-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur elektronischen Konzentrationsmessung von Wirksubstanzen in der Bienenstockluft , wobei die Wirksubstanzen insbesondere zur Bekämpfung von Schädlingen vorgesehen sind.
-
Einer der Schädlinge, der in Bienenvölkern bekämpft wird, ist die parasitäre Milbe Varroa destructor. Die Milbe ist zwischenzeitlich in ganz Deutschland und Europa flächendeckend in allen Bienenvölkern verbreitet. Gemäß Bienenseuchenverordnung besteht bundesweit Behandlungspflicht.
-
In Deutschland behördlich zugelassen sind derzeit Behandlungen mit den organischen Verbindungen Ameisensäure, Milchsäure und Oxalsäure, mit ätherischen Ölen bzw. entsprechenden Rezepturen mit den Inhaltsstoffen Thymol, Eukalyptus, Campher und Menthol, sowie auch einige synthetische Wirkstoffe.
-
Die Anwendungsvorschriften bzw. -empfehlungen unterscheiden sich je nach eingesetzter Substanz. So wird z.B. die Ameisensäure verdunstet, die Milchsäure gesprüht, die Oxalsäure geträufelt und Präparate mit ätherischen Ölen oder synthetischen Wirkstoffen auf imprägnierten Streifen in den Bienenstock eingelegt.
-
Aus Sicht des Imkers ergibt sich jedoch unabhängig von der eingesetzten Substanz bei jeder Behandlung die Frage, ob die gewählte Dosierung des Mittels auch zu der für eine erfolgreiche Schädlingsbekämpfung notwendigen Wirkstoffkonzentration im Bienenstock während der Behandlungsdauer an einem konkreten Standort bei ggf. nicht optimalen Wetterbedingungen geführt hat. Die Kernfrage lautet somit: wird das therapeutische Fenster ausreichend gut getroffen, d.h. toxisch für die Milbe aber (noch) nicht toxisch für die Biene bzw. die Bienenbrut.
-
Zur Bekämpfung der Varroamilbe wird beispielsweise im ,Varroose-Bekämpfungskonzept Baden-Württemberg 2013' eine Behandlung mit Ameisensäure empfohlen. Die Anwendung erfolgt durch zwei aufeinander aufbauende Behandlungen, die erste Behandlung Ende Juli und die zweite Behandlung Ende August jedes Jahres. Pro Behandlung wird flüssige Ameisensäure in 60%iger Konzentration je nach Verdunstungsmethode und Bienenstockgröße in unterschiedlicher Menge über mehrere Tage innerhalb des Bienenstocks zur Verdunstung gebracht.
-
In der Imkerei verbreitete Dosierungen sind 30 - 140 ml pro Behandlung über eine Verdunstungsdauer von 1 - 5 Tagen. Die Außentemperaturen sollen während der Behandlungsdauer, also Tag und Nacht, stets im Bereich zwischen 15 - 25°C liegen und die Luftfeuchtigkeit sollte nicht zu hoch sein, d.h. es sollte z. B. nicht oder nur wenig regnen. Nur dann kann der Imker eine wirkungsvolle Behandlung erwarten. Neben diesen anwendungs- und wetterbedingten Einflussfaktoren wirken sich auch noch die Menge der Bienen und das Verhalten der Bienen auf die Höhe der effektiv wirksamen Säurekonzentration aus. Sind diese Randbedingungen während der Behandlungsdauer nicht gut genug erfüllt, kann die Säurekonzentration in der Stockluft zu niedrig bleiben (Unterdosierung) oder zu hoch steigen (Überdosierung). Bei Unterdosierung überleben zu viele Milben, d.h. die Behandlung ist nicht erfolgreich. Bei Überdosierung werden zu viele Bienen bzw. Bienenbrut geschädigt, d.h. die Behandlung erzeugt einen ungewollt hohen Schaden am Bienenvolk.
