1 Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum (DLR) Rheinhessen-Nahe-Hunsrück Düsen für Weinbau - Sprühgeräte Horst Knewitz, Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum, Rheinhessen-Nahe-Hunsrück, Bad Kreuznach Die ersten Gebläsesprühgeräte mit Kolben- und später auch mit Membranpumpen haben die Behandlungsflüssigkeit mit Hilfe von Düsenplättchen und davor liegendem Drallkörper zerstäubt. Diese Technik hielt sich sehr lange in der Praxis; sie war sogar in manchen Sprühgeräten noch bis zur Einführung der Gerätekontrolle anzutreffen. Damit auch ein ordentlicher Sprühnebel zu sehen war, wurde mit Drücken bis zu 30 bar und teilweise sogar noch darüber gearbeitet. Dies hielten die damaligen Materialien, meist Stahl, nicht lange aus und so war die Verteilung wegen stark zerschlissener Bohrungen schnell ungenau. Erst als die Plättchen aus Keramik hergestellt wurden verbesserten sich Abb. 1: Aufbau der Jumbo-Dralldüse (Myers- Sprayer) die Standzeiten. Düsenmundstücke lösen Düsenplättchen ab Mit der Einführung der ersten Hohlkegel-Mundstücke vor ca. 20 Jahren machte die Praxis erstmals Erfahrungen mit der Absenkung des hohen Arbeitsdrucks. Die Herstellerfirma begrenzte ihre Empfehlung auf 15 bar, so dass die rasch marktbeherrschenden Albuz-ATP Düsen auch nur bis 15 bar Arbeitsdruck anerkannt wurden. In der Praxis pendelte sich ein Arbeitsdruck Abb. 2: Albuz ATP Hohlkegeldüse von 6 12 bar ein, der bis heute noch als Richtwert für diesen Düsentyp gilt. Gleichzeitig wurde durch die Umstellung auf Mundstücke eine gewisse Normung der Düsenstöcke erreicht. Die Überwurfmutter muss einen Innendurchmesser von 12 mm haben. Vorher unterschieden sich die Abmessungen von Hersteller zu Hersteller und erreichten bis zu 35 mm Durchmesser (Abb.1), mit allen daraus resultierenden Problemen. Angefangen von Hilfsmittel zum Auslitern der Düsen bis hin zum Zubehör wie z.b. Filter und Rückschlagventile gab es meist nur sehr gerätespezifische Lösungen. Albuz ATP Hohlkegelmundstücke waren zwei geteilt und bestanden aus einem weißen Drallkörper (Abb.2) der in den für die Zerstäubung zuständigen Bauteil eingelegt war. Schon bald zeigte sich, dass der Ausstoß mehr als zulässig schwankte, wenn von mehreren Düsen die beiden Teile unterschiedlich miteinander kombiniert wurden, wie es bei Düsenwechsel oder beim Reinigen vorkommt. Da viele Gerätehalter die Düsen ihrer Sprühgeräte nie ausgelitert haben, war ihnen vor Einführung der Gerätekontrolle das Problem nicht bewusst und man konnte bis in die jüngste Vergangenheit noch Sprühgeräte mit ATP Düsen finden. Hohlkegeldüsen mit gleichmäßigem Ausstoß Die Antwort der Firma Albuz auf die Beanstandungen bei ihren Sprühgeräte Düsen war die ATR Hohlkegeldüse. Sie sieht fast aus wie das Vorgängermodell, hatte aber zur Unterschei-
dung viele Jahre lang einen schwarz eingefärbten Drallkörper und einen schwarzen Rand auf der Vorderseite. Erst vor wenigen Jahren wurde der schwarze Rand durch den Aufdruck ATR ersetzt (Abb.3). Diese Version gab es aber nur kurze Zeit, denn heute ist der Drallkörper grau und Abb. 3: 3 Generationen von Albuz ATR Düsen leicht eingeclipst, so dass er beim Reinigen nicht heraus fällt und bei Düsenwechsel nicht mehr von dem dazugehörigen Mundstück getrennt wird. Die Düsenbezeichnung ist weiterhin aufgedruckt. Für ein einwandfreies arbeiten der Düse ist es wichtig, dass der äußere Rand des Drallkörpers nicht fest auf dem Rand des Mundstücks aufliegt (Überwurfmutter nicht mit Gewalt anziehen). Nachdem die Firma Albuz praktisch eine Monopolstellung mit ihren Sprühgeräte Düsen hatte, entwickelten auch