Satelliten- und sensorbasierte Ausbringmengensteuerung (Section Control)

Überblick

• Unter Section Control bei Pflanzenschutzgeräten versteht man die exakte Applikation von Pflanzenschutzmitteln auf Einsatzflächen im Acker- und Gemüsebau mittels dynamischer Ausbringmengensteuerung.
• Section Control verhindert Fehlstellen und Überlappungen im Bereich von Teilflächen, insbesondere bei keilförmigen und auslaufenden Flächen sowie im Randbereich, an Feldgrenzen und entlang von Flächen mit Abstandsauflagen. Applikationen ausserhalb der eigentlichen Zielfläche werden vermieden.
• Mit Section Control wird die Bedienperson entlastet, die Umwelt geschont und Betriebsmittel werden eingespart.
• Technische Voraussetzungen für die Nutzung von Section Control sind eine elektrische Ansteuerung der Spritzbalken-Teilbreiten oder Einzeldüsen, ein Bedienterminal, das freigeschaltete ISOBUS-Modul TC SC, ein Traktor mit GPS-Empfänger und auf dem Terminal hinterlegte Feldgrenzen.

SVLT «Section Control» (© Schweizer Landtechnik)

Anwendungsgebiet und Vorteile

• Section Control wird heute bei Pflanzenschutzgeräten, Düngerstreuern, auf Pflanzmaschinen und Sägeräten mit paralleler Flüssigdüngung sowie (Drill-)Sämaschinen und Einzelkornsämaschinen eingesetzt.
• Section Control verbessert die Handhabung grosser Arbeitsbreiten. Ab 12/15 m Arbeitsbreite kann der Fahrer Überlappungen und Fehlstellen generell nicht mehr richtig einschätzen. Vor allem bei nicht rechteckigen Feldern kommt es im Vorgewende und Randbereich zu Überlappungen, die aus agronomischer und ökologischer Sicht unerwünscht sind.
• Section Control minimiert Überlappungen im Vorgewende und Randbereich. Abhängig von der Schlagform ist eine Einsparung von 1 bis 5 Prozent möglich.
• Section Control bei Pflanzenschutzgeräten vermeidet unerwünschte Austräge von Pflanzenschutzmitteln im Bereich von entwässerten Wegen, Schächten etc. und verhindert damit die starken Negativeffekte, die bereits kleine Wirkstoffmengen in Gewässern verursachen können.
• Die Applikation von Pflanzenschutzmittel (PSM) erfolgt in Zukunft noch präziser, bedarfsgerechter und selektiver. Daher entspricht die Teilbreitenausbringung künftig dem Stand der Technik.

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Technologieüberblick

(Drill)-Sämaschine

EZK-Sämaschine

Feldspritze

Düngersteuer

Grundvoraussetzung für Section Control bzw. automatische Teilbreitenschaltung bei Feldspritzen ist die elektrische Ansteuerung der einzelnen Sektoren (oder Düsen) vom ISOBUS- oder Bedienterminal der Feldspritze aus. Beim Schleuderdüngerstreuer muss die Streuscheibendrehzahl (2 Streuscheiben) unabhängig voneinander verstellbar sein. Dazu ist ein hydraulischer oder elektrischer Antrieb erforderlich. Weiter sind ein elektrischer Dosierschieber (zur Reduktion der Düngermenge) und/oder eine elektrische Aufgabepunktverstellung notwendig. Eine Einzelkornsämaschine muss für die Option Select Control über elektrisch angetriebene Säelemente verfügen. Diese werden im Bedarfsfall automatisch einzeln abgeschaltet. Drillmaschinen benötigen ebenfalls einen elektrischen Antrieb der Dosiereinrichtung und Teilbreiten, die einzeln abschaltbar sind.

Nachfolgend wird nur noch der Bereich Pflanzenschutzgeräte berücksichtigt.

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Satelliten- und drohnenbasierte Applikationskarten

Satellitenbasierte teilflächenspezifische Applikation

Der Anteil automatisch geschalteter Teilbreiten nimmt bei allen Gerätegrössen zu und gehört zum Teil zur Standardausrüstung. Gleichzeitig werden die Arbeitsbreiten der schaltbaren Sektionen bis hin zur Einzeldüsenschaltung immer kleiner.

