Technik Plattform der Fachgruppe Technik

„Messen, was messbar ist - messbar machen, was nicht messbar ist“, lautete das Motto von Galileo Galilei. Dieses Erfolgsrezept in der Naturwissenschaft scheint im Bereich der Sprühgeräte nur eingeschränkt zu gelten. Das zeigt die vielerorts gelebte Praxis, dass Sprühgeräte gekauft werden, ohne etwas über deren wichtigste Eigenschaft zu wissen - ob ein Anlagerungserfolg für Pflanzenschutzmittel mit dem Gerät möglich ist oder nicht. Es fehlen dazu jene praxisrelevanten Messergebnisse, die vor dem Kauf des Sprühgerätes als Entscheidungsgrundlage für oder gegen das Gerät sprechen.
 
Die Rede ist vom Messen der Luftverteilung von Sprühgeräten. Obwohl sich Fachleute und Praktiker einig sind, dass: „das Gebläse sehr stark für den Anlagerungserfolg verantwortlich ist.“, gibt es beim Kauf eines Sprühgerätes meist keine Information darüber, wie die Gebläseluft verteilt sein muss, um zum Anlagerungserfolg zu kommen. Auch die Forderung, die in allen Richtlinien zu finden ist, „der Gebläseluftstrom sollte symmetrisch sein“, findet allgemeine Zustimmung, obwohl nicht näher angeführt wird, was unter „Symmetrie“ zu verstehen ist. Bedenklich wird der heute noch immer verwendete Hinweis, „die Gebläsesymmetrie könnte mit Hilfe eines Fadenbildes überprüft werden“. Dieser Hinweis stammt aus einer Zeit, in der es keine geeignete Messtechnik für die Gebläseluft gab. Damals hatte der Fadentest seine Berechtigung (besser als nichts), heute ist er mehr als überholt.
 

Gebläsemessung gestern und heute

Gemessen wird bei einem Axial-, Radial-, oder einem Tangentialgebläse immer nur die Gebläseluftgeschwindigkeit (m/sec). Um zum Luftvolumen (m³/h) zu kommen, wird die mittlere Luftgeschwindigkeit (m/h) mit der Messfläche (m²) multipliziert.
Bei der Luftmessung von gestern wurde die Luftgeschwindigkeit am Auslass vom Gebläsekasten gemessen, die mit dem Auslassquerschnitt multipliziert wurde. Heute wird sie in der Mitte der Raumkultur gemessen (Messabstand Gebläsemitte zur Baummitte in der Regel 1,5 m) und mit der Messfläche multipliziert. Die Messfläche, die den breiter werdenden Luftstrom umfasst, kann bis zu 10 m² betragen. Daraus ergeben sich große Unterschiede zu den Luftmengenangaben (Leistungsangaben) von gestern. Heute wird auch jener Luftstrom mitgemessen, die der Gebläseluft-Kernstrom von der Umgebungsluft mitnimmt, denn auch dieser ist für den Tropfentransport mitverantwortlich. Nur so kann eine Beurteilung des Gebläseluftstromes erfolgen, ob er ausreichend, zu stark oder zu schwach für die Anlagerung der Tropfen ist. Eine Luftmessung am Gebläsekasten hat für die Beurteilung der Luftströmung bezüglich Anlagerungserfolgs keine Relevanz.
Der Unterschied zwischen den einzelnen Gebläsebauarten besteht nun darin, dass z.B. die Gebläseluft eines Radialgebläses mehr Umgebungsluft bis zur Zielfläche mitnimmt als ein Axialgebläse (obwohl auch dieses sehr viel mitnehmen kann). Es ist vollkommen belanglos, welche Bauart als „Luftquelle“ dient. Entscheidend für die Gebläsebeurteilung ist der gemessene Luftstrom, der in der Mitte der Baumreihe ankommt.
Daher hat der folgende Hinweis heute keine Bedeutung mehr: „Die Leistungsangaben von Radial- und Axialgebläsen lassen sich schlecht miteinander vergleichen, da bei Axialgebläsen die Luftmenge (m³/h) und bei Radialgebläsen die Luftgeschwindigkeit (m/s) ausschlaggebende Kenngrößen sind".
 