andere, in Deutschland präsente Düsenhersteller eigene Hohlkegeldüsen. Die Firma Lechler vertreibt sie seitdem mit der Bezeichnung TR und die Fa. Spraying Systems als Conejet TX. Beide sind geringfügig länger als Albuz ATR und ihr Drallkörper ist recht fest mit dem Mundstück verbunden (bei Conejet eingeschraubt und bei Lechler eingerastet). Will man von Albuz auf eine der beiden zuletzt genannten Düsen wechseln, so kann es vorkommen, dass sie am Düsenstock nicht mehr dicht abschließen, weil die Überwurfmutter nicht genug Ge- Abb. 4: Conejet TXB (dicker Rand), TXA (dünner Rand) und Lechler TR windegänge, hat um sie fest genug anzuziehen. Bei Albuz Düsen addiert sich der Rand des Drallkörpers mit dem des Mundstückes zu einem recht dicken Rand, während bei den beiden Alternativen der Drallkörper im Mundstück verschwindet. Die Lechler Düsen erfordern deshalb häufig einen speziellen, sehr dicken Dichtungsring, während man bei Spraying System die Möglichkeit hat zwischen dickem (TXA) und dünnem (TXB) Rand am Mundstück zu wählen (Abb.4). Abb. 5: Bei der Bezeichnung des Düsenausstoßes weicht Albuz von der ISO Norm ab. Im empfohlenen Druckbereich, im Spritzbild und im Tropfenspektrum unterscheiden sich die Düsen der verschiedenen Anbieter nur unwesentlich. Bedeutsam ist aber, dass Albuz als einziger Düsenhersteller bei der Kennzeichnung des Kalibers in der Farbgestaltung und Bezeichnung vom ISO Standard abweicht (Abb. 5). Während z.b. eine rote Düse aller anderer Hersteller bei 10 bar immer die Bezeichnung 04 trägt und einen Ausstoß von 2,88 l/ min. hat, erreicht die rote Düse der Fa. Albuz nur einen Ausstoß von 1,92 l/ min und trägt keine weitere Bezeichnung. 2
Der Weg zu grobtropfiger Zerstäubung Alle o. g. Hohlkegeldüsen zerstäuben die Flüssigkeit in recht feine Tropfen. Dies war auch jahrzehntelang so gewünscht, weil theoretische Überlegungen ergeben, dass eine bestimmte Flüssigkeitsmenge eine Fläche umso dichter bedeckt je feiner die Tropfen sind. Was nicht bedacht wurde war, dass Umwelteinflüsse wie Wind, Luftfeuchte und Wärme dem kleinen Tropfen viel mehr zusetzen als dem größeren. Von dem Feintropfenanteil < 100 µm erreicht bei ungünstigen Wetterbedingungen ein großer Teil nicht die Zielfläche (Blätter Früchte usw.), weil er verdriftet oder verdunstet. Nachdem man sich dessen bewusst wurde, kamen vor etwas mehr als 10 Jahren die ersten sehr grobtropfig zerstäubenden Hohlkegeldüsen für Sprühgeräte auf den Markt. Die Firma Agrotop baute eine mehrteilige Düse, deren Kernstück ein Luftinjektor ist, mit einer normalen Albuz ATR Düse als Mundstück. Sie war unter der Bezeichnung Turbodrop sehr schnell bekannt (Abb. 6), wenngleich sie im Weinbau wenig Liebhaber fand. Zu stark war und ist auch heute noch die Vorstellung von der Notwendigkeit eines feinen Sprühnebels für eine gute Wirkung bei Winzern und auch bei der Beratung, verankert. Während bei Standarddüsen an der Austrittsöffnung die Flüssigkeit dosiert und zerstäubt wird, sind bei Injektordüsen Dosierung und Zerstäubung getrennt. Bevor die Flüssigkeit in die Düse eintritt, muss sie eine Blende passieren, die für die Dosierung verantwortlich ist. Der Druck, der sich Abb. 6: Funktionsschema von Injektordüsen vor dieser Bohrung aufbaut, ist der Druck den das Manometer des Sprühgerätes anzeigt. Nach der Öffnung entsteht ein Unterdruck, durch den über eine Bohrung Luft angesaugt wird. Die Luft mischt sich mehr oder weniger stark mit der Flüssigkeit und führt bei manchen Präparaten zu Blasentropfen. Der Anteil solcher luftgefüllter Tropfen wurde zunächst etwas überschätzt, da sie nur dort in größerem Maß