Dieser Abschnitt zeigt die wesentlichen Aspekte von Section Control auf. Darüber hinausgehende Technologien, die zum Teil bereits am Markt erhältlich sind, werden im Abschnitt «Entwicklungsperspektiven» beschrieben.

Funktion

Die mit dem Pflanzenschutzgerät behandelten Flächen werden mit den satellitenbasierten Positionsdaten (siehe Beitrag «Globale Navigationssatellitensysteme») auf dem Bedienterminal erfasst. Beim Überfahren bereits behandelter Flächen werden die entsprechenden Teilbreiten automatisch ausgeschaltet.

Zur Vermeidung der Behandlung von Flächen ausserhalb der Parzelle gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten. Entweder wird zuerst mit der ganzen Arbeitsbreite entlang der Parzellengrenze gefahren und damit dem Bedienterminal die Parzellenkontur «mitgeteilt»; anschliessend wird das Parzelleninnere behandelt. Oder die Parzellengrenzen und Nicht-Zielflächen wie Schächte werden im Bedienterminal eingespeichert und das Pflanzenschutzgerät behandelt automatisch nur innerhalb der Parzellengrenzen auf den Zielflächen.

Damit Section Control wie vorgesehen funktioniert, müssen die jeweiligen Arbeitsschritte konsequent durchgeführt werden.

Bedienung

Die Bedienung von Section Control unterscheidet sich je nach Anwendung und Hersteller stark und reicht von einfach bis komplex.

Überblick der Bedienterminals für Section Control von verschiedenen Herstellern

	Bedienterminal für die Maschinenbedienung. Zusätzlich ist die automatische Teilbreitenschaltung integriert. Ein Wechsel zwischen Arbeitsmenü, Auftragsverwaltung und Kartenansicht ist jederzeit möglich.
	Bildschirmerweiterung* mittels App und einem lokalen WLAN-Hotspot vom Bedienterminal auf jedes Tablet mit iOS- oder Android-Betriebssystem. Applikationskarten und Teilbreitenschaltung werden auf dem Endgerät angezeigt. * AmaTron 4 + Tablet
	Autospray* PWM-Technologie. Bei teilflächenspezifischer Mengensteuerung wird dem Fahrer die Menge angezeigt und er muss nur noch die Tropfengrösse am ISOBUS-Terminal eingeben. * Kuhn Autospray
	IsoMatch GeoControl* ist eine Softewareanwendung, mit der alle ISOBUS-kompatiblen Maschinen der Kverneland Group (Feldspritzen, Düngerstreuer, Sämaschinen) gesteuert werden. GPS-Empfänger ist Voraussetzung. * Kverneland

Schaltgenauigkeit von Section Control

Für die Schaltgenauigkeit ist entscheidend, dass Section Control (als System) genau auf die Schaltventile abgestimmt ist und es zu keinen Verzögerungen im Druckaufbau zwischen Ventil und Düse kommt. Mit einem kontinuierlichen Zirkulationssystem ergibt sich ein sofortiger Spritzbeginn, da der Druck nicht zuerst aufgebaut werden muss. Mit einer Einzeldüsenabschaltung wird die geringstmögliche Überlappung erzielt.

Nachrüstung

Section Control kann nachgerüstet werden. Das Video zeigt beispielhaft, wie es funktioniert.

Müller-Elektronik Section-Control Box (© Müller-Elektronik)

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Arbeitswirtschaftliche Aspekte

Die Verantwortung im Bereich Pflanzenschutzanwendung ist sehr hoch. Da sich der Anwender immer in einem umweltsensiblen Bereich bewegt, ist eine hohe Qualität der Aufgabenerfüllung erforderlich. Diese besteht aus Routineaufgaben wie dem Steuern und Regeln von Traktor und Pflanzenschutzspritze sowie in der richtigen Handhabung von Steuerelementen. Gleichzeitig muss der Anwender die anspruchsvolle räumliche Übersicht auf dem Feld behalten und Abstandsauflagen einhalten. Dies führt bei der täglichen Arbeitserledigung zwar zu weniger körperlichen, dafür aber in zunehmendem Mass zu hohen mentalen Belastungen. Section Control bietet hier arbeitswirtschaftliche Entlastung und reduziert damit die Belastungen.