-
Es sind zahlreiche Anwendungsmethoden im praktischen Einsatz, um die Ameisensäure zur Verdunstung zu bringen. Manche sind sehr elementar mit Schwammtüchern, Filzplatten oder Tellerverdunster, andere benutzen spezielle Verdunster, die im Fachhandel angeboten werden. Die entsprechende Menge Ameisensäure wird mit der vom Imker bevorzugten Anwendungsmethode in den Bienenstock eingebracht. Es ist jede Anwendungsmethode erlaubt, solange sie nicht explizit der behördlichen Zulassungsvorschrift widerspricht.
-
Der Nachteil der derzeit praktizierten Verfahren ist, dass der Imker keinerlei Information darüber erhält, ob während der Behandlung, z.B. aufgrund von Wettereinflüssen, eine Unter- oder Überdosierung im Bienenstock auftritt. Der Imker weiß also nicht, ob er die Behandlung wegen Überdosierung vorzeitig abbrechen sollte oder wegen Unterdosierung noch einmal wiederholen sollte.
-
Es gab bereits in den Jahren 1991-1992 Veröffentlichungen in der Schweiz (Eidgenössische Forschungsanstalt Liebefeld-Bern, Sektion Bienen) über eine technische Apparatur zur Messung von Ameisensäure in der Stockluft von Bienenvölkern. Dies war ein dedizierter, nicht-mobiler Laboraufbau im Rahmen eines Forschungsprojekts. Die Gasmesstechnik erfolgte durch manuelle Entnahme einer definierten Menge Luft aus dem Bienenstock mit einem Ansauggerät und Durchleitung durch ein mit Prüfsubstanz gefülltes Glasröhrchen.
-
Nach entsprechender chemischer Reaktion hat sich der Röhrcheninhalt mehr oder weniger stark verfärbt, wodurch das Bedienpersonal auf die Gaskonzentration schließen konnte. Das Prüfröhrchen war nach einer Messung verbraucht. Für die nächste Messung musste ein neues Prüfröhrchen eingesetzt werden. Diese Lösung war auf die Gewinnung wissenschaftlicher Erkenntnisse zur Wirksamkeit der Wirksubstanz Ameisensäure ausgerichtet. Sie war nicht konzipiert und nicht geeignet für den praktischen Einsatz durch einen Imker. Eine gewerbliche Anwendbarkeit war mit der eingesetzten aufwändigen und bedienungsintensiven Apparatur nicht darstellbar. Seitdem ist keine weitere Veröffentlichung dazu bekannt.
-
In den Druckschriften
DE20102771U1 ,
DE202011103022U1 und
DE60205585T2 wird vorgeschlagen in bzw. an Bienenstöcken Sensoren einzusetzen, die Daten wie Gewichte, chemische Stoffe, Temperatur, Luftdruck, Niederschlag, Luftfeuchte, Windstärke, Sonneneinstrahlung, Geräusche, Bewegungen erfassen, um diese dann mittels einer Fernabfrageeinrichtung (
DE20102771 U1 ) bzw. Sender und Empfänger (
DE60205585T2 ) zur Bienenstocküberwachung an einen anderen Ort zu übertragen oder zwecks Vitalitätsmessung (
DE202011103022U1 ) einer Bildauswertung zu unterziehen.
-
Bei
DE 202009002120 U1 wird eine neuartige Verdunstungseinrichtung vorgeschlagen, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinheit eine elektrisch betätigte und durch eine Steuereinheit regelbare Dosierpumpe aufweist.
-
Bei
DE 102013214609 A1 wird eine Dosiervorrichtung vorgeschlagen, bei dem in einer Bienenbehausung ein zur Schädlingsbekämpfung geeignetes Mittel mittels Druck aus einer Dosiervorrichtung ausgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck mittels einer elektrochemischen Gaserzeugerzelle erzeugt wird.
-
Diese Erfindungen zur elektronischen Überwachung von Bienenvölkern oder zur Bekämpfung von Bienenschädlingen lösen sehr unterschiedliche technische Probleme und haben somit auch unterschiedliche technische Merkmale. Die vorliegende Erfindung hat keine Verdunstungseinrichtung und keine Dosiervorrichtung, insofern stimmen diese Merkmale nicht überein. Bezugnehmend auf die vorgeschlagenen Sensoren liegt der Fokus beim Stand der Technik darauf, verschiedenartige physikalische und chemische Werte mittels Einzelsensoren zu erfassen.
