DE3707547A1 - Verfahren und vorrichtung zum verspritzen von pflanzenschutzmittelloesungen oder -dispersionen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Begrenzung der Sprühnebelausbreitung beim Aus­ bringen von Pflanzenschutzmittellösungen oder -disper­ sionen mittels Spritz- oder Sprühdüsen.

Es ist bekannt, daß bei Anwendung der konventionellen Druckzerstäubung für wäßrige Pflanzenschutzpräparate der wirksame Niederschlag auf den Pflanzen weniger als 25% der aufgewandten Menge betragen kann. Die Verluste sind im wesentlichen bedingt durch die Abtrift des feinen Tropfenanteils durch den Wind und den Durchgang der größeren Tropfen bis zum Erdboden.

Aus diesem Grunde ist man seit längerer Zeit bemüht, durch elektrische Aufladung der Tröpfchen eine gezielte Abscheidung auf allen Teilen der Pflanze, besonders auch an der Blattunterseite und dem Stengel zu er­ reichen.

Es sind verschiedene Aufladungsverfahren für den Sprüh­ nebel bekannt und es konnte nachgewiesen werden, daß durch Aufladung und Abscheidung im elektrischen Feld tatsächlich eine deutliche Verbesserung des Tropfen­ niederschlags auf der Pflanze möglich ist.

Zu den Bedingungen der wirksamen elektrischen Abschei­ dung gehört jedoch die Anwendung sehr feiner Tröpfchen, da die elektrostatischen Kräfte auf die Bewegung größerer Tropfen wenig Einfluß haben.

Da einerseits aus Gründen des Umweltschutzes die Redu­ zierung der auszubringenden Wirkstoffmenge erwünscht ist, andererseits der beabsichtigte Schutzeffekt erhal­ ten bleiben soll, was nur bei guter Flächendeckung der Pflanzenteile mit dem Schutzmittel möglich ist, ist auch aus diesen Gründen die Anwendung feiner Tröpfchen er­ forderlich.

Beim Einsatz von Feldgeräten mit relativ großem Abstand zwischen den Düsen und der Pflanzendecke, z.B. 0,5 m, tritt bei Verwendung elektrisch aufgeladenen Sprühnebels außer der nützlichen Abscheidung auf den Pflanzen noch ein störender Nebeneffekt auf, der darin besteht, daß sich die gleichnamig geladenen Tröpfchen gegenseitig ab­ stoßen, was zur Folge hat, daß sich die geladene Nebel­ wolke spontan ausdehnt, wobei ein großer Teil der Tröpf­ chen aus dem Bereich des wirksamen Abscheidefeldes hinausgetragen wird.

Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zur wirksamen Ausbringung von Pflanzenschutz­ mitteln mit Großgeräten zu entwickeln, bei dem die Vor­ teile der elektrischen Abscheidung erhalten bleiben, die unzulässige Ausbreitung des Sprüh-Aerosols auf die Umge­ bung des Zielgebietes aber vermieden wird. Gleichzeitig wird dabei angestrebt, daß die bereits vorhandenen Feld­ spritzgeräte mit einfachen Mitteln auf elektrischen Betrieb umgerüstet werden können.

Für die Lösung dieser Aufgaben scheidet das bekannte, wirksamste Aufladeverfahren für leitfähige, wäßrige Flüssigkeiten, nämlich die Kontaktaufladung aus, da in diesem Falle die Düsen unter Hochspannung gesetzt werden müssen, wobei wegen der Leitfähigkeit der Flüssigkeit, auch der Vorratsbehälter, der über die Zuleitungen mit den Düsen in elektrischem Kontakt steht, die Hoch­ spannung annimmt. Auch bei ausgezeichneter Isolation aller Teile wäre dieser Zustand wegen der hohen elektri­ schen Kapazität des Systems gefährlich.

