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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bekämpfung von Varroamilben in einem Honigbienenstock.
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Die bestehenden Methoden zur Bekämpfung von Varroamilben, die das Überleben der Honigbienen gefährden, sind sehr teuer und erfordern einen erheblichen Aufwand für den Imker.
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Die
US 8,272,921 B2 zeigt einen Rahmen und einen Wabensockel in Verbindung mit einem Netzteil, einem Heizelement, einem elektronischen Steuergerät, einem Temperatursensor und einem optionalen Diagnosesystem. Die Honigwabe wird für eine Zeit von z. B. 3-4 Minuten auf 65 Grad erhitzt.
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Auch die
DE 10 2013 006 265 A1 zeigt ein Verfahren, das auf einem Heizsystem basiert ist, das die Temperatur der Honigwabe erhöht und die Temperatur auf bis zu 40° C bis 42° C erhöht.
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Alle diese Methoden basieren auf der Tatsache, dass Varroa zu sterben beginnt, wenn die Temperatur höher als 41 bis 42 Grad für eine relativ lange Zeit von 4 bis 8 Stunden ist, eine Temperatur höher als 42 Grad kann den Tod der Milbe beschleunigen.
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Alle bekannten Lösungen erhöhen entweder die Temperatur des gesamten Bienenstocks oder die Temperatur der Oberfläche der Honigwaben mit einem direkt in dem Sockel der Waben integrierten Widerstand.
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Das Schwierige an all diesen Methoden ist die mangelnde Kontrolle über die angewandte Temperatur und die Zeit an den Wabenzellen.
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Tatsächlich dauert das Abkühlen des Erwärmungsprozesses nach Erreichen der Temperatur eine gewisse Zeit, mit einer unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeit zwischen den peripheren Seiten und dem zentralen Teil der Wabe.
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Weitere Nachteile der bestehenden Lösung sind:
- - Die relativ hohe Leistung, die zum Erwärmen des Wabenfundaments oder des gesamten Bienenstocks benötigt wird, das bedeutet die Anwendung einer Hochleistungsquelle. Auch der in die Wabenbasis zu integrierende hohe Leistungsheizwiderstand erhöht die Gesamtkosten des Systems.
- - Die Erhöhung der Bienenstocktemperatur, die für die Bienen unangenehm ist.
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Das Varroa-Behandlungsverfahren mit dem Geräteobjekt der Erfindung ist mit dem Varroa-Vermehrungszyklus verbunden, der mit den-folgenden Bienenvermehrungsschritten synchronisiert ist:
- - Nach der Eiablage bleiben die Eier 3 Tage bis zum Wechsel
- - Das Larvenstadium beträgt 9 Tage (Arbeiterinnen) bzw. neuneinhalb (Drohne).
- - Die Zelle wird nach (9 Tage Arbeiter, 10 Drohnen) verdeckelt. (Die Varroamilbe dringt in eine Wirtszelle (Arbeiter- oder Drohnenlarven), kurz bevor die Zelle verdeckelt wird, ein.)
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Sobald sie drin ist, versteckt sie sich auf dem Rücken liegend, in der Brutnahrung (von der Oberseite der Zelle aus betrachtet). Milben haben spezielle Anhänge, die „Peretrimes“ genannt werden (im Wesentlichen sind es Schnorchel), die ihnen beim Atmen helfen. Kurz nachdem eine Zelle verdeckelt ist, spinnt die sich im Inneren befindende Larve einen Kokon und wird dann zu einer Puppe. Die Milbe ernährt sich erst etwa fünf Stunden nach dem Verdeckeln der Zelle (nachdem das Spinnen abgeschlossen ist), und das erste Ei wird 70 Stunden nach dem Verdeckeln der Zelle gelegt.
- - Auftauchen 21 Tage (Bereich 18 bis 22 Tage Arbeiter, 24 Tage Drohne).
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Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung beginnt die Behandlung kurz bevor die Bienen mit dem Verdeckeln der Bienenwaben beginnen.
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Zum Vermeiden der obengenannten Nachteile verwendet die Erfindung eine in Oberflächenelemente unterteilte Platte, die zwischen den zwei Seiten der Wabenfundamente positioniert ist. - Jedes Flächenelement kann einzeln erwärmt werden, die in die Flächenelemente unterteilte Platte bedeckt die gesamte Oberfläche der Wabenkörper.