Ohne Section Control: Je grösser die Arbeitsbreite ist, desto grösser sind die Überlappungskeile. Im Überlappungsbereich verdoppelt sich die Wirkstoffmenge. Wer grosse Arbeitsbreiten anstrebt, muss sich daher zwangsläufig mit Section Control befassen.

Bei kleinen Parzellen sind bezogen auf die bearbeitete Fläche mehr Wendevorgänge am Feldende (Vorgewende) erforderlich. Deshalb kommt es zu mehr Überlappungen und einem entsprechenden Mittelverbrauch.

Mit Section Control: Mit GNSS-Unterstützung erkennt das System, wann Teilbreiten beginnen und es deshalb stoppen muss. Section Control schaltet die Teilbreite ein, sobald die erste Düse die Grenz- oder Schnittlinie erreicht hat und schaltet sie wieder aus, sobald die letzte Düse die Linie erreicht. In den relativ grossen Überlappungsbereichen, die bei grossen Arbeitsbreiten entstehen können, kann daher mit Section Control Wirkstoff im Bereich von 1 bis 5 Prozent eingespart werden. Umgekehrt ist am Vorgewende von kleineren Parzellen dank Section Control mit einem vergleichsmässig grösseren Einsparpotenzial an Spritzmittel zu rechnen als bei grossen Flächen (grössere Anzahl Wendevorgänge).

Auf den PFLOPF-Betrieben (PFLOPF siehe www.pflopf.ch) wurden mit Section Control im Vergleich zur Handschaltung bis zu 4 Prozent Reduktion bei 3 Meter grossen Teilbreiten erreicht, insbesondere auf unregelmässig geformten Parzellen. Bei Einzeldüsenschaltung sind etwa 5 Prozent zusätzliche Reduktion möglich.

Grundsätzlich gilt: Je ungünstiger die Schlag- oder Parzellenform, desto grösser ist das Einsparpotenzial, da in Relation zur Feldgrösse ein höherer Anteil Überlappungen und eine höhere Anzahl Wendevorgänge notwendig sind.

15 m Spritze Hand: 4% Überlappung Auto: keine Reduktion	18 m Spritze Hand: 10% Überlappung Auto: 3.5% Reduktion	22 m Spritze Hand: 8% Überlappung Auto: 4% Reduktion

Einsparpotenzial durch Section Control bei unterschiedlichen Feldformen: Beim Pflanzenschutzgerät ohne Section Control werden Teilbreiten von Hand geschaltet, die Section Control ist präziser und schaltet automatisch Teilbreiten oder Einzeldüsen an.

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Betriebswirtschaftliche Aspekte

Eine automatische Teilbreitenschaltung (TBS) spart rund 4 % der Pflanzenschutzmittel (PSM) ein – das entspricht etwa CHF 420 pro Jahr bzw. CHF 13 je Hektare. Trotzdem sind die Gesamtkosten einer Spritze mit TBS auf einem typischen Ackerbaubetrieb (32,5 ha) leicht höher als bei einer konventionellen Spritze, weil die höheren Maschinenkosten die PSM-Einsparung knapp übersteigen. Die Unterschiede zwischen den Verfahren sind aber gering.

Vergleich Spritze mit und ohne Teilbreitenschaltung

Verfahrenskosten für eine Spritze mit und ohne Teilbreitenschaltung auf einem durchschnittlich grossen Betrieb vom Betriebstyp Ackerbau, 32,5 ha offene Ackerfläche (Einkommensstatistik von Agroscope, Hoop u. a., 2024)

Die Mehrkosten einer TBS gegenüber der konventionellen Spritze betragen lediglich CHF 32 pro Jahr. Eine Einzeldüsenschaltung hingegen verursacht beim durchschnittlich grossen Ackerbaubetrieb deutlich höhere Jahreskosten von rund CHF 18’125 und lohnt sich hier gegenwärtig heute nicht.

