Bienen AG

Historie des Projektes "Sensorenkontrolle im Bienenstock"

Begonnen wurde das Projekt bereits mit der Entstehung der Bienen-AG im Jahr 2013. Die Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren wurden von der TUK-Elektronikwerkstadt in die Bienenkästen, die sogn. Beuten, eingebaut, bevor die Bienen einziehen durften. Bis zur tatsächlichen Inbetriebnahme und dem automatischen Upload der Daten vergingen dann aber fast 5 Jahre. Durch verschiedene Ereignisse geriet die Implementierung ins Stocken. Erst durch das Interesse von Jeanne Lepeltier, Austauschstudentin aus Frankreich, wurde das Projekt im Jahr 2017 weiter vorangetrieben. Im Zuge ihres Forschungsprojektes im Masterstudiengang BCI beschäftigte sich Jeanne mit der Inbetriebnahme der Sensoren. Die Herausforderung bestand darin, dass jegliche Dokumentation über Hardware und kompatible Software über die Jahre hin verloren gegangen war. Mit tatkräftiger Unterstützung von Jesse Ross-Jones, Systemdesign Ingenieur aus Mannheim und ebenfalls Bienenfreund, konnte die Implementierung der Hard- und Software dann letztendlich bewerkstelligt werden.

 

Warum sind Sensoren ein interessantes Hilfsmittel für den Imker?

Die stetige Kontrolle der Bienenvölker ist zwar aufwendig, aber notwendig. Nach einem langen Winter muss das Brutverhalten der Bienen und der Futterstand kontrolliert und überwacht werden. Mit den ersten warmen Tagen und der Blütentracht im Frühling beginnt der natürliche Schwarmtrieb der Bienen. Als Schwarmtrieb bezeichnet man das natürliche Bestreben des Bienenvolks, sich zu teilen. Die alte Königin sucht sich mit etwa 10.000 bis 20.000 Bienen (Schwarm) einen neuen Nistplatz, der frei von Parasiten oder Schimmel ist. Im zurückgebliebenen Bienenvolk schlüpft eine neue Jungkönigin, die den Stock übernimmt. Durch diesen Vorgang vermehren sich die Bienenvölker. Sie breiten sich aus und das Volk kann sich verjüngen. Der Imker möchte das Schwarmverhalten kontrollieren, da ihm durch das "Abschwärmen" der Bienen ein Teil seiner Bienen verloren geht und er weniger Honig produzieren kann.

Im fortschreitenden Frühling und Sommer ist die Kontrolle der Honigproduktion für den Imker interessant. Nach der letzten Ernte bereitet der Imker die Bienen auf den Winter vor. Wichtig ist, dass die Bienen genügend Futter erhalten, um im Winter nicht zu verhungern.

Das ständige Öffnen der Beute benötigt viel Zeit und ist immer mit der Gefahr verbunden, dass die Königin zerquetscht wird oder verloren geht. Außerdem bedeutet jeder Eingriff in das Bienenvolk, dass die Bienen gestört werden und sich neu sortieren müssen. Dadurch wird weniger Honig produziert. Unter Imkern sagt man, dass durch jedes Öffnen der Beuten 1,5 kg weniger Honig produziert wird. Wie so oft gilt hier also das Sprichwort "weniger ist mehr": Für die Brut der Bienen muss die Stocktemperatur konstant auf 35°C gehalten werden. Ein unnötiges Öffnen der Beute an kalten Tagen kann zum Auskühlen des Bienenstocks führen. Da gerade der Monat April für sein launiges Wetter bekannt ist, können Sensoren dabei helfen, unnötiges Öffnen der Beuten zu vermeiden.

Welche Parameter können überwacht werden?