-
Einzelsensoren jedoch, die nicht vermessen und nicht verfahrenstechnisch verknüpft werden (z.B. durch Kennlinien), die in nicht zueinander definierter Lage im Bienenstock angebracht sind und jeder für sich getrennt z.B. Gas oder Temperatur oder Feuchte erfassen sind nicht aussagekräftig und deren Werte nicht objektiv vergleichbar. Es kann konstruktiv bedingt passieren, die Dosierung (durch die Pumpe oder manuell durch den Anwender) wird z.B. erhöht, weil ein Sensor eine Unterdosierung meldet, obwohl dies objektiv nicht stimmt. Dies ist sehr nachteilig für die Anwendungssicherheit. Die Vorrichtung würde das Schadensrisiko für die Bienen erhöhen.
-
Auch für andere Wirksubstanzen, die im Rahmen der Schädlingsbekämpfung bei Bienen eingesetzt werden, ist keine technische Mess-Einrichtung zur Konzentrationsmessung der Substanzen für den praktischen Einsatz verfügbar.
-
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine für den imkerlichen Alltag taugliche Möglichkeit zu bieten, am jeweiligen Standort der Bienen die Konzentration von Wirksubstanzen in der Bienenstockluft durch den Imker selbst messen und lückenlos überwachen zu können.
-
Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 beanspruchte Mess- und Informationseinrichtung und das in Patentanspruch 9 beanspruchte Verfahren gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Mess- und Informationseinrichtung bzw. des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Es wird eine mobile Mess- und Informationseinrichtung vorgeschlagen, die es dem Imker ermöglicht, mit einem Gerät in seinen verschiedenen Bienenstöcken selbst Messungen durchzuführen. Die erfindungsgemäße Mess- und Informationseinrichtung umfasst wenigstens eine Messstelle mit wenigstens einem Messfühler und wenigstens einem elektronischen Steuergerät für eine elektronische Messung der Wirksubstanz-Konzentration und für eine Messung der Lufttemperatur und der Luftfeuchte. Die Messungen können damit vollautomatisch in kurzen Zeitabständen, z.B. alle zwei Sekunden, erfolgen und in einer Messreihe über die gesamte Behandlungsdauer zusammengefasst und gespeichert werden. Mit Hilfe dieser Messeinrichtung erhält der Imker Informationen über die tatsächlich effektive Wirkstoffkonzentration im Bienenstock, die sich aus dem Zusammenwirken der Wirkstoffkonzentration mit der Lufttemperatur und der Luftfeuchte ergibt. Anhand dieser Informationen kann der Imker gegebenenfalls entsprechende Maßnahmen ergreifen, um die Wirksamkeit der Behandlung zu optimieren.
-
Allen eingesetzten Substanzen gemeinsam ist, dass sie während der Behandlung durch Freisetzung von Wirksubstanz die Zusammensetzung der Stockluft verändern. Wenn keine expliziten Konzentrationswerte bekannt sind (z.B. in ppm = parts per million), die während der Behandlung einzuhalten sind, wird modellhaft beispielsweise angenommen, dass sich der zulässige Wirksubstanzkonzentrationsbereich, also das therapeutische Fenster, dadurch ergibt, dass durch exakte Applikation des Mittels nach Anwendungsvorschrift in einem Modellbienenstock die auftretende Konzentration am unteren und am oberen empfohlenen Temperaturpunkt gemessen wird. In einem vorgelagerten Mess- und ggf. Kalibrierverfahren werden so geeignete Gassensoren für die Verbauung ausgewählt, die signifikant auf die zu messende Wirksubstanz oder Wirksubstanzmischungen reagieren.