entstehen können wo die Präparate zum Schäumen neigen. Genau das wird aber von den Pflanzenschutzfirmen möglichst vermieden, weil sonst der Schaum auch im Sprühgerätebehälter Probleme bereiten würde. Insofern ist auch die so genannte Sekundärverteilung, die durch das Platzen des Tropfens auf der Zielfläche entstehen soll, von untergeordneter Bedeutung. Grobtropfige Applikation gute Wirksamkeit Entscheidend für den Winzer sind aber nicht theoretische Überlegungen zu Tropfen, sondern mit welcher Düse die Wirkung der Pflanzenschutzmittel am sichersten ist. Wenn dabei zwischen verschiedenen Düsentypen kein Unterschied besteht, dann wird sicher auch der Umwelteinfluss bei der Düsenwahl eine entscheidende Rolle spielen. Es wurden deshalb in mehreren Anbaugebieten Versuche mit grob und feintropfiger Zerstäubung durchgeführt und zentral ausgewertet. Dabei zeigte sich, dass in einem Drittel von 100 Versuchen beide Düsenvarianten exakt gleich gut wirksam waren. Bei etwas mehr als einem Drittel war die grobtropfige Zerstäubung sogar etwas besser und bei knapp einem Drittel etwas schlechter. Zusammengefasst bedeutet dies, dass die grobtropfige Applikation zumindest nicht schlechter ist als die bisherige, feintropfige Behandlung (Abb. 7). Versuche mit gleicher Zielstellung und teilweise noch in erheblich größerem Umfang, die auch im Obst- und Ackerbau durchgeführt wurden, kamen zum gleichen Ergebnis. 3
4 Abb. 7: Häufigkeitsverteilung von Ergebnissen aus Versuchen zur Wirksamkeit von Pflanzenschutzmitteln mit feiner und grober Zerstäubung (Düsenvergleich). 100% = jeweiliger Wirkungsgrad der feintropfigen Variante. - 100 Vergleiche alle Indikationen Entwicklungsschritte bei der Injektordüse Wie schon erwähnt, war die erste in der Kollektion grobtropfig zerstäubender Düsen die Turbodrop Düse (TD) (Abb. 8). Sie wird mittels einer Adapterschraube in der üblichen Überwurfmutter befestigt und ist ein sehr großes Gebilde, das leicht abzubrechen droht. Dies war sicher trotz der richtungsweisenden Entwicklung nicht gerade förderlich für die Einführung der grobtropfigen Zerstäubung. Vom Spritzbild her war sie zunächst eine Hohlkegeldüse, weil ja zur Verteilung eine ATR Düse eingesetzt war. Lechler entwickelte daher sehr schnell die TR Düse zur ITR (Injektordüse) weiter. Obwohl sie deutlich kürzer war, fand sie aber keinen Eingang in die Praxis, da ihr Tropfenspektrum wohl zu grob war. Als weitere Injektor Hohlkegeldüse gibt es heute die Albuz TVI Düse, zu der aber bisher in Deutschland noch keine Praxiserfahrungen Abb. 8: Injektor - Hohlkegeldüsen vorliegen.
Flachstrahl statt Hohlkegel Mit der Einführung der vertikalen Gestänge an Sprühgeräten hätte sich eigentlich auch der Düsentyp hin zur Flachstrahldüse ändern müssen, unabhängig vom Tropfenspektrum. Das Querverteilungsbild einer einzelnen Hohlkegeldüse ähnelt dem einer Bandspritzdüse und ist theoretisch ungeeignet zum Einbau in einen Spritzbalken, der mit überlappenden Düsenfächern die Laubwandfläche in ähnlicher Weise behandelt, wie dies beim Feldspritzgerät mit horizontal ausgerichtetem Gestänge erfolgt. Das erste Sprühgerät mit Vertikalbalken (Holder Querstromgebläse) war möglicherweise aus den gleichen Überlegungen bereits mit Flachstrahldüsen ausgerüstet. Die Gebläseluft sorgt aber offensichtlich für eine derart starke Verwirbelung, dass im Praxiseinsatz das vom Funktionsprinzip her zumindest theoretisch nicht besonders geeignete Verteilungsmuster der Hohlkegeldüsen eine untergeordnete Rolle spielt. Durch die grobtropfige Applikation kamen jedoch neue Aspekte in die Diskussion, die weitere Vorteile für