Eine andere bekannte Art der Tropfenaufladung ist die Korona-Aufladung, mit der über Gasentladungen durch Korona-Elektroden unmittelbar an der Sprühduse eine Tropfenaufladung möglich ist, auch wenn die Düse an Erdpotential liegt. Die spezifische Höhe der Tropfen­ ladung ist dann im allgemeinen geringer als bei Anwen­ dung der Kontaktaufladung. Auch das elektrische, an der Pflanzendecke wirksame Abscheidefeld ist in diesem Falle geringer als bei Kontaktaufladung, wenn die Düsen selbst an Spannung liegen.

In beiden Fällen ist der störende Nebeneffekt für große Sprühabstände, nämlich die Ausdehnung der Sprühwolke durch Abstoßung und die Gefahr der Abtrift gegeben.

Es wurde nun eine Möglichkeit gefunden, die Ausbreitung des Sprühnebels über den Sollbereich hinaus wirksam zu reduzieren, ohne dabei die bevorzugte Abscheidung auf den Pflanzen zu beeinträchtigen.

Gemäß der Erfindung wird die Ausbreitung des Sprühnebels beim Ausbringen von Pflanzenschutzmitteln mit Feldgerä­ ten dadurch begrenzt, daß in der Spritzzone mittels un­ ter hoher Gleichspannung stehender Elektroden zwischen diesen Hochspannungselektroden und dem Erdboden ein elektrisches Sperrfeld erzeugt wird und die Feldstärke an den Hochspannungselektroden so hoch eingestellt wird, daß an den Hochspannungselektroden durch Korona-Entla­ dung Gasionen gebildet werden, die einerseits zum Erdboden abfließen und andererseits die verspritzten oder versprühten Tröpfchen aufladen, so daß die Tröpf­ chen durch Coulomb-Kräfte im Sperrfeld auf den Pflan­ zenbestand bzw. die zu behandelnde Bodenfläche gedrückt werden. Das Sperrfeld wird also durch eine Anordnung von Hochspannungselektroden in der Umgebung der Spritzdüsen zwischen den Elektroden und dem Erdboden aufgebaut. Sprühstellen an den Elektroden verursachen dabei Korona­ entladungen, die Gasionen beiderlei Vorzeichens erzeu­ gen, so daß ein Ionenstrom zwischen den Elektroden und dem Erdboden fließt. Gelangen nun Flüssigkeitströpfchen aus der inneren Sprühzone in dieses Sperrgebiet, so werden sie durch die Ionen elektrisch aufgeladen und durch Coulomb-Kräfte an den Boden gedrückt. Andererseits trägt die Aufladung der Tröpfchen zur gezielten Abschei­ dung auf den Pflanzen bei.

Vorteilhaft wird an die Elektroden eine Hochspannung von 50 bis 100 kV, vorzugsweise 70 bis 80 kV, gegen Erde angelegt, wobei durch die Koronaentladung pro Elektrode ein Ionenstrom von 30 µA bis 70 µA, vorzugsweise 40 µA bis 50 µA, erzeugt wird.

Ferner wird zweckmäßigerweise der Abstand b zwischen den Hochspannungselektroden und den Spritzdüsen sowie die Höhe e der Hochspannungselektroden über dem Erdboden so bemessen, daß der zum Erdboden abfließende Ionenstrom groß ist gegenüber dem zur Spritzdüse fließenden Strom.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geht aus von einem bekannten Feldsprühgerät mit Spritzdüsen zum Ausbringen von Pflanzenschutzmittel­ lösungen oder -dispersionen. Sie ist erfindungsgemäß da­ durch gekennzeichnet, daß seitlich der Spritzdüsen min­ destens jeweils zwei Hochspannungselektroden in Form von vertikal angeordneten Metallstäben vorgesehen sind. Die Metallstäbe können dabei massiv oder hohl sein; d.h. an­ stelle der Metallstäbe können auch Rohre verwendet wer­ den.