  • Temperatursensoren: In unseren Beuten befinden sich 4 Temperatursensoren, die entlang der Zargenwand horizontal angeordnet sind. Dadurch kann die Größe und Lage des Brutnests bestimmt werden. Ohne die Beute zu öffnen wissen wir, wann die Bienen im Frühling zu Brüten beginnen und wann die letzte Brut im Herbst oder Winter geschlüpft ist. Die Bienen werden standardmäßig im Winter gegen die Varroamilbe mit einer oxalsäurehaltigen Zuckerlösung beträufelt. Diese Behandlung wird durchgeführt, wenn die Außentemperatur unter 5 °C gesunken ist. Die Behandlung ist nur erfolgreich, wenn keine Brut mehr im Stock ist, da die Oxalsäure nicht durch die verdeckelten Brutwaben hindurchdiffundieren kann.
  • Feuchtigkeit: Wenn die Bienen anfangen zu brüten, erhöht sich natürlicherweise die Feuchtigkeit im Stock. Ist das Bienenvolk schwach, dann kann die Feuchtigkeit zu Schimmelbildung führen. Die Feuchtigkeit ist somit ebenfalls ein wichtiger Parameter.
  • Stockwaage: Die Kontrolle des Gewichts ist vermutlich einer der interessantesten Parameter.   Mit dem Ein- und Ausfliegen der Bienen tagsüber verändert sich das Gewicht. Diese Veränderungen zeigen, ob das Bienenvolk kontinuierlich arbeitet. Im Sommer kann die Honigproduktion und im Winter die Futterstände überwacht werden.
  • Schwarmverhalten: Beim Schwärmen sucht sich die alte Königin mit einem Teil des Bienenvolks einen neuen Nistplatz und der Imker produziert weniger Honig. Um den Schwarmtrieb zu erkennen und ihm entgegenwirken zu können, ist eine regelmäßige Durchsicht der Bienenvölker notwendig.  Anzeichen für den Schwarmtrieb der Bienen sind unter anderem der Bau von Spielnäpfen oder sogar Weiselzellen, sowie ein verminderter Honigeintrag oder das Erliegen der Eiablage durch die Königin. Die Schwarmkontrolle durch Temperatur- oder Feuchtigkeitssensoren ist allerdings schwierig. Kurz vor dem Schwärmen, wenn die Bienen des Schwarms zu fliegen beginnen und sich vor dem Flugloch sammeln, sinkt die Temperatur und Feuchtigkeit in Folge der erhöhten Luftzirkulation. 10.000 Bienen wiegen zusammen rund 1 kg. Eine Stockwaage ist daher ebenfalls in der Lage, den Moment des Schwärmens zu dokumentieren. Eine frühzeitige Detektion, mehr als 5-10 min vorher, ist allerdings nicht möglich und das Schwärmen kann nur durch Präventivmaßnahmen verhindert werden.

Fazit:

Durch die "digitalen Bienenstöcke" erhält der Imker viele wichtige Informationen über die Gesundheit seiner Bienen. Vor allem im Winter und an kalten Tagen im Herbst und Frühling, können wichtige Informationen über den Futterstand und das Brutverhalten gesammelt werden, ohne dass die Beute geöffnet werden muss und die Gefahr besteht, dass die Bienen unterkühlt werden.

Das Schwärmen kann allerdings durch die Sensorik nicht verhindert oder vorhergesehen werden. Durch die Sensoren kann lediglich festgestellt werden, dass ein Schwärmen stattgefunden hat. Hier hilft nur stetig und proaktiv dem Schwarmtrieb entgegenzuwirken, beispielsweise durch das Bilden von Ablegern. Die Bienen benötigen genug Platz zum Bauen und Brüten, dürfen aber durch ein zu großes Platzangebot nicht überfordert werden.

 

Hardware&Software-Lösung

Von der TUK-Elektronikwerkstatt wurden Feuchtigkeit- und Temperatursensoren (1-Wire) der Firma Esera in die leere Zargen der Bienenstöcke eingebaut. Durch einen 1-Wire Buskoppler (USB) wird eine Verbindung des 1-Wire Netzwerkes mit dem Raspberry Pi 3 (Model B, Betriebssystem Debian) hergestellt. Der RP liest die Daten mit der Software Axiris. Unsere Stockwage ist von der Firma Broodminder und basiert auf einer Bluetooth (LE) Verbindung. Diese wird mit einem selbstgeschrieben Python Programm ausgelesen. Außerdem haben wir eine Kamera der Firma INSTAR. Die Steuerung der Kamera und Bildübertragung erfolgt über einen Webbrowser. Mit einem weiteren selbstgeschriebenen Python Programm werden die Daten in ein Google-Docs übertragen. Die Graphik der Google-Docs-Datei wird auf unserer Homepage gespiegelt.

Hier alle wichtigen Links zum Nachmachen:

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