Luftprüfstand mit ausgereifter Messtechnik

Die Entwicklung der heutigen Gebläseluft-Messtechnik begann 1995 im Rahmen einer Dissertation an der TU Graz in Kooperation mit der Fachgruppe Technik in der Steiermark (A). Es wurde jener Prototyp gebaut, der als Vorgabe für den heute am Markt erhältlichen Luftprüfstand diente. Seit damals werden Ultraschallsensoren verwendet, die für diesen Zweck am besten geeigneten sind. Diese Sensoren messen die Strömung genau und zuverlässig, ohne sie ständig kalibrieren zu müssen, wie dies z. B. bei Hitzdrahtsonden der Fall ist.
Dieser Luftprüfstand wurde fast 20 Jahre lang permanent für Gebläsemessungen eingesetzt. Die in dieser Zeit gesammelten Erfahrungen kamen bei der Fertigungsüberleitung zum aktuellen „Windprüfstand WP 5000“ der Fa. Ernst Herbst Prüftechnik (D) zum Tragen (Abb. 1). Natürlich wurde die Prüfsoftware den heutigen Anforderungen einer umweltschonenden Ausbringtechnik angepasst und im Rahmen eines Ringversuches auch auf überregionale Vergleichbarkeit der Messergebnisse überprüft. Dahinter steckt die sehr erfolgreiche Zusammenarbeit im Rahmen der „Kooperation der Regionen“ von der Marktgemeinschaft Bodenseeobst, Südtiroler Beratungsring und Verband Steirischer Erwerbsobstbauern.
Es kann mit Fug und Recht behauptet werden, die heutigen Luftprüfstande sind praxistauglich, sie haben eine ausgereifte Messtechnik!
 

Luftprotokoll, praxisgerecht und leicht verständlich

Sehr viel Entwicklungsarbeit steckt in den neuen Auswerteprotokollen, damit sie sowohl für den Praktiker leicht verständlich als auch den komplexen Anforderungen einer praxisgerechten Beurteilung der Messergebnisse gerecht werden.
Zur Erläuterung: Auf einem Koordinatenschlitten (Länge 2 m, Höhe 5 m) werden mit 5 Ultraschallsensoren Luftgeschwindigkeit und Strömungsrichtung 3-dimensional in einem Raster von 10 cm gemessen.
Das Luftprotokoll (siehe Abb. 2 oben) zeigt die max. Luftgeschwindigkeit von jeder Messebene als horizontalen Strich (links / rechts) (1). Das errechnete Luftvolumen wird als grüne (2) und als blaue Fläche (3) dargestellt. Die grüne Fläche zeigt das für den Tropfentransport nicht nutzbare Luftvolumen, die blaue Fläche das Luftvolumen, das für den Tropfentransport verantwortlich ist. Das nutzbare Luftvolumen berücksichtigt auch den Einfluss der Fahrt mit dem vorhandenen Strömungswiderstand der Umgebungsluft. Der „Fahrteinfluss“ wurde im Rahmen eines aktuellen Forschungsprojektes „Gebläsemessung in Fahrt“ mit der TU Graz ermittelt.
Der horizontale Strich (4) gibt die Behandlungsgrenze an, die mit dem Gebläse erreicht wird, d. h. wie hoch die Tropfen für die Anlagerung transportiert werden können. Der um einen halben Meter höher liegende zweite horizontale Strich (5) begrenzt die Überschussluft, die nicht darüber hinausgehen sollte.
Die strichlierten vertikalen Linien auf der linken und rechten Gebläsehälfte geben den Toleranzbereich (6) an, in dem sich die blaue Flächenbegrenzung (Luftvolumen) bis zur Behandlungsgrenze befinden soll. Die beiden durchgezogenen inneren vertikalen Striche (7) geben die minimal erforderliche Luftgeschwindigkeit für den Tropfentransport an.
In der Mitte des Protokolls befindet sich die Höhenskala bis 5 m (Teilung 10 cm) und daneben die Pfeile, die die Strömungsrichtung (links/rechts) der Gebläseluft zeigen.
Die beiden äußeren Grafiken links u. rechts mit den färbigen Punkten veranschaulichen den Luftstrom aus der Perspektive, wie die Sensoren den Luftstrom durchfahren. Rote Punkte (8) bedeuten auf der jeweiligen Messebene die max. gemessene, blau (9) die notwendige und grün (10) die nicht ausreichende Luftgeschwindigkeit für den Tropfentransport.
 

Beurteilungskriterien zur symmetrischen Luftverteilung

Für die Beurteilung der Gebläseluft gibt es eindeutige Kriterien, die aus mehrjährigen Forschungsprojekten mit der TU Graz, Praxistests und Erfahrungswerten des Prüfpersonals stammen.
Eine symmetrische Luftverteilung ist dann gegeben, wenn links und rechts die blaue Fläche (Luftvolumen) im Protokoll  (siehe Abb. 2 oben) bis zur behandelbaren max. Höhe im Toleranzbereich liegt. Die genauen Grenzwerte werden im Luftprotokoll (siehe Abb. 2 unten) angegeben. Es wird zwischen eingehaltenen (grün) und nicht eingehaltenen (rot) Kriterien unterschieden. Die Differenz vom nutzbaren Luftvolumen links / rechts darf max. 15 % betragen. Die Schwankungen vom nutzbaren (blauen) Luftvolumen zwischen linker und rechter Seite dürfen nicht mehr als 25 % betragen. Zusätzlich darf der Unterschied des gesamten Luftvolumens zum gesamten nicht nutzbaren Luftvolumens nicht mehr als 25 % betragen. Außerdem werden Ausreißer, Schwankungen des gesamten Luftvolumens etc. einer Beurteilung unterzogen.
 

