Der Luftprüfstand

Abb. 1: Beurteilung der Luftverteilung eines Querstromgebläses mit einem Wollfaden

Um die Luftverteilung eines Gebläses einstellen zu können, müssen der Luftvolumenstrom und seine Verteilung im Raum sichtbar gemacht werden. Bis heute wird dies auch noch mit der einfachsten Form eines Luftmessgerätes, einem Flatterband oder Wollfaden, durchgeführt. Da sich die Bänder oder Fäden bei ausreichender Geschwindigkeit der Luft; d.h. ausreichender Drehzahl des Gebläses, in der Luftströmung an der jeweiligen Position ausrichten, können die Strömungsrichtung der Luft an den jeweiligen Positionen des Gebläses sichtbar gemacht und anhand der Intensität des Flatterns Anhaltspunkte zur Luftgeschwindigkeit gewonnen werden. Diese Abschätzungen sind jedoch äußerst grob und ergeben keinerlei Daten, weshalb eine fundierte Beurteilung der Qualität der Luftverteilung sowie der Luftvolumina des Gebläses anhand von Parametern und Grenzwerten in der Vergangenheit nicht möglich war und eine nur sehr ungefähre Einstellung der Arbeitshöhe des Gebläses erlaubt hat. So waren denn auch bis in die jüngste Vergangenheit außer der Leistungsaufnahme an der Zapfwelle und einer am Luftaustritt oder Lufteintritt gemessenen Luftleistung sowie eventuell noch einer Luftgeschwindigkeit keinerlei Daten zu Gebläsen verfügbar, die eine Beurteilung und Auswahl von Gebläsen anhand ihrer Eigenschaften und ihrer Qualität erlaubt hätten. Diese Lücke wurde erst im Jahr 2011 geschlossen, als die Fa. Ernst Herbst Messtechnik in Anlehnung an ein in den 1990er Jahren in Österreich entstandenes Vorgängermodell einen Luftprüfstand entwickelt hat, mit dem die Luftverteilung von Gebläsen für Sprühgeräte in Raumkulturen gemessen und über Prüfprotokolle sichtbar gemacht werden kann.

 

Neuentwickelter  Luftprüfstand

Abb. 2: Der Luftprüfstand mit elektrischem Antrieb für das Sprühgerät

Die Messtechnik, mit der der Trägerluftstrom eines Gebläses sichtbar gemachtwerden kann,  steht mit der Entwicklung des Luftprüfstandes „WP5000“ durch die Fa. Ernst Herbst Prüftechnik, Hirschbach, seit dem Jahr 2011 zur Verfügung. Das erste Gerät wurde von der Marktgemeinschaft Bodenseeobst eG, Friedrichshafen angeschafft, sechs weitere sind inzwischen in Südtirol, der Steiermark, im Rheingau, in Südfrankreich und am Bodensee im Einsatz. In den ersten Jahren nach der Entwicklung des ersten Gerätes wurden sowohl Steuerung und Bedienung sowie auch das ursprünglich von P. Triloff entwickelte Protokoll in Zusammenarbeit mit Kollegen und Sprühgeräteherstellern laufend verbessert, so dass heute ein zuverlässiges Messinstrument mit einem aussagekräftigen Protokoll verfügbar ist.

 

Die Datenebenen

Abb. 3: Die sechs Sender und Empfänger eines Ultra-schallsensors für die Erfasung der Windgeschwindigkeit in x, y und z-Richtung

Die Charakteristika des Trägerluftstroms eines Gebläses und dessen Verteilung im Raum können prinzipiell aus der Geschwindigkeit der Luft sowie deren Richtung aus den Winkeln der drei Raumachsen x, y und z bestimmt werden. Hierfür werden ursprünglich für die Meteorologie entwickelte Ultraschallsensoren verwendet, die ohne mechansich bewegte Bauteile auskommen und sehr genaue Messergebnisse zu Luftgeschwindigkeit  und Strömungsrichtung liefern.  Aus der mit diesen Sensoren ermittelten Geschwindigkeit der Luft kann über eine Zeiteinheit und die Querschnittsfläche des Messfeldes eines Sensors ein Luftvolumenstrom in m3 s‑1 oder m3 h‑1 errechnet und dieser zusammen mit der Richtung, in die sich dieser bewegt, elektronisch weiterverarbeitet werden. Durch die Verknüpfung mit der Position in einer vertikalen Messebene in Fahrtrichtung des Sprühgerätes, in der diese Daten gemessen wurden, kann in einem zweiten Schritt die Verteilung des vom Gebläse produzierten Luftvolumenstroms zweidimensional graphisch dargestellt werden. Werden in einem letzten Schritt Parameter mit zugehörigen Grenzwerten eingeführt, welche die Mindest-Qualität einer geforderten Luftverteilung unabhängig von der Art des Gebläses definieren, lässt sich die Luftverteilung und deren Qualität ausschließlich aus gemessenen Daten automatisch darstellen und überprüfen.

