiel wird verständlich, dass die optimale Wirkstoffmenge kein konstanter Faktor ist. Eine besondere Bedeutung kommt auch der Spritztropfengröße zu. Generell kann festgehalten werden, dass je kleiner die Tropfen sind, desto geringer der Pflanzenschutzmittelaufwand zur Benetzung, die Abtropfverluste und die Existenzzeit sind, jedoch umso höher die Abdrift ist.
Bei der Applikation von Pflanzenschutzmitteln sollen auch die in dem Regelwerk der guten fachlichen Praxis niedergeschriebenen Eckdaten eingehalten werden. Danach müssen für einen ökonomisch und ökologisch effizienten Rebschutz die Wirkstoffe in Form grober Tropfen (mittlerer volumetrischer Durchmesser: 450 μm = 0,45 mm) bei einer maximalen Windgeschwindigkeit von 5 m/s, einer Höchsttemperatur von 25 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von mindestens 60 % appliziert werden. Vor diesem Hintergrund
wurden moderne und zum Teil konstruktiv aufwändige Sprühgeräte für den Weinbau entwickelt, welche der auch für die Praxis geforderten Minimierung der Kosten gerecht werden.
 

VERFAHREN ZUR AUSBRINGUNG

Verfahrenstechnisch wird bei allen pflanzenschutztechnischen Ausbringungsmethoden Wasser als Trägerstoff für die Wirksubstanzen eingesetzt. Für die Aufbereitung der Pflanzenschutzmitteltropfen (Zerstäubung der Spritzmittelflüssigkeit) sind im Weinbau drei Systeme in Verwendung:
Hydraulische Zerstäubung: Dem Prinzip der hydraulischen Zerstäubung kommt die größte Bedeutung zu (Schlauchspritzung, Traktoranbausprüh- und Spritzgeräte). Dabei wird mithilfe einer Pumpe der Druck der Spritzmittelflüssigkeit erhöht, welche
anschließend mit hoher Geschwindigkeit eine Düse durchströmt und bei der Düsenmündung in kleine Tropfen zerfällt.
Pneumatische Zerstäubung: Das vor allem in Frankreich und Italien verbreitete Verfahren setzt ein Radialgebläse voraus. Ein von diesem erzeugter Luftstrom passiert mit 70 bis 80 m/s eine verengte Austrittsöffnung, an deren Abreißkante das Pflanzenschutzmittel in relativ kleine Tropfen zerteilt wird.
Mechanische Zerstäubung: Zur Ausbringung von unverdünnten (schwach verdünnten) Herbizidpräparaten wird die mechanische Tropfenaufbereitung verwendet. Zunächst gelangt die Spritzmittelflüssigkeit auf einen Rotationskörper (Scheibe, Zylinder oder Kegel) mit hoher Drehzahl, wird anschließend durch die Zentrifugalbeschleunigung an dessen gezahnten Rand transportiert und dort letztlich in kleine Tropfen zerrissen (Rotationszerstäuber).
Nach erfolgter Zerstäubung werden die flüssigen Pflanzenschutzmittel im Spritz- oder Sprühverfahren ausgebracht. Das Spritzverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Spritztropfen mittels Druck eine große Beschleunigung erfahren, weshalb ein Trägerluftstrom hier nicht erforderlich ist. Es wird bei Gestängespritzgeräten und bei der Schlauchspritzung im Steilhang eingesetzt. Hingegen werden beim Sprühverfahren die Pflanzenschutzmitteltropfen durch einen Luftstrom zum Zielobjekt Rebe getragen. Durch eine exakte Luftströmungsführung lässt sich die Gefahr der Abdrift erheblich reduzieren.
 

GEBLÄSETECHNIK

In der Weinbaupraxis werden die Pflanzenschutzmittel mehr oder weniger nur mit Luftunterstützung (Sprühverfahren) ausgebracht. Deshalb muss bei Weinbau-Sprühgeräten der Systemkomponente Gebläse eine große Bedeutung beigemessen werden. Dem Gebläseluftstrom kommen dabei die Funktionen Laubwandöffnung, Tropfentransport, Tropfenanlagerung und mechanische Reinigung zu. Aufgrund der Strömungstechnik kann eine Einteilung in Axial-, Radial- und Tangentialgebläse getroffen werden. Bedingt durch die Konstruktion unterscheiden sich die drei Gebläsetypen vor allem durch die Luftgeschwindigkeit und Luftmenge (siehe Tab. 1) sowie durch den Ausbreitungsweg. Weiters treten von gebläsetechnischer Seite her noch Unterschiede beim Leistungsbedarf, bei den Handhabungsmöglichkeiten und beim Geräuschpegel während des Betriebes auf. Nachstehend sind in Tabelle 1 die technischen Leistungsdaten von Axial-, Radial- und Tangentialgebläse angeführt. Es sind die erheblichen Unterschiede – hervorgerufen durch die Bauart (Luftstromgeometrie) – zwischen den Gebläsen leicht ersichtlich.