Neben der PSM-Einsparung ist für viele Landwirte die Arbeitsentlastung ein wichtiger Kaufgrund: das manuelle Ein- und Ausschalten der Teilbreiten entfällt, was konzentrierteres Fahren ermöglicht und die Arbeit auch für weniger erfahrene Personen leichter macht. Wer eine Spritze ohnehin bald ersetzen muss, sollte eine integrierte TBS in Betracht ziehen – der Mehraufwand für die Installation entfällt, und die Technologie ist in der Praxis weitgehend bewährt.

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Handlungsempfehlungen

• Bedienungsanleitung lesen und Arbeitsabläufe ausserhalb der Saison üben
• Auf korrekte Montage der Komponenten achten
• Regelmässig Software-Updates durchführen (lassen)

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Entwicklungsperspektiven

Die Digitalisierung verbessert die Identifikation von Unkräutern, Krankheiten und Schädlingen. Zudem ermöglicht sie den teilflächenspezifischen Pflanzenschutz mit «Hotspot»-Behandlung, statt ganzflächiger Behandlung.

Schlüsseltechnologien für den zukünftigen Pflanzenschutz

Intelligente Düsensteuerung mit Pulsweitenmodellierung (PWM), Flüssigkeitssysteme mit hohen Regelgeschwindigkeiten, Einzeldüsensteuerung, manueller und automatischer Düsenwechsel aus der Fahrerkabine, Kurvenkompensation und Volumenstromanpassung jeder einzelnen Düsenposition sind Schlüsseltechnologien für eine präzise und selektive Applikation von Pflanzenschutzmitteln in der Zukunft.

Mit neuen Technologien wie beispielsweise einem Unkrauterkennungssystem wird nur dort gespritzt, wo eine Behandlung nötig ist (Spot-Applikation). Damit können beim Herbizideinsatz Einsparpotenziale von 20 bis 80 Prozent realisiert werden.

Ergänzend versprechen eine Kombination aus chemischem Pflanzenschutz und mechanischen Massnahmen wie Striegeln und Hacken sowie der Einsatz von Parallelfahrsystemen (siehe Beitrag «Sensorbasierte Hacksysteme» und Beitrag «Parallelfahrsysteme») eine zielgerichtete Minimierung des Herbizideinsatzes bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad.

Die technischen Möglichkeiten für eine Optimierung der Ausbringung sind vielfältig. Nicht zu unterschätzen ist, dass die Entscheidungsfindung vor der Ausbringung immer komplexer wird. Auf die Frage «Welche Mittel können bei welchen Kulturen auf welchen Flächen unter Berücksichtigung welcher Voraussetzungen und welcher Auflagen zum jetzigen Zeitpunkt eingesetzt werden?» gibt es immer seltener eine einfache Antwort. Umfängliche digitale Assistenzsysteme können die anwendenden Personen unterstützen und merklich entlasten.

Pulsweitenmodulation (PWM)

Pulsweitenmodellierung ist eine komplexe, leistungsfähige Art der Ausbringmengensteuerung. Die Düsen öffnen und schliessen je nach Anbieter 20 bis 50 mal pro Sekunde (20 bzw. 50 Hertz), ohne dass sich der Druck und die Tropfengrösse ändern.

Für die Ausbringmenge ist der sogenannte «Duty-Cycle DC» oder der Anteil der Öffnungszeit entscheidend (DC = Tastgrad oder Ansteuerungsgrad, gibt eine periodische Folge von Impulsen an).

Beispiel: Wenn eine Feldspritze mit 20 bzw. 50 Hertz PWM-Düsen mit vier Meter/Sekunde (ca. 14,4 km/h) unterwegs ist, dann legt sie bei jedem Schaltvorgang eine Fahrstrecke von ca. 20 bzw. 8 Zentimetern zurück, die bei einem 50-prozentigen DC unbehandelt bleiben (bei 50 Hertz nur 8 cm). Damit keine Fehlstellen entstehen, schalten die Düsen alternierend. Das heisst, wenn die Düsen 1, 3, 5 usw. öffnen, schliessen die Düsen 2, 4, 6 usw. – und umgekehrt.