 

Das Prüfprotokoll

Das Prüfprotokoll, das prinzipiell aus den gespeicherten Rohdaten einer Messung erstellt wird, umfasst zwei Seiten:
Seite 1 enthält neben den Angaben zur Prüfstelle, der Identifikationsnummer des Prüfberichts sowie bei bestandener Prüfung der Prüfnummer der Prüfplakette und dem Besitzer des Sprühgerätes eine Zusammenfassung mit den wichtigsten Daten und dem Ergebnis der Prüfung.

Abb. 4: Die Seite 1 des Prüfprotokolls

Weiterhin sind sogenannte Umweltdaten aus der Typenprüfung des jeweiligen Gebläsetyps in einer Tabelle angegeben. Diese enthält Angaben zu Leistungsaufnahme an der Zapfwelle, Dieselverbrauch ab Dieseltank des Traktors, CO2-Emissionen, sowie Energieeffizienz und Lärmemissionen bei drei verschiedenen Zapfwellendrehzahlen: der minimalen bei 300 min‑1 in Gebläsestufe I, der eigentlichen Prüfdrehzahl bei 460 min‑1 in Gebläsestufe II und der maximalen Drehzahl bei 540 min‑1 in Gebläsestufe II.

In der nachstehenden Auflistung verschiedener Parameter – getrennt in linke und rechte Gebläseseite – werden die erreichten Werte des jeweiligen Parameters dargstellt und in Beziehung zu den jeweiligen Grenzwert gesetzt. Wird die mit dem jeweiligen Grenzwert gesetzte Bedingung erfüllt, wird das entsprechende Feld grün, bei nicht erreichtem Grenzwert rot unterlegt. Die Überprüfung der Luftverteilung nach den AirCheck®-Richtlinien gilt als bestanden, wenn alle infrage kommenden Felder grün unterlegt sind. In den letzten beiden Spalten der Seite 1 finden ein Photo des Gebläses und ein Feld für einen Kommentar des Prüfpersonals Platz.

Seite 2 enthält an oberster Stelle wiederum die Kopfdaten identisch zu Seite 1. Links darunter finden sich eine weitere Zusammenfassung mit den grundlegenden Daten zum Sprühgerät und Ergebnissen der Messung, ergänzt durch Angaben zu bei der Messung verwendeten Drehzahlen von Zapfwelle oder/und Lüfter.

Abb. 5: Die Seite 2 des Prüfprotokolls

Den größten Teil der Seite 2 nimmt die graphische Darstellung der Luftverteilung ein. In der Mitte teilt eine vertikale Höhenskala von 0 – 5,0 m die Graphik in die in Fahrtrichtung linke bzw. rechte Gebläseseite in 0,1 m-Schritten auf. Daran schließt sich nach außen je eine vertikal angeordnete Reihe von Pfeilen im vertikalen Messabstand von 0,1 m an, welche den vertikalen Strömungswinkel auf jeder Messhöhe wiedergeben. Ein Strömungswinkel von 0° entspricht damit einer horizontalen Strömungsrinchtung.  Die danach folgenden, von einer senkrechten Null-Linie ausgehenden, dunkelblauen, hellblauen und grünen Flächen kennzeichnen die Volumina zweier Luftvolumenströme mit unterschiedlichen Eigenschaften auf jeder Messhöhe, die über alle Messhöhen, auf denen ein Luftvolumenstrom gemessen wurde, die jeweiligen Flächen ergeben:

  • Dunkelblau wird das Volumen der für die Applikation nutzbaren, d.h. bei 67% des nutzbaren Drehzahlbereichs noch ausreichend schnellen Luft dargestellt. Dieses sollte sich zu einem möglichst hohen Prozentsatz innerhalb eines mit zwei senkrechten, blau gestrichelten Linien begrenzten, dynamischen Korridors befinden d. h. möglichst gleichmäßig sein, damit bei einer Reduktion der Gebläsedrehzahl keine Bereiche mit zu niedrigen Luftvolumina und Luftgeschwindigkeiten entstehen.
  • Hellblau eingefärbt ist das potenziell nutzbare Luftvolumen, das sich immer über der Arbeitshöhe befindet und noch verfügbare nutzbare Luft anzeigt, die genutzt werden kann, wenn die Arbeitshöhe auf der anderen Gebläseseite durch eine Verbesserung der Luftverteilung weiter erhöht werden kann.
  • Vervollständigt wird die Flächengraphik durch die grünen Flächen außerhalb des nutzbaren und potenziell nutzbaren Luftvolumenstromss; diese stellen die nicht nutzbare Luft am Rand des Kernstroms und aus Bereichen des Gebläses mit ungenügender Luftförderung dar, die selbst bei der hohen Prüfdrehzahl immer noch so langsam ist, dass sie während der Fahrt in der Anlage nicht in die Zielstruktur gelangt. Da auch dieses nicht nutzbare Luftvolumen Sprühnebel enthält, trägt dieses zur Abdrift bei und reduziert die Effizienz des Gebläses.