Axialgebläse: Die Axialgebläse sind Gebläse mit einem Axial-Laufrad (Propeller) und festen Leitschaufeln. Hierbei wird Luft von hinten angesaugt und über das Axial-Laufrad-Gehäuse in axialer Richtung beschleunigt. Danach wird der große Luftstrom auf der Abströmseite zu den Reben hingelenkt. Es ist mit einfachen Axialgebläsen jedoch kaum möglich, eine gezielte Luftströmung zu erzeugen, welche mit den Laubwandabmessungen übereinstimmt.
Eine bessere Luftsymmetrie lässt sich mit den Doppelaxialgebläsen erreichen, die mit zwei gegenläufigen Rotoren ausgestattet sind. Zu erwähnen sind auch die Anfang der 1980er Jahre entwickelten Umkehraxialgebläse. Da diese Sonderbauformen jedoch Nachteile bei der Strömungstechnik aufweisen, ist deren Nachfrage heute nur mehr sehr gering.
Radialgebläse: Auch bei den Radialgebläsen findet der Lufteintritt auf der Gebläsehinterseite statt. Allerdings strömt die Luft nach erfolgter Beschleunigung im Rotor bzw. Gebläsemantel über Luftkanäle in radialer Richtung ab. Da bei dieser Gebläsebauart die Geschwindigkeit der austretenden Luft sehr hoch ist (siehe Tab. 1), sollten nur Sprühgeräte mit genau eingestellten Luftleitsystemen verwendet werden. Ansonsten kann es – insbesondere bei Luftaufwärtsströmungen – zu einer erhöhten Abdrift der Pflanzenschutzmitteltropfen kommen.
 

Weinbau-Sprühgerät im Einsatz (Radialgebläse)


Radialgebläse mit beweglichen Sprühköpfen


für hohe (links) bzw. niedrige (rechts) Rebkulturen

Eine konstruktive Weiterentwicklung hat der Radialgebläsetyp durch den Radialtrommelläufer erfahren. Das mit zwei schwenkbaren Radialtrommelläufern ausgestattete Gerät ermöglicht eine Anpassung des Luftstroms an die jeweiligen Geländeverhältnisse (z. B. Terrassenanlagen). Den neuesten Entwicklungsstand im Radialgebläsesegment gibt das Radialgebläse mit verstellbaren Sprühköpfen ab. Indem der Winkel der Ausströmsegmente verstellbar ist, kann der homogene Luftstrom optimal der Laubwand angepasst werden.
Tangentialgebläse: Bei den Tangentialgebläsen (Querstromgebläsen) wird die Luft von zwei senkrechten, zylinderförmigen Trommelläufern vorderseitig angesaugt, beschleunigt und zur Seite hin umgelenkt. Da es bei dieser Konstruktion zu keiner Verengung im Strömungskanal kommt, kann die Luft laminar das Gebläse verlassen. Es resultiert eine absolut symmetrische Luftströmung ohne einen aufwärts gerichteten Strömungsvektor. Wegen der horizontalen Luftstromausrichtung ist bei dieser Gebläsetechnik die Abdriftgefahr der Sprühtropfen niedrig. Das Tangentialverfahren gestattet auch den Einsatz des neuen elektronischen Systems zur Luftstromoptimierung. Hierbei werden die Geschwindigkeitsvektoren von Fahrt und Umgebungsluft zuerst gemessen, und dann innerhalb eines Regelkreises mit dem Ziel einer konstanten Luftgeschwindigkeit in der Rebzeile verarbeitet. Auf diese Weise werden gleiche Voraussetzungen für die Sprühtropfenanlagerung an der Oberfläche der Reben geschaffen. Ein weiterer Vorteil der inzwischen in Leichtbauweise erhältlichen Tangentialgebläse besteht in deren Kombinationseignung mit der Zweiphasentechnik und mehrreihigen Applikation.