-
Alle pro Messpunkt erforderlichen chemisch-physikalischen Messdaten (Wirksubstanzkonzentration, Lufttemperatur, Luftfeuchte) werden durch vorzugsweise elektronische, an sich bekannte Sensoren, die Bestandteil des oder der Messfühler sind, vorzugsweise aus Standard-Bauelementen mittels eines elektronischen Steuergeräts erfasst und mit dem jeweiligen Rohdatenwert beispielsweise in einem Mikrocontroller oder Klein-Computer als Bestandteil eines elektronischen Steuergeräts gespeichert. Durch die Verwendung von Standardkomponenten wird eine hohe Flexibilität und Modularität für die Weiterentwicklung und Verfeinerung der Messtechnik, sowie eine kostengünstige gewerbliche Anwendbarkeit erreicht. So ist es mit einem derartigen Messgerät möglich, abhängig von der Betriebsweise, vom Beutensystem und/oder der Volksstärke, je nach gewünschter Erfassungsgenauigkeit die Anzahl der Messpunkte innerhalb eines Bienenstocks bedarfsgerecht zu variieren. Die typische Bandbreite dürfte zwischen fünf und fünfzehn Messpunkte liegen. Zur Steigerung der Messqualität werden insbesondere leicht austauschbare Gassensoren eingesetzt, die derart ausgewählt werden, dass sie besonders sensitiv auf die jeweils eingesetzte Substanz oder auf bestimmte Substanz-Mischungen reagieren. Auch die Lage der Sensoren bzw. Messfühler kann dem Bedarf des Einzelfalles angepasst werden.
-
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Mess- und Informationseinrichtung zwei oder mehr Messstellen mit jeweils einem oder mehreren Messfühlern auf. Die Messstellen, die beispielsweise eine plattenförmige Anordnung darstellen können, sind zur Anordnung in verschiedenen Bereichen des Bienenstocks vorgesehen, beispielsweise im oberen und/oder unteren und/oder mittleren Bereich des Bienenstocks. Die Messstellen sind über entsprechende Schnittstellen an das elektronische Steuergerät anschließbar. Darüber hinaus können auch einzelne Messfühler zusätzlich im Bienenstock angeordnet werden, beispielsweise in den Wabengassen. Die Anordnung der einzelnen Messstellen und/oder Messfühler kann in Abhängigkeit von dem Beutensystem und der Bienenmenge von dem Imker bzw. Anwender in geeigneter Weise eingerichtet werden.
-
Vorzugsweise ist der oder sind die Messfühler bzw. Sensoren für unterschiedliche Substanzen (z. B. chemische oder andere Wirksubstanzen) oder Mischungen von Substanzen sensitiv. Dies kann auch dadurch erreicht werden, dass verschieden reagierende Gassensoren in einem Messfühler gebündelt werden.
-
In besonders bevorzugter Weise ist bei Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwerts für die Wirksubstanzkonzentration und/oder die Lufttemperatur und/oder die Luftfeuchte jeweils ein Warnsignal generierbar. Hierfür kann beispielsweise ein Warntongeber oder ein Warnlicht in das elektronische Steuergerät integriert sein.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung umfasst ein elektronisches Steuergerät einen digitalen nichtflüchtigen Speicher zur Erfassung und/oder Aufzeichnung der Messwerte, wobei beispielsweise das elektronische Steuergerät eine passende Schnittstelle zur Datenübertragung und/oder Datensicherung auf eine externe Recheneinheit, insbesondere einen mobilen Computer (z. B. Laptop) oder ein Smartphone, aufweist.
-
Vorzugsweise ist ein weiterer externer Messfühler beispielsweise zur Erfassung der Außentemperatur und/oder der Außenluftfeuchtigkeit vorgesehen. Dieser extern zu platzierende Messfühler kann beispielsweise in ein elektronisches Steuergerät integriert sein oder über eine Schnittstelle an ein elektronisches Steuergerät anschließbar sein.