Die violette horizontale Linie auf jeder Messhöhe gibt die maximale Luftgeschwindigkeit an dieser Messhöhe an und dient hier der Information. Am niedrigsten oberen Ende der nutzbaren Luft der linken oder/und rechten Gebläseseite liegt eine erste durchgezogene, horizontale Linie, welche die Arbeitshöhe bei einem Messabstand von 1,5 m im Obstbau und 1,0 m im Weinbau, entsprechend einem Reihenabstand von 3,0 m bzw. 2,0 m, darstellt, die das Gebläse mit dieser Einstellung erreicht; sie kann aber auch das Ergebnis einer indirekten Einstellung auf größere Reihenabstände sein. Eine zweite horizontale, gestrichelte Linie 0,5 m über der Arbeitshöhe stellt den Punkt dar, zu dem der Trägerluftstrom auf Null reduziert sein sollte, um das Potenzial für Abdrift zu minimieren.

Ergänzt wird die Graphik durch zwei Punktgraphiken links und rechts, welche die Querverteilung des Luftvolumenstroms darstellen, d. h. wie der Luftstrom auf die vertikale Messebene bzw. auf die Zielstruktur in der Anlage trifft. Jedes Quadrat entspricht einem Messpunkt mit 0,1 x 0,1 m Fläche, die Farben symbolisieren die Bereiche der Luftgeschwindigkeit in jedem Messpunkt: grün steht für nicht nutzbar (1,5 m s‑1 < x < 4,0 m s‑1), blau für nutzbar (x > 4,0 m s‑1) und rot für die horizontale Position der maximalen Luftgeschwindigkeit (x > 4,0 m s‑1) aller horizontalen Messpunkte der jeweiligen Messhöhe.
Vervollständigt wird die Seite 2 des Protokolls mit der Legende der graphischen Verteilung des Luftvolumenstroms.

Mit der Seite 2 sind alle für die Beurteilung der Arbeitshöhe und der Qualität der Luftverteilung eines Sprühgerätes erforderlichen Parameter dargestellt.

 

Technische Daten Luftprüfstand

Größe (Transportstellung): 3,85 m; 1,30 m; 1,50 m (L, B, H)
Gewicht: 485 kg
Messprinzip: Messung der Erhöhung oder Reduzierung der Frequenz eines Ultraschallsignals durch die Geschwindigkeit der einen Messraum durchströmenden Luft (Doppler-Effekt) in x-, y- und z-Richtung
Messbereich: (0 – 60 m s‑1)
Messergebnisse: Luftgeschwindigkeit m s-1, Strömungswinkel in x-, y- und z-Richtung
Anzahl Sensoren: 5
Messbereich: horizontal 2.000 mm; vertikal 5.000 mm; unteres Ende : 300 mm über Boden
Messraster: horizontal: 100 mm; vertikal: 100 mm
Einzelmessungen pro Messposition: 25
Zeitbedarf pro Messung: ~25 min (pro Gebläseseite, maximales Messfeld 2.000 x 5.000 mm)
Datenübertragung / Steuerung: WLAN, LAN
Protokolle: Vor (Eingangsprotokoll) bzw. nach Veränderungen am Gebläse (Prüfprotokoll), je 2 Seiten (Zusammenfassung, Einzelergebnisse der Prüfparameter/Grenzwerte; Umweltdaten (aus der Typenprüfung), Energieverbrauch, CO2-Emissionen, Energieeffizienz, Lärmemissionen; Graphische Darstellung Luftverteilung (nutzbares und nicht nutzbares Luftvolumen), Strömungswinkel auf jeder Messhöhe, Querverteilung des Trägerluftstroms (Punktgraphik)
Spezialfunktionen: Scan der Luftverteilung (zur Minimierung des Messfeldes erforderliche Ermittlung der Position des Luftvolumenstroms im Messfeld); verschiedene Luftvolumenströme (absolut, in Fahrtrichtung, horizontale Komponente (Standard); Automatische Beurteilung der Luftverteilung nach der aktuellen AirCheck®-Richtlinie
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