Satelliten- und drohnenbasierte Applikationskarten

Die teilflächenspezifische Applikation nach zuvor erstellten Karten und der Einsatz von Sensoren nehmen zu. Das bedeutet, dass künftige Pflanzenschutzspritzen die Dosierung innerhalb der Arbeitsbreite variieren können, um damit der Präzision von Applikationskarten und Online-Sensoren folgen zu können. Damit wird nicht mehr die bewirtschaftete Fläche als Ganzes, sondern die einzelne Pflanze individuell betrachtet, beziehungsweise behandelt. Damit rückt (wieder) die direkte Einspeisung von Pflanzenschutzmittel in die Spritzleitungen in den Fokus. Die Spritzmischung wird nur bei Bedarf hergestellt, ohne den Hauptwasserbehälter zu verunreinigen. Es wird nur sauberes Wasser aufgenommen und während des Betriebs gemischt. Während die Wirkstoffmenge je «Zielflächeneinheit» nicht reduziert werden soll, muss die Einheit «Liter pro Hektar» neu definiert werden.

Übersicht satelliten- und drohnenbasierter Applikationskarten

	AmaSelect Spot (© Amazone)	Teejet DynaJet (© Teejet)
Funktion	Teilflächenspezifische Unkrautbehandlung auf der Basis von hochgenauen Drohnenaufnahmen einer spez. RGB-Kamera	Neue Düsentechnik mit geregeltem Düsenausstoss, ohne dass sich der Druck und die Tropfengrösse ändern; konsequente ISOBUS-Ausrichtung
Technik	25 cm Düsenabstand und 50 cm Teilbreitenschaltung; 40-03-Düsen mit einem Spritzwinkel von 40° und einem Zielflächenabstand von 50 cm	Voraussetzung für variable Applikationsraten (VRA); gezielte Ansteuerung jeder einzelnen Düse für den teilflächenspezifischen Pflanzenschutz
Bemerkungen	Hochgenaue Drohnenaufnahmen und eine auf «AmaSelect Spot» abgestimmte Software erforderlich	JKI*-anerkannte PWM-Technologie mit 20 Hz Schaltfrequenz * Julius-Kühne-Institut in Deutschland, zuständig für Zulassungen im Pflanzenschutz

Kamerabasierte teilflächenspezifische Applikation

Neben Section Control beziehungsweise der teilflächenspezifischen Applikation von Pflanzenschutzmittel auf der Basis von Satelliten- oder Drohnenkarten gibt es Entwicklungen, die auf der Echtzeit-Unkrauterkennung mittels Kamera (auf dem Gestänge) basieren. Neben der reinen Kameratechnik kommt auch eine Kombination aus LED- und Kameratechnik zur Anwendung (vergleiche nachfolgende Tabelle).

Beispiele

• Das Hardy Twin Force Pulse System beruht auf Unkrauterkennung per Kamera, darauf abgestimmte Spot-Applikation mit Pulsweitenmodellierung (PWM) und Luftunterstützung.
• Das Smart Sprayer (Produkt der Kooperationspartner Amazone, BASF und Bosch) verwendet zur Bilderfassung eine Kombination aus LED- und Kameratechnik.
• Beim Exact Apply Dual System von John Deere kommt ein Kamerasystem zur Unkraut- und Kulturpflanzenerkennung zum Einsatz.

Mit der teilflächenspezifischen Applikation und der punktuellen Bekämpfung unerwünschter Unkräuter entsteht die Problematik von unkalkulierbaren Restmengen. Daher ist dieser Ansatz erst für Geräte mit Direkteinspeisung wirklich sinnvoll, weil dann auch die Restmengenproblematik entfällt.