-
In bevorzugter Weise wird die erfindungsgemäße Mess- und Informationseinrichtung mit Ventilatoren im Bienenstock kombiniert. Dabei kann die Mess- und Informationseinrichtung zur elektronischen Steuerung von Ventilatoren, die in den Bienenstock einbringbar sind, eingerichtet sein. Mit besonderem Vorteil können die Ventilatoren in eine Messstelle integriert sein und beispielsweise auf einer plattenförmigen Anordnung, die auch zumindest einen Teil der Messfühler trägt, angebracht und zusammen mit den Messfühlern in den Bienenstock eingesetzt werden.
-
Die Verbindung zwischen den Messstellen, Messfühlern und dem wenigstens einen elektronischen Steuergerät kann auf Kabelbasis erfolgen. In weiteren Ausgestaltungen, beispielsweise auch im Falle von mehreren elektronischen Steuergeräten, kann auch eine drahtlose Datenübertragung durch drahtlose Nahbereichskommunikation vorgesehen sein.
-
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur elektronischen Konzentrationsmessung von Wirksubstanzen in der Stockluft eines Bienenstocks, wobei die bereits beschriebene Mess- und Informationseinrichtung zur Messung der Wirksubstanzkonzentration und der Lufttemperatur und Luftfeuchte verwendet wird. Mit besonderem Vorteil kann bei diesem Verfahren die Behandlung mit Wirksubstanzen im Bienenstock durch die Betätigung von Ventilatoren im Bienenstock unterstützt werden, wobei in Abhängigkeit von den messbaren Konzentrationen der Wirksubstanzen innerhalb des Bienenstocks Ventilatoren zur gleichmäßigeren Verteilung der Wirksubstanzen in der Stockluft betätigt und/oder angesteuert werden.
-
Mit der erfindungsgemäßen Mess- und Informationseinrichtung können beispielsweise auf der Basis von softwaregestützten Verfahren aus den Rohdaten der eingesetzten Messfühler bzw. Sensoren standardisierte Messprotokolle und Analysen erstellt werden, um die Behandlungsverläufe von verschiedenen Bienenstandorten oder unterschiedlichen Perioden untereinander vergleichen zu können und auch um Anordnung und Anzahl der Messpunkte im Einzelfall zu optimieren. Zur Daten-Archivierung und zur Software-Wartung wird ein elektronisches Steuergerät von außen, beispielsweise per USB-Schnittstelle temporär mit einem Laptop-Computer verbunden.
-
Der Erfindung liegt zugrunde, dass der Messwert eines Gassensors für die Wirksubstanzkonzentration für sich allein nicht aussagekräftig genug ist. Die Reaktion des Sensors ist in starkem Maße von der umgebenden Lufttemperatur und Luftfeuchte abhängig. Vorzugsweise wird daher für jede Messposition innerhalb des Bienenstocks die Wirksubstanz-Konzentration, die Lufttemperatur und die Luftfeuchte zeitgleich ermittelt, damit jeder Messwert des Gassensors temperatur- und feuchteabhängig entsprechend seiner Bauelemente-Kennlinien durch die Computersoftware umgerechnet werden kann. Die Kombination von wenigstens drei Sensoren in einem Messfühler, d.h. wenigstens ein Gassensor, zugehöriger Lufttemperatursensor und zugehöriger Luftfeuchtesensor, ist daher besonders vorteilhaft, und stellt vorzugsweise als logische Einheit den Messfühler dar. Nach der entsprechenden Umrechnung ist der Messwert aussagekräftig und objektiv vergleichbar.
-
Eine Wirksubstanz, z.B. Säuredämpfe, kann zu einem geänderten Verhalten, beispielsweise erhöhtes Ventilationsverhalten, der Bienen führen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, dass im Bienenstock in mindestens zwei räumlichen Ebenen gemessen wird und zwar unterhalb des Bienensitzes und oberhalb. Hierfür sind in einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung mehrere Messstellen, beispielsweise zwei Messstellen, mit jeweils mehreren Messfühlern vorgesehen. Eine solche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Mess- und Informationseinrichtung ist in 1 illustriert. Eine erste Messstelle 3 kann beispielsweise im oberen Bereich des Bienenstocks und eine zweite Messstelle 2 im unteren Bereich des Bienenstocks platziert werden. Vorteilhaft ist es dabei, wenn die einzelnen Messfühler 1 der Messstellen 2, 3 in der Fläche vergleichbar strukturiert verteilt sind. Dabei können beispielsweise bei der unteren Messstelle 2 vier Messfühler 1 (vorne links, vorne rechts, hinten links, hinten rechts) und bei der oberen Messstelle 3 fünf Messfühler 1 (wie unten, plus einer mittig) vorgesehen sein.