Axial-Laufrad zur Beschleunigung der Luft 


Überzeilensprühgerät mit dezentraler Luftstromversorgung ermöglicht eine mehrreihige Applikation
 

PUMPEN, BEHÄLTER, RÜHRWERKE, FILTEREINRICHTUNGEN UND EINSTELLARMATUREN

Unabhängig von der Gebläsetechnik sind alle modernen Sprühgeräte im Weinbau mit den Bauelementen Pumpe, Behälter, Rührwerk und Filtereinrichtung ausgestattet. Die Aufgaben der Pumpen bestehen darin, erstens den nötigen Druck für die Pflanzenschutzmittelausbringung aufzubauen und zweitens für das hydraulische Rührwerk einen genügend hohen Flüssigkeitsstrom bereitzustellen. Als Kenndaten der Pumpe werden der maximale Förderstrom (l/min) und der maximale Druck (bar) angeführt. Von der Vielzahl an angebotenen Pumpenbauarten werden in Weinbau-Sprühgeräten vor allem Kolben-, Membran-, Kolbenmembran und Kreiselpumpen eingebaut.Die Behälter werden heute meist aus den Werkstoffen Polyäthylen und Glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) gefertigt, da sie widerstandsfähig gegen aggressive Medien und leicht zu reinigen sind. Von der funktionellen Ausführung her wird u. a. gefordert, dass die technische Restmenge bei Behältern mit einem Volumen bis 400 l nicht mehr als 4 % und bei großen Behältern nicht mehr als 3 % des gesamten Fassungsvermögens betragen darf.
Zur Verhinderung eines inhomogenen Pflanzenschutzmittels im Behälter werden Rührwerke eingesetzt. Hauptsächlich sind hydraulische Rührwerke in Verwendung, bei denen der Behälterinhalt durch das aus Rohröffnungen ausströmende Pflanzenschutzmittel umgewälzt wird. Für größere Behälter werden auch mechanische Rührwerke (Welle mit Propeller) genommen. Darüber hinaus können hydraulische und mechanische Rührwerke zusätzlich mit Injektorrührwerken ausgestattet werden, welche in ihrer Funktion der Wasserstrahlpumpe entsprechen.
Mit dem Einbau von Filtereinrichtungen in Weinbau-Sprühgeräten werden einerseits konstante Aufwandmengen an Spritzmitteln gewährleistet und andererseits Unterbrechungen der Spritzmittelausbringung aufgrund von Düsenverstopfungen vermieden. Eine zufriedenstellende Filterwirkung wird durch ein Einfüllsieb – bei modernen Geräten in Kombination mit einer Einspülvorrichtung – sowie einen Saug-, Druck- und Düsenfilter erreicht.
Je nach Ausstattung sind Einstellarmaturen aus verschiedenen Mess-, Steuerungs- und Regelungskomponenten aufgebaut. Zu den grundlegenden Funktionen von Einstellarmaturen (Druckarmaturen) zählen das Einstellen und Überwachen des Spritzdruckes (Sichern des Überdruckes), das Öffnen und Schließen der Druckleitungen sowie das Rückführen der Pflanzenschutzmittel. Hierfür werden Druckregel- und Sicherheitsventile mit Manometer als auch Schließ- und Abstellventile mit Rücksaugeinrichtung verwendet. Der Einbau von elektronischen Mess- und Steuereinrichtungen in modernen Geräten ermöglicht eine Automatisierung der Druckeinstellung bzw. des Fahrgeschwindigkeitsausgleichs. 


Steuerelemente eines modernen Weinbausprühgerätes
 

DÜSEN

Die Funktion der Düsen liegt darin, das Flüssigkeitsvolumen in Tropfen zu zerteilen, wobei die wesentliche Kenngröße das Tropfenspektrum und hier insbesondere der Feintropfenanteil ist. Bei den herkömmlichen Hohlkegel- und Flachstrahldüsen
herrscht am Düseneingang und -ausgang der gleiche Druck vor. Hingegen wird bei den Injektordüsen und Antidriftdüsen der Druck im Düsenkanal deutlich reduziert. In Weinbau-Sprühgeräten werden unterschiedliche Düsenbauarten eingesetzt, wobei die großtropfigen Düsen mit einem kleinen Anteil an Feintropfen (Durchmesser > 100 μm) einen immer größer werdenden Stellenwert einnehmen. Konstruktionstechnisch können Düsenbauarten wie folgt eingeteilt werden:
Hohlkegeldüsen (Dralldüsen):
Zur Erzeugung des hohlkegelförmigen Strahls wird ein integrierter Drallkörper im Düsenmundstück verwendet. Das Tropfenspektrum ist fein, was den Nachteil eines hohen Abdriftpotenzials mit sich bringt.
Flachstrahldüsen: Aufgrund der geschlitzten Bohrung am Düsenausgang entsteht ein fächerförmiger Strahl. Bei diesen Düsen werden auch große Tropfen vom Luftstrom erfasst, weshalb sie für eine großtropfige Applikation prinzipiell als geeignet erscheinen.
Injektordüsen: Das Besondere besteht hier darin, dass dem Pflanzenschutzmittel über eine Luftansaugöffnung vor der Tropfenausbreitung Luft beigemengt wird. Der Feintropfenanteil wird bei diesem Konstruktionstyp mehr oder weniger eliminiert, was zur Folge hat, dass die Abdriftgefahr stark vermindert ist.
Antidriftdüsen: Über eine eingebaute Dosierblende wird die Flüssigkeit in die Düsenvorkammer dosiert eingeleitet. In Abhängigkeit vom Druck reicht bei diesen Düsen das Tropfenspektrum von grob bis fein, wobei im niederen Druckbereich (2–4 bar) Großtropfen produziert werden.
 