Praktische Auswirkungen einer ungeeigneten Gebläseluft

Das vorliegende reale Messergebnis eines Querstromgebläses, das die Prüfkriterien nicht erfüllt, zeigt das Protokoll einer Gebläsemessung (siehe Abb. 2).
Die praktischen Auswirkungen einer derartigen Gebläseluftverteilung sind gravierend. Obwohl im oberen und unteren Bereich eine zu starke Gebläseluft vorhanden ist (die die Tropfen davon bläst), kann der Anwender keine Reduzierung der Gebläseluft vornehmen. Der Grund dafür ist der Einbruch der Gebläseluft im Bereich von 2,5 m. Dort, wo schon zu wenig Gebläseluft für die Durchdringung vorhanden ist, würde diese noch weiter vermindert werden. Daher sind die Anwender bestrebt, die „Löcher“ durch mehr Gebläseluft auszugleichen. Sie erhöhen die Gebläsedrehzahl, um eine „sichere“ Durchdringung zu erreichen. Das führt dazu, dass dort wo schon zuviel Luft ist, diese noch verstärkt wird und der Anlagerungserfolg noch mehr als ursprünglich darunter leidet.
Bei den meisten Axialgebläsen fehlt die Gebläseluft vor allem im oberen Bereich. Wenn dann, wie praxisüblich, die fehlende obere Luft durch höhere Gebläsedrehzahl ausgeglichen wird, führt das immer zu einem schlechten Anlagerungsergebnis mit unerträglich hohem Gebläselärm, Verschwendung von Kraftstoff und Pflanzenschutzmittel.
Welchen Einfluss die „Luftlöcher“ auf den Leistungsbedarf und auf die Lärmentwicklung der Sprühgeräte haben, zeigen die Messergebnisse von 9 Sprühgeräten. Die Zapfwellendrehzahl von 540 U/min verwenden die Praktiker mit schlechter Luftverteilung (Luftlöcher), die Drehzahl 380 U/min mit symmetrischer Luftverteilung (siehe Abb. 4)
 
Egal wo die „Luftlöcher“ sind, die Praxis „korrigiert“ diese Fehler immer durch eine überhöhte Gebläsedrehzahl und verstärkt damit automatisch die anderen Fehler „Luftspitzen“. Mit derartigen Geräten können die Anwender auch bei bestem Willen keinen effizienten und umweltfreundlichen Pflanzenschutz durchführen!
 

Kein Kaufvertrag ohne positives Luftprotokoll

Gegen diese Verschwendung von Pflanzenschutzmittel und Kraftstoff muss etwas unternommen werden. Es dürften keine Geräte mehr zum Einsatz kommen, mit denen kein umweltfreundlicher Pflanzenschutz möglich ist.
Die Messprotokolle können dazu die Entscheidungshilfe beim Gerätekauf sein. Es kann und muss die Forderung nach protokollierter symmetrischer Luftverteilung beim Kauf eines Sprühgerätes gestellt werden– d. h. kein Kaufvertrag ohne positivem Luftprotokoll.
Die Einstellung der Gebläseluft-Symmetrie zählt zur Endkontrolle der Fertigung, daher muss jedes Sprühgerät vor der Auslieferung bzw. Ersteinsatz vom Hersteller bzw. Händler eingestellt werden (ein Auto wird auch nicht ohne Einstellung der Motor-Einspritzanlage ausgeliefert). Dass diese Forderung erfüllbar ist, zeigt die mehrjährige Praxis in der Steiermark.
Wer tatsächlich ein Interesse an der Verbesserung der zurzeit unbefriedigenden Situation hat, der unterstützt die Forderung nach gemessener Symmetrie der Luftverteilung und belässt es nicht bei Alibiforderungen nach symmetrischem Luftstrom in diversen Richtlinien. Meinungsverschiedenheiten zu den verschieden Applikationsverfahren sollten keine Rolle spielen, denn alle Anhänger der unterschiedlichen „Ausbringungsphilosophien“ benötigen eine symmetrische Gebläseluft, um zielgenau und umweltschonend Pflanzenschutzmittel ausbringen zu können.
 

Was sollte vor dem Kauf beachtet werden?

Informationen einholen, ob der ausgewählte Gebläsetyp eine symmetrische Luftverteilung hat. Diese gibt es auf www.sprayertest.org  mit der „Positiv-Liste“ typengeprüfter Sprühgeräte. Mit dieser Typenprüfung zeigen die Hersteller, wie gut es ihnen gelingt, eine symmetrische Luftverteilung herzustellen. Die nächste aktualisierte „Positiv-Liste“ wird am 1.11.2014 veröffentlicht. Diese Typenprüfung ersetzt aber nicht die Einzelprüfung der Kundengeräte.
Um die Durchführbarkeit der Gebläsemessungen bei den Kundengeräten braucht sich kein Käufer sorgen machen. Die namhaften Herstellerfirmen – Lochmann, Mitterer, Steiner, Wanner, Waibl, Weber, Zupan – wissen darüber bescheid und unterstützen dieses Service. Sie sind in das Projekt „Gebläsemessung neu“ im Rahmen der „Kooperation der Regionen“ eingebunden.