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Jedes Oberflächenelement weist eine Abmessung von 1,4 cm × 1,4 cm auf, die ungefähr der Größe von etwa 8 Arbeiterzellen entspricht. Bei einer Wabenrahmengröße von 25 cm × 25 cm können ca. 320 Oberflächenelemente die gesamte Wabe bedecken.
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Durch experimentelle Tests wurde nachgewiesen, dass es möglich ist, mit 0,25 W pro Oberflächenelement in ungefähr 3 Minuten um 9 Grad zu erhöhen, mit einer Abkühlung um 6 Grad in 4 Minuten.
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Unter der Annahme einer 100%igen Spanne mit 0,5 W pro Oberflächenelement würde dies bedeuten, dass bei gleichzeitigem Betrieb aller Oberflächenelemente eine Gesamtleistung von ca. 160 W für 3 bis 4 Minuten erreicht wird.
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Durch Steuern der Aktivierung der einzelnen Oberflächenelemente und unter der Annahme einer Aktivierung in Gruppen, die aus 10 Oberflächenelemente gebildet werden, wird man eine durchschnittliche Leistung von 5 W haben, und die Wabenrahmenbehandlung wird in 3*320/10=96 Minuten abgeschlossen sein (gruppenweise Erwärmung der Oberflächenelemente, eine Gruppe nach der anderen).
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Da man weiß, dass die Varroa sich erst nach 5 Stunden nach dem Verschließen der Zelle ernährt, bedeutet das, dass es möglich ist, 300/96 bis zu 3 Mal alle Wabenzellen in diesem Zeitraum mit einer durchschnittlichen Leistung von 5W zu behandeln.
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Die Varroa-Behandlung wird mit einer zusätzlichen Zeitspanne von einem Tag durchgeführt, bis alle Wabenzellen verschlossen sind, um die vollständige Abtötung der Varroa in den Zellen zu gewährleisten.
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Durch die individuelle Steuerung der Oberflächenelemente ist es möglich, die Wabentemperatur mit einem Heizzyklus zu regeln, der das Fundament für die gewünschte Zeit auf die gewünschte Temperatur bringt.
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Unter Berücksichtigung des Varroa-Entwicklungsprozesses beginnt die Behandlung bei Drohnenwaben in einer Ausführung 9 Tage nach der Eiablage und endet nach mindestens 2 Tagen, d.h. 11 Tage nach der Eiablage.
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Der Behandlungsprozess stellt sicher, dass mindestens zwei Wiederholungen des Temperaturzyklus für jede Zelle innerhalb von 5 Stunden nach dem Verschließen durchgeführt werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale eines Wabenrahmens zur Bekämpfung von Varroa nach der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, die ein nicht-einschränkendes Beispiel darstellt, in dem:
- 1 eine Draufsicht auf einen wabenförmigen Breitrahmen zeigt;
- 2 eine Schnittansicht von 1 entlang der Linie I-I von 1 zeigt;
- 3 einen detaillierten Schnitt durch die Platte 30 zeigt;
- 4 eine Draufsicht auf das Blatt 32 ohne die Abdeckung 31 zeigt;
- 5 ein Detail eines Oberflächenelements mit dem breiten Wabenfundament und dem zugehörigen Heizelement zeigt;
- 6 eine Detailansicht einer breiten Wabenzelle auf der Platte 30 mit einer Varroa und einem Teil der Bienenbrut ist;
- 7 ein typisches Temperaturprofil in der Brutzellbasis und in der Mitte in Richtung des Zelldeckels zeigt;
- 8 und 9 zwei verschiedene mögliche Behandlungsabläufe für die Brutwabenstruktur zeigen;
- 11 eine Draufsicht ohne Deckblatt einer möglichen Realisierung des Heizelements der Platte zeigt;
- 12 eine Schnittansicht entlang der Linie I-I von 11 der kompletten Platte zeigt.
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In den Abbildungen sind gleiche Teile mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Eine erste Ausführungsform der Erfindung ist in 1, eine Draufsicht auf einen Wabenrahmen 10 mit einem Wabenfundament 210, dargestellt.
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2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie I-I, dargestellt in 1.