Vorzugsweise schließt das untere Ende der Metallstäbe mit einem scharfen Rand ab, der eine Sprühstelle für die Erzeugung einer Koronaentladung bildet.

Bei einer bewährten Ausführungsform beträgt der Durch­ messer der Metallstäbe 5 mm bis 50 mm, vorzugsweise 10 mm bis 30 mm, und ihre Länge 100 mm bis 500 mm, vor­ zugsweise 200 mm bis 300 mm.

Durch die Anordnung von Spritzdüsen und Hochspannungs­ elektroden in relativ großer Entfernung vom Trägergerüst wird die abschirmende Wirkung des geerdeten Gerüstes auf die Hochspannungselektroden stark vermindert. Das hat zur Folge, daß sich ein starkes Abscheidefeld über der Pflanzendecke aufbaut und daß ferner der elektrisch ge­ ladene Sprühnebel nicht auf dem Gerüst selbst niederge­ schlagen wird. Die Spritzdüsen werden also nicht wie normalerweise üblich in den Trägerbalken eingesetzt, sondern sind weiter nach unten zum Erdboden hin verlegt. Beiderseits einer Düsenreihe ist eine Reihe von Hoch­ spannungselektroden angeordnet, deren Bodenabstand e kleiner oder gleich ist dem Bodenabstand f der Spritz­ düsen. Diese Geometrie trägt mit dazu bei, daß sich der Sprühnebel nicht an den Metallstäben niederschlägt.

Wie oben schon erwähnt, wird der Abstand b zwischen den Koronasprühstellen an den Metallstäben und den Spritz­ düsen so groß gewählt, daß der Hauptanteil des Feldes und des Ionenstroms zur Bodenfläche hin, nicht aber zur geerdeten Spritzdüse hin gerichtet ist.

Auch wenn der Abstand b zwischen Spritzdüsen und Hoch­ spannungselektroden kleiner ist als der gemeinsame Bodenabstand e bzw. f, so ist doch der weitaus über­ wiegende Teil des elektrischen Feldes oberhalb der Bodenfläche oder der Pflanzendecke wirksam, da die als großflächige Elektrode wirkende Bodenfläche weitaus stärker zum elektrischen Feld beiträgt als die relativ kleinen Spritzdüsen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schnittbild durch den Trägerbalken eines Feldsprühgerätes mit einer Düse und zwei Hochspannungselektroden und

Fig. 2 eine Draufsicht des Trägerbalkens mit den Düsen und den Hochspannungselektroden.

In Fig. 1 sind der Trägerbalken (ein Bestandteil des Trägergerüstes der Feldsprühapparatur, die hier nicht gezeichnet ist) mit 1, das Verteilerrohr für die Spritz­ flüssigkeit mit 2 und das Zuleitungskabel für die Hoch­ spannung mit 3 bezeichnet. Über den Kabelanschluß 3 und eine Leitung an oder innerhalb der isolierten Verbin­ dungsstäbe 4 wird die elektrische Spannung an die Hoch­ spannungselektroden 5 herangeführt. Die Elektroden 5 sind vertikal und seitlich des Trägerbalkens 1 (Abstand b) angeordnet. Sie bestehen aus Metallstäben oder Me­ tallrohren und weisen an ihrem unteren Ende eine kreis­ förmige, scharfe Sprühkante 6 auf. In der Mitte zwischen den beiden stabförmigen Metallelektroden 5, d.h. ver­ tikal unter dem Verteilerrohr 2, ist eine Spritzdüse 7 angebracht, die über ein Rohrzwischenstück 8 mit dem Verteilerrohr 2 in Verbindung steht. Die Spritzdüse 7 kann eine normale Zweistoffdüse sein, die mit Preßluft zum Versprühen der Flüssigkeit beaufschlagt wird. Die optimale Abstandseinstellung der Elektroden 5 hängt von der Arbeitshöhe über der Pflanzendecke, von der Höhe der Betriebsspannung, von der Art der Spritzdüsen und vom Flüssigkeitsdurchsatz ab.