Übersicht der kamerabasierten teilflächenspezifischen Applikationstechnik

	Smart Sprayer	I-Spray-Konzept	Curve Control	Bandspritzung
Funktion	SmartSprayer ist ein Echtzeitverfahren zur Unkrauterkennung. Teilflächenapplikation aufgrund einer softwarebasierten Schadschwellenbestimmung. Die Applikations-Entscheidung erfolgt in Echtzeit. (SmartSprayer: Gemeinschaftsprojekt Bosch, xarvio™ und Amazone)	HyperSpektralsensoren überwachen den Pflanzenbestand. Ziel: Die richtige Düse öffnet im richtigen Moment, um gezielt einen Bereich zu behandeln. (I-Spray-Konzept: Spritzenkonzept Kuhn)	Um die Ausbringmenge auch bei Kurvenfahrten über die ganze Arbeitsbreite möglichst konstant zu halten, bietet Amazone für die AmaSelect-Düsenschaltung die Funktion Curve Control an. (Curve Control: Amazone Anhängespritzen und Selbstfahrer)	Eine weitere Möglichkeit, die ganzflächige Applikation durch eine Teilflächenanwendung zu ersetzen, ist die reihenbezogene Bandspritzung. (Brandspritzung: Amazone AmaSelect Row)
Technik	Mit dem SmartSprayer wird das Feld flächendeckend von verbauter Kameratechnik fotografiert. Die aktive LED-Beleuchtung erreicht bei Tag und Nacht gleichbleibende Erkennungsrate.	Eine Kombination aus Sensoren am Spritzgestänge und künstlicher Intelligenz für die Bildanalyse erlaubt es, dass gezielt die richtige Düse öffnet.	AmaSelect Curve Control ermittelt mithilfe von Sensoren den Kurvenradius und sorgt durch automatische Düsenwechsel innerhalb des Gestänges vollautomatisch für eine deutlich gleichmässigere Applikation während der Kurvenfahrt.	Voraussetzung sind spezielle «SpotFan»-Düsen mit einem Spritzwinkel von 40°. Der übliche Düsenabstand misst 50 cm. Optional gibt es einen Verlagerungssatz mit vier Düsenpositionen. Dies ermöglicht einen Düsenabstand von 25 cm.
Bemerkungen	Die Pflanzenschutztechnik «übersetzt» die agronomische Entscheidung in eine präzise Applikation. Pulsweiten-Frequenzmodulation Ventile, 40-03 Düsen mit 25 cm Abstand, bis 12 km/h möglich.	In Entwicklung. Erste Auswertungen ergeben, dass durch ein gezieltes Behandeln von Einzelpflanzen bis zu 80 % Pflanzenschutzmittel eingespart werden können.	Curve Control hat die Möglichkeit, zur Anpassung der Applikationsmenge vier verschiedene Düsen oder Düsenkombinationen auszuwählen. Die Funktion ist für Anhängespritzen und Selbstfahrer erhältlich.	Sehr wichtig ist bei der Bandspritzung die genaue Einhaltung des Zielflächenabstandes. Bei zu grossem Abstand wird das Band breiter, bei zu geringem Abstand immer schmäler.

Betriebswirtschaftliche Aspekte von Geräten mit erweiterter Ausstattung

Die Mehrkosten für eine Ausstattung mit Pulsweitenmodulation liegen im mittleren Bereich und betragen etwa CHF 1000 pro Meter Arbeitsbreite.

Die Mehrkosten für Spritzgestänge mit Sensoren zur gezielten teilflächenspezifischen Behandlung zum Beispiel von Unkräutern sind hoch. Allein die Kosten für eine Ausstattung mit Sensoren zur Erkennung von bewachsenen/nicht bewachsenen Flächen (ohne Erkennung einzelner Pflanzen bzw. Kulturpflanzen und Unkraut) belaufen sich auf etwa CHF 5000 pro Meter Arbeitsbreite. Bei einem Pflanzenschutzgerät mit 24 Metern Arbeitsbreite erhöhen sich die Investitionen auf mehr als das Doppelte eines Geräts ohne Sensorausstattung. Für eine Amortisierung braucht es Mitteleinsparungen im höheren zweistelligen Prozentbereich. Diese lassen sich allerdings vorwiegend bei Herbiziden gut realisieren, bei Insektiziden und Fungiziden ist eine teilflächenspezifische Behandlung aufgrund der Befallsmuster nur bedingt umsetzbar. Die Hürden für einen profitablen Einsatz sind hoch.

Je nach Ausbaustandard kommen Topversionen von Pflanzenschutzspritzen aus wirtschaftlichen Gründen nicht mehr für die Einzelmechanisierung in Frage, sondern bleiben grösseren Betrieben und Lohnunternehmern vorbehalten.

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Herstellerüberblick

Anbieter von Pflanzenschutzspritzen und Teilbreitensteuerung

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