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In der Schnittansicht von 2 erkennt man einen oberen Teil des Wabenfundaments 210 und einen unteren Teil des Wabenfundaments 220 und dazwischen eine wärmeleitende Behandlungsplatte 30. Sie besteht aus zwei Blechen 31 und 32, die Heizelemente 300 umschließen, die von Strom- und Antriebskreisen gesteuert werden, wie in der Schnittansicht von 3 dargestellt.
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Auf dem Blatt 32 gemäß der Draufsicht von 4 ohne das Deckblatt 31 sind gleichmäßig verteilte Heizelemente 300 angeordnet, welche die die gesamte Fläche 32 in gleiche Rechtecke 301 unterteilt.
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Sie sind in Zeilen 41 bis 44 und Spalten 51 bis 59 angeordnet. Außerdem befindet sich auf dem Blatt 32 ein Mikrocontroller 60, der mit einem Zeilentreiber 64 verbunden ist mit Ausgangsleitungen 41 bis 44 und einen Spaltentreiber 65 mit Ausgangsleitungen 51 bis 55.
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Jedem Oberflächenelement 301 ist ein Heizelement 300 zugeordnet, das von der Leitung versorgt wird, die seiner Position auf Blatt 32 entspricht.
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Wie beispielsweise in 4 an Position 41, 51 dargestellt, ist das Heizelement mit der Leitung 41 und 51 des Zeilentreibers 64 und des Spaltentreibers 65 verbunden, wie in 5 dargestellt, die ein Detail von 4 zeigt.
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Dies ermöglicht es, einen einzelnen Widerstand oder eine Gruppe von ihnen anzusteuern. Das Blatt 31 ist eine Abdeckung des Blattes 32, welches die elektrischen Komponenten vor direktem Kontakt mit dem Bienenwachs schützt.
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Um die Drohnenwabenzellen zu behandeln, wird zunächst durch den Mikrocontroller 60 die Oberflächentemperatur 32, T0 gemessen, diese Temperatur wird mit der gewünschten Milbenbehandlungstemperatur T2 verglichen. Durch die Festlegung der gewünschten Temperaturerhöhung wird die Aktivierungsleistung und die Zeit t1 definiert. Anschließend werden die den Oberflächenelementen 301 zugeordneten Heizelemente mit der berechneten Behandlungsleistung z.B. 0,5 W für die Behandlungszeit t1 aktiviert. (Durch die Messung der Widerstandsänderung ist es später möglich, die im Oberflächenelement 301 erreichte Temperatur zu schätzen).
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Ziel ist es, die Oberflächenelement- und Wabengrundtemperatur für eine bestimmte Zeit, die Varroa tötet, zu erhöhen, es können 45 Grad für 3 Minuten sein.
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Wie die Behandlung funktioniert, ist in 6 detailliert zu sehen, die einen Schnitt durch einen Teil einer Brutzelle zeigt, wo man die Metallplatte 30 sehen kann, die aus den beiden Blättern 301 und 302 besteht. Die Zellenbasis (Durchmesser 5 mm) wird durch das Wabenfundamentfüllmaterial 202 mit einer dünnen Bienenwachsschicht (1,5 mm) 201 gebildet. In der Brutzelle, die aus der Basiszelle 201 und den Wänden 203 gebildet wird, ist schematisch die Varroamilbe 81 und der untere Teil der Larve 80 dargestellt.
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Wie bekannt ist, versteckt sich die Varroa 81 beim Verschließen der Zelle auf der Unterseite 200 der Zelle, nahe der Basis 201, unter der Larve 81 und bewegt sich etwa 5 Stunden lang nicht.
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Dies geschieht 9 Tage nach der Eiablage, wenn der Behandlungsprozess beginnt und die Erwärmung der Oberflächenelemente 301 nacheinander aktiviert wird.
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In 7 sind das Temperaturprofil 810 und 800 dargestellt, das der Temperatur 200 der Zellenbasis entspricht, wo sich die Varroa 81 befindet, und die Temperatur in der Mitte der Zelle (5-6 mm in Richtung Zellendeckel), die die Temperatur der Larve 80 darstellt.
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T2 ist die gewünschte Varroabehandlungstemperatur bei angenommenen 45 Grad, T0 ist die Zellentemperatur vor der Aktivierung des Heizelements 300. Der Mikrocontroller 60 misst die durchschnittliche Umgebungstemperatur T0 und berechnet die benötigte Aktivierungszeit t1 und die Leistung proportional zum gewünschten Temperaturanstieg T2-T0.