An der scharfen Sprühkante 6 bildet sich eine Koronaent­ ladung aus, die zu einer Ionisierung des umgebenden Gas­ raumes führt. Daraus resultiert eine Ionenstromvertei­ lung, die den langgestrichelten Linien in Fig. 1 ent­ spricht. Die Verteilung der von der Spritzdüse ausgehen­ den Sprühtröpfchen ist dagegen durch die kurzgestrichel­ ten Linien angedeutet.

Die von den Hochspannungselektroden 5 ausgehenden elek­ trischen Felder beiderseits des Sprühfächers der Düse 7 stellen die Sperrzonen für die kleinen Tröpfchen dar, die entweder beim Zerstäubungsprozeß an der Düse 7 ent­ stehen oder die beim Aufprall größerer Tropfchen auf die Pflanzenoberfläche bzw. den Erdboden gebildet werden. Die Sperrwirkung kommt dadurch zustande, daß sich die durch die Koronaentladung erzeugten Gasionen an die Sprühtröpfchen anlagern, so daß diese gleichnamig zu den Hochspannungselektroden 5 aufgeladen werden und im Sperrfeld eine nach unten gerichtete Kraftkomponente er­ fahren.

Aus Fig. 2 ist die Verteilung von Spritzdüsen 7 und Hochspannungselektroden 5 ersichtlich. Um den Transport des mehrere Meter breiten Feldsprühgerätes (Länge des Trägerbalkens 1) zu erleichtern, ist der Trägerbalken 1 mit mehreren Gelenken bzw. Scharnieren versehen. Auf diese Weise kann der Trägerbalken 1 für Transportzwecke platzsparend zusammengelegt bzw. gefaltet werden. Unter Berücksichtigung dieser Anforderungen sind die Hoch­ spannungselektroden 5 paarweise zu beiden Seiten des Trägers 1 im Abstand b angeordnet und in der Längsrich­ tung der Düsenreihe auf die Zonen zwischen den Düsen derart verteilt, daß sie beim Zusammenlegen genau die Zwischenräume ausfüllen und nicht übereinander zu liegen kommen. Normalerweise beträgt der Abstand g zwischen zwei Düsen der Reihe ca. 0,5 m. Auf dieser Strecke muß dann mindestens ein Elektrodenpaar angebracht werden.

Weiterhin wird die optimale geometrische Dimensionierung der Vorrichtung dadurch bestimmt, daß der Sprühnebel sich nicht an den Hochspannungselektroden 5 nieder­ schlägt. Außerdem müssen die Elektroden 5 möglichst tief gesetzt werden, damit sich ein starkes Bodenfeld ausbil­ den kann. Daraus resultiert, daß der Abstand b zwischen den Hochspannungselektroden 5 und den Spritzdüsen 7 und die Höhe e der Hochspannungselektroden so gewählt wer­ den, daß der von den Hochspannungselektroden 5 zum Erdboden abfließende Ionenstrom etwa um den Faktor 10 größer ist als der zur Spritzdüse 7 fließende Ionen­ strom.

Es wurde gefunden, daß die nachfolgenden Hinweise hin­ sichtlich der Dimensionierung und der Feldstärke mit diesen Anforderungen in Einklang stehen. Der Abstand b zwischen den Hochspannungselektroden 5 und dem Träger­ balken 1 kann 0,1 m bis 0,5 m, vorzugsweise 0,2 m bis 0,3 m, betragen. Der Durchmesser d der Hochspannungsel­ ektroden 5 soll im Bereich zwischen 5 mm und 50 mm, vor­ zugsweise zwischen 10 mm und 30 mm, und die Länge c der Stäbe 5 zwischen 0,1 m und 0,5 m, vorzugsweise zwischen 0,2 m und 0,3 m, liegen. Die Spritzdüsen 7 sind mittels der Abstandsrohrstücke 8 in einer Entfernung a gleich 0,3 m bis 0,6 m unter dem Trägerbalken 1 befestigt. Die Spritzdüsen 7 sind auf gleicher Höhe wie die Sprühkanten 6 der Hochspannungselektroden 5 oder bis maximal 30 mm über dem Niveau der Sprühkanten 6 (vorzugsweise 10 mm darüber) angeordnet.