ZWEIPHASEN- UND MEHRREIHIGE APPLIKATION

Ökonomische Überlegungen bildeten bei der Entwicklung von Weinbau-Sprühgeräten mit Zweiphasenapplikation den Hintergrund. Bei dieser Verfahrenstechnik werden von einer Phase das Grundspritzmittel für die Laubwand und von einer zweiten Phase die Zusatzpräparate für die Traubenzone appliziert. Dafür wird die Möglichkeit einer getrennten Förderung und Dosierung der beiden Flüssigkeitsphasen vorausgesetzt. Der Einbau von zwei Gerätekreisläufen – das heißt, Pumpe, Armaturen und Leitsystem sind zweifach vorhanden – erfüllt die technische Voraussetzung. Vom aktuellen Stand der Technik her kann die Durchführung der zweiphasigen Applikation mit zwei unterschiedlichen Verfahren vorgenommen werden. Entweder wird am Weinbautraktor ein zweiter Behälter angebaut oder es wird ein Zweiphasengerät mit einem geteilten Behälter eingesetzt. Letzteres System ist technisch aufwändiger und damit auch teurer.
Eine technische Bedeutung bei der mehrreihigen Applikation von Pflanzenschutzmitteln haben die Überzeilenspritz- und
Überzeilensprühgeräte erlangt. Weit verbreitet sind die Überzeilenspritzgeräte ohne Luftunterstützung, welche aus einer einfachen Metallrahmenkonstruktion mit einseitiger Düsenanordnung (5 Düsen) aufgebaut sind. Trotz einfacher Gestaltung der Nachrüstung von Weinbau-Sprühgeräten wird diese Technik zum Teil negativ bewertet, da die Benetzung der Reben im suboptimalen Bereich liegt. Vorteilhaft ist, dass nur jede zweite Reihe befahren wird (Reduzierung der Bodenverdichtung), wodurch sich auch der Zeitbedarf in etwa halbiert.
Das mehrreihige Verfahren mittels Überzeilensprühgeräten erfolgt mit zentraler (Radialgebläse) oder dezentraler Luftunterstützung (Tangentialgebläse). Ob die Überzeilentechnik im Weinbau effizient eingesetzt werden kann, hängt sowohl von den Geländeverhältnissen als auch vom Vorgewendemanagement ab.
 

RESÜMEE

Steigender Wettbewerbsdruck führt in der Weinproduktion auch zur größeren Bedeutung der Prozessqualität – im Besonderen etwa die Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln. Um erstklassige Qualitätsweine zu produzieren, nimmt daher der Einsatz moderner Weinbau-Sprühgeräte eine Schlüsselposition ein. Durch Forschungsinnovationen ist es in den vergangenen Jahren gelungen, die Geräte betreffend Ausrüstung, Funktionssicherheit und Bedienungskomfort zu verbessern. Die innovative Gerätetechnik kann jedoch nur dann das technische Potenzial ausschöpfen, wenn auch die Applikationsverfahren ständig weiterentwickelt werden. Es wird sich weisen, welchen Stellenwert beispielsweise das „Precision Spraying“ als hochwirksames Verfahren zukünftig im Weinbau einnehmen wird. Im Endeffekt geht es darum, den Betriebsleitern effiziente, aber zugleich umweltschonende Weinbau-Sprühgeräte anzubieten.
Nur so lässt sich langfristig sicherstellen, dass die Gesellschaft die Anwendung des modernen Pflanzenschutzes im Weinbau akzeptiert.

Medium

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