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Wie in 7 mit dem Graphen 810 dargestellt, steigt die Temperatur in der Basis, in der sich die Milbe 81 befindet, schnell an (3 min 0,5 W 9 Grad Anstieg) und steigt nach dem Ausschalten des Heizelements 300 weiter an, bis eine maximale Temperatur T2 erreicht ist.
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Wenn T2 im Bereich der latenten Bienenwachswärme liegt, bleibt die Temperatur für eine gewisse Zeit 4 stehen, bis sie zum Zeitpunkt t5 schneller fällt.
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Das Temperaturprofil in der Zellmitte von Graph 800, das der Bienenlarve 80 entspricht, beginnt mit einer Verzögerung zu steigen, das durch Wärmediffusion, abhängig von der Wärmeleitfähigkeit des Zellenmaterials, verursacht wird, bis eine maximale Temperatur T1 zum Zeitpunkt t4 erreicht wird.
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Es ist wichtig festzustellen, dass die Milbe 81 ein Verhältnis Oberflächen/Volumen hat, das viel höher ist als das der Larve 80, was bedeutet, dass sich die Temperatur innerhalb der Milbe viel schneller ausbreitet.
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Die Heizsequenz der Oberflächenelemente 301 breitet sich entlang der Waben in horizontaler Richtung aus und aktiviert nacheinander die Spalten 51 bis 56, wie in 8 dargestellt. Ist der Energiebedarf in Abhängigkeit von der erforderlichen Temperaturerhöhung T2-T0 zu hoch, ist es möglich, die gesamte Plattenoberfläche (30) in zwei Schritten zu beaufschlagen, wie in 9 dargestellt.
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Die Spannungsabgabe der Leitungen 41, 44 und 51, 54, die durch die Zeilen- und Spaltentreiber erzeugt werden, kann durch integrierte Register in den Treibern 64, 65 definiert werden, in denen das Datenbit seriell übertragen wird.
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Angenommen, es sind 24×24 Leitungen vorhanden, werden 2*3 Byte benötigt, und wenn dabei die Taktübertragung 5Khz beträgt, erfolgt eine komplette Statusaktualisierung der Leitungen in 1,2 ms.
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Eine weitere Ausführungsform misst den Widerstand der Heizelemente 300, um genau die Temperatur an der zugeordnetes Oberflächenelement 301 zu bewerten, um die erforderliche Energie zum Erreichen der T2-Temperatur genauer zu berechnen. Dies kann erreicht werden, indem nur ein Heizelement versorgt und der entnommene Strom gemessen wird, wobei die Gesamtmesszeit unter Berücksichtigung von 1,2 ms zur Auswahl des Heizelements und 8 ms zur Durchführung der Strommessung und Widerstandsberechnung in der Größenordnung von 10 ms liegt, was im Vergleich zur Versorgungszeit, die in der Größenordnung von Minuten liegt, vernachlässigbar ist. Im Prinzip ist es möglich, mit einer Matrix 24X24 eine ganze Temperaturkarte der Platte in weniger als 6 s zu erzeugen.
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9 zeigt im Detail eine mögliche Ausführung der Platte 30 mit den Widerständen 300 und alternierend zu den Widerständen einen Wärmeleiter 400, was einen guten Wärmeübergang zwischen den beiden Außenblechen 31, 32 gewährleistet.
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Die beiden Außenbleche 31, 32 können aus einem dünnen Edelstahl gefertigt sein, wohingegen der Wärmeleiter aus Aluminium hergestellt sein kann. Die Widerstände können Kohlenstofffolienwiderstände sein oder durch Dickschichttechnik hergestellt werden.
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Oder die Widerstände und elektrischen Schaltungen können direkt auf ein Blatt 32 mit einer keramischen dielektrischen Schicht gedruckt werden, die elektrisch isoliert, aber wärmeleitend ist.
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Eine weitere Möglichkeit kann eine kostengünstige transparente Kunststofffolie sein, die mit einem Polymer-Dickschicht (PTF) Widerstand und einer Leiterbahn bedruckt wird. In diesem Fall kann die dünne Kunststoffschicht mit integrierten Heizelementen direkt zwischen zwei leitenden Edelstahlblechen positioniert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 8272921 B2 [0003]
- DE 102013006265 A1 [0004]