Für den Betrieb der Anlage kann die erforderliche Hoch­ spannung von 50 bis 100 kV, vorzugsweise 70 bis 80 kV, aus einem kleinen Hochspannungsgenerator 9 nach dem Stand der Technik entnommen werden. Für die Energiebelie ferung dieses Generators reicht im allgemeinen die elek­ trische Anlage der Zugmaschine für das Feldsprühgerät aus. Bei einer Betriebsspannung von 70 kV liefert jede Elektrode 5 einen Ionenstrom von 40 µA bis 50 µA.

Weiterhin wird mit der Erfindung der Vorteil erzielt, daß man jetzt Sprühdüsen für eine wesentlich feinere Flüssigkeitszerstäubung als bisher einsetzen kann. Aufgrund der Sperrwirkung der die Hochspannungselek­ troden umgebenden elektrischen Felder läßt sich die Ausbringung von flüssigen Pflanzenschutzmitteln umwelt­ freundlicher und wesentlich verlustärmer gestalten.

Claims (8)

1. Verfahren zur Begrenzung der Sprühnebelausbreitung beim Ausbringen von Pflanzenschutzmittellösungen oder -dispersionen mittel Spritz- oder Sprühdüsen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Spritzzone mit­ tels unter hoher Gleichspannung stehender Elektro­ den (5) zwischen diesen Hochspannungselektroden (5) und dem Erdboden ein elektrisches Sperrfeld erzeugt wird und die Feldstärke an den Hochspannungselek­ troden so hoch eingestellt wird, daß dort durch Koronaentladung Gasionen gebildet werden, die einerseits zum Erdboden abfließen und andererseits die verspritzten bzw. versprühten Tröpfchen aufla­ den, so daß die Tröpfchen durch Coulomb-Kräfte im Sperrfeld auf den Pflanzenbestand bzw. die zu be­ handelnde Bodenfläche gedrückt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Elektroden (5) eine Hochspannung von 50 bis 100 kV, vorzugsweise 70 bis 80 kV, gegen Erde angelegt wird und durch die Koronaentladung an jeder Elektrode (5) ein Ionenstrom von 30 µA bis 70 µA, vorzugsweise 40 µA bis 50 µA erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand (b) zwischen den Hoch­ spannungselektroden (5) und den Spritzdüsen (7) und die Höhe(e) der Hochspannungselektroden (5) so ge­ wählt werden, daß der zum Erdboden abfließende lonenstrom groß ist gegenüber dem zur Spritzduse (7) fließenden Strom.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, bestehend aus einem Feldsprühge­ rät für Pflanzenschutzmittellösungen oder -disper­ sionen, die durch Spritzdüsen (7) versprüht werden, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich der Spritzdü­ sen (7) mindestens jeweils zwei Hochspannungselek­ troden (5) in Form von vertikal angeordneten Me­ tallstäben (massiv oder hohl) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der untere Rand (6) der Metallstäbe (5) als Sprühstelle für eine Koronaentladung scharf­ kantig ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Durchmesser d der Hochspannungs­ elektroden (5) 5 mm bis 50 mm, vorzugsweise 10 mm bis 30 mm, beträgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Länge (c) der Hochspannungselek­ troden (5) 0,1 m bis 0,5 m, vorzugsweise 0,2 m bis 0,3 m, beträgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spritzdüsen (7) auf gleicher Höhe oder geringfügig oberhalb der Sprühkante (6) der Hochspannungselektroden (5) angeordnet sind.