Flachstrahldüsen erkennen ließen. Größere Tropfen lassen sich wegen ihrer größeren Masse besser beschleunigen als kleine, die lediglich vom Luftstrom transportiert werden und den Turbulenzen ausgesetzt sind. Bei Verwendung von Hohlkegeldüsen mit kreisrundem Spritzkegel mit ca. 80 Spritzwinkel, wird ein Teil insbesondere Abb. 9: Verteilungsbild von Band- und Verbanddüsen der groben Tropfen während der Vorwärtsfahrt nicht von dem für den Tropfentransport notwendigen Gebläseluftstrom erfasst. Kleinere Tropfen folgen früher dem Luftstrom, so dass mit den bisherigen feintropfigen Düsentypen das beschriebene Problem nicht bestand. Flachstrahldüsen verteilen die Flüssigkeit fächerförmig. Der Sprühstrahl entspricht besser der Geometrie des Luftstrahls am spaltförmigen Gebläseaustritt. Somit werden auch die schwereren Tropfen frühzeitig vom Luftstrom erfasst und zur Laubwand hin beschleunigt. Der Winkel des Spritzfächers sollte jedoch wie bei Hohlkegeldüsen maximal 80 (90 ) betragen. Bei dem in Feldspritzgeräten üblichen Spritzwinkel von 110 bzw. 120 kommt es wegen zu starker Überlappung im zentralen Bereich des Düsenverbandes sowie einer zu weiten Auffächerung im Randbereich der Laubwand zu einer bauchigeren Vertikalverteilung und größeren Verlusten (Abb. 9). 5 Die Firma Agrotop hatte auf diese Erkenntnis eine schnelle Antwort und ersetzte bei der Turbodrop Düse das ATR Mundstück durch eine Flachstrahldüse. Als fast gleichzeitig zum Schutz von Gewässern und von Saumstrukturen Pflanzenschutzmittel mit Abstandsauflagen versehen wurden, war absehbar, dass auch bei Sprühgeräten kein Weg mehr an grobtropfiger Zerstäubung vorbei geht. Lechler reagierte recht schnell und brachte mit der ID (90 Spritzwinkel) ebenfalls eine Injektordüse auf den Markt. Sie ist vom Funktionsprinzip und dem Tropfenspektrum der TD Düse fast gleich zu setzen, Abb. 10: Flachstrahl - Injektordüsen
aber wesentliche kürzer gebaut. Fast zeitgleich erschien dann von Agrotop mit der AVI eine weitere, nochmals kürzere Injektordüse für Sprühgeräte (Abb. 10). Beide Typen gibt es nur als Flachstrahldüsen, für Sprühgeräte mit einem Spritzwinkel von 80 (bzw. 90 ). Damit sich die schmalen Fächer bei der Ausbreitung nicht gegenseitig beeinflussen müssen alle Flachstrahldüsen mit Hilfe eines Einstellschlüssels um ca.5 10 verschränkt werden. Der am Manometer ablesbare Druck sollte sich im gleichen Bereich bewegen wie der von Hohlkegeldüsen. Antidriftdüsen die kürzere Alternative Obwohl die Baulänge der Injektordüsen von Modell zu Modell abnahm, ragen sie immer noch deutlich mehr aus der Überwurfmutter heraus als die gewohnten Hohlkegeldüsen. Dies macht an manchen Sprühgeräten Probleme, wenn Doppeldüsenstöcke geschwenkt werden sollen. Sie stoßen an Schutzvorrichtungen oder sonstige Bauteile an. Außerdem brechen sie leicht ab, wenn beim Drehen am Vorgewende die Ankerung oder ein Stickel gestreift wird. Wer damit schlechte Erfahrungen gemacht hat aber dennoch grobtropfig spritzen will, der kann sich der Gruppe der Antidriftdüsen zuwenden (Abb. 11). Ihr Feintropfenanteil ist ebenfalls recht gering, jedenfalls wenn sie in einem niedrigen Druckbereich betrieben werden (2-4 bar). Bei der Einstufung in die BBA-Liste der Verlustmindernden Geräte werden sie jedoch immer etwas schlechter bewertet, da sie die äußerst günstige Abdriftfestigkeit der Injektordüsen nicht ganz erreichen. 