-
Die Messstelle 2 im unteren Bereich hat vorzugsweise eine Bauhöhe von höchstens 20 mm, so dass sie durch das Flugloch eines Standard-Bienenstocks von außen eingeschoben und wieder entnommen werden kann.
-
Die Messstelle 3 im oberen Bereich ist mit besonderem Vorteil in einem Standarddeckel des Bienenstocks montiert. Der normale Deckel kann bei dieser Ausgestaltung temporär durch einen Deckel mit der erfindungsgemäßen Messeinrichtung ersetzt werden.
-
Das in der 1 gezeigte elektronische Steuergerät 4 umfasst mindestens eine Spannungsregelung, eine Steuerelektronik und einen Mikrocontroller mit eingebautem Speicher. Das elektronische Steuergerät 4 ist mit einer Anzeigeeinheit für die Betriebszustände und einem Ein/Aus-Schalter 10, sowie mit einem weiteren Messfühler 9, der außerhalb des Bienenstocks misst, ausgestattet. Der Messfühler 9 kann als Referenz- und Außensensor verwendet werden. Die Komponenten des elektronischen Steuergeräts 4 sind vorzugsweise in einem transportablen, wetterfesten, beispielsweise kastenförmigen Gehäuse untergebracht, das in der Nähe der Messstellen 2, 3 bzw. des Bienenstocks positioniert werden kann. Das elektronische Steuergerät 4 wird versorgt durch eine Stromversorgungeinrichtung 5, z.B. eine 12 V-Versorgungsbatterie. Die Komponenten können durch vorbereite, eindeutig gekennzeichnete Kabel 6 mit Steckverbindungen miteinander verbunden werden. Im Rahmen der Weiterentwicklung der Mess- und Informationseinrichtung ist es möglich, die Kabel durch drahtlose Nahbereichskommunikationstechnik, z.B. Bluetooth oder WLAN, zu ersetzen.
-
Jede Messstelle, wie hier die Messstelle 2 im unteren Bereich kann optional zusätzlich mit beispielsweise bis zu vier Ventilatoren 7 ausgestattet werden, die zur elektronisch gesteuerten Verwirbelung der Stockluft vorgesehen sind, um bei sehr starken Bienenvölkern entgegen des eigenen Ventilationsverhaltens der Bienen eine gleichmäßigere Verteilung der Wirksubstanzen zu erreichen.
-
Die Anzahl der Messfühler kann optional erweitert werden durch frei positionierbare Messfühler 8 beispielsweise in den Wabengassen, um Völker mit starker Brut oder Bienenstöcke mit mehr Bauhöhe (z.B. zwei Zargen übereinander anstatt nur eine Zarge) qualitativ besser überwachen zu können.
-
Die Anzahl der Messstellen kann bis auf eine reduziert werden, wenn der Imker genügend Erfahrung gesammelt hat und sich sicher genug ist, wie sich die in seinem Fall zu messende Wirksubstanz oder Wirksubstanzmischung bei seinem Beutensystem und seiner Betriebsweise verteilt und auswirkt. So kann jeder Imker die seiner Betriebsweise am besten entsprechende Konfiguration wählen und selbst optimieren.
-
Jeder Gassensor als Bestandteil der Messfühler wird beispielsweise vor der Übergabe des Geräts an den Imker in einem definierten Verfahren auf eine Substanz oder auf Mischungen einzelner Substanzen vermessen und ggf. kalibriert und seine individuellen Kennlinien in das zugehörige elektronische Steuergerät übertragen, sodass die erfindungsgemäße Mess- und Informationseinrichtung gleich betriebsbereit ist.