6 Abb. 11: Kurz gebaute Antidriftdüsen Antidriftdüsen, die wie Injektordüsen nur 80 bzw. 90 Spritzwinkel aufweisen, werden von Teejet unter der Bezeichnung DG und von Lechler als AD angeboten. Bei den Antidriftdüsen ist ebenfalls Dosierung und Verteilung durch eine Blende getrennt, allerdings ohne dass nachfolgend Luft angesaugt wird. In Feldspritzgeräten kamen sie schon lange vor den Injektordüsen zum Einsatz. Für Sprühgeräte entdeckte man sie - vermutlich wegen ihrer Anforderung an einen niedrigen Arbeitsdruck - erst wesentlich später. Antidriftdüsen besonders für niedrigere Drücke geeignet Bevor man sich für diese Düsen entscheidet sollte man prüfen, ob sich mit dem vorhandenen Sprühgerät Drücke von 2 4 bar reproduzierbar einregeln lassen. Oft ist die Armatur nur für den Druckbereich jenseits von 5-6 bar ausgelegt und bei diesem Druck würde der Feintropfenanteil der Antidriftdüsen wieder zunehmen. Grundsätzlich sollte man keine Bedenken vor einem niedrigen Arbeitsdruck haben. Bei allen grobtropfig zerstäubenden Düsen wird der Druck innerhalb des Mundstückes abgebaut. Bei Injektordüsen um den Faktor 4 6 und bei Antidriftdüsen um den Faktor 1,5 2,5 (Abb.12). Das bedeutet, wenn der abgelesene Druck bei Verwendung einer Injektordüse 10 bar beträgt (Druck vor der Dosierblende), dann beträgt der Druck bei Injektordüsen an der Austrittsöffnung ca. 2 bar (Zerstäubung). Bei einer Antidriftdüse reduziert sich der Druck an der Dosierblende von ca. 4 bar bis zur Austrittsöffnung auf einen Druck von ca. 2 bar. Der gegenüber dem abgelesenen Druck deutlich niedrigere Druck an der Düsenöffnung ist für den Tropfentransport unerheblich, weil der Transport ja vom Luftstrom vorgenommen wird. Der gegenüber Injektordüsen niedrigere Ausgangsdruck hat neben der geringeren Belastung von allen Brühe führenden Bauteilen einen weiteren Vorteil. Bauartbedingt sind Flachstrahl-
düsen bei gleichem Ausstoß etwas verstopfungsanfälliger als Hohlkegeldüsen. Wer aber statt den für höhere Drücke ausgelegten Injektordüsen die Antidriftdüsen verwendet, kann wegen des geringeren Druckes für den gleichen Flüssigkeitsausstoß i.d.r. ein etwas größeres Kaliber wählen. Damit ist auch die Dosieröffnung etwas größer und die Verstopfungsneigung nimmt etwas ab. 7 Abb. 12 Druckabfall in Antidrift- und Injektordüsen Für die Einhaltung der Abstandsauflagen ist grobtropfige Zerstäubung fast unerlässlich Heute kann man in der Nähe von schützenswerten Objekten (Gewässer, Saumstrukturen) ohne grobtropfig zerstäubende Düsen kaum noch Pflanzenschutz betreiben, es sei denn man würde über ein Tunnelgerät oder eine Kollektor-Recyclingeinrichtung verfügen. Bei allen anderen Geräten ist neben zusätzlichen Verwendungsbestimmungen der Einsatz von Injektordüsen o- der Antidriftdüsen die Vorraussetzung für eine Eintragung in das BBA-Verzeichnis Verlustmindernde Geräte, auf das bei Auflagen Bezug genommen wird. In diesem Verzeichnis sind einerseits geprüfte Sprühgeräte klassifiziert, andererseits gibt es aber auch eine generelle Eintragung für alle Axial-Sprühgeräte mit bestimmten, grobtropfig zerstäubenden Düsen. Wenn diese Geräte in der Luftleistung auf max. 20 000 m³ gedrosselt werden, so wird in Verbindung mit den in Abb. 13 dargestellten Düsen die Abdrift um 75 % reduziert. Bei Pflanzenschutzgeräten mit vertikalem Gestänge, ohne Luftunterstützung und den aufgeführten Injektordüsen (keine Eintragung für Antidriftdüsen) wird sogar 90% erreicht. Abb. 13: Axialgebläse die in der Luftleistung auf 20 000 m³ reduziert werden, erreichen mit den oben abgebildeten, grobtropfig zerstäubenden Düsen; 75 % Abdriftminderung. Literatur: Frießleben Reinhard, G.Bäcker, R. Ipach: Zusammenfassende Auswertung von Versuchen zur biologischen Wirksamkeit von Pflanzenschutzmitteln im Rebschutz und Obstbau bei grobtropfiger Applikation. KTBL-Schrift 421, S. 9-16