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Die Erfindung betrifft ein raumoptimiertes aeroponisches Pflanzenanbausystem, wobei das Pflanzenanbausystem mehrere Transportvorrichtungen umfasst, die jeweils eine geschlossene Transportstrecke bilden, wobei die einzelnen geschlossenen Transportstrecken konzentrisch um einen gemeinsamen Mittelpunkt oder geometrischen Schwerpunkt angeordnet sind, so dass sich die Transportstrecken nicht kreuzen.
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Die einzelnen Transportsysteme bewegen jeweils mehrere vertikale Pflanzsäulen durch einen Pflanzraum. Durch eine spezielle Anordnung der Pflanzsäulen auf dem Transportsystem wird der Zugang zu den innenliegenden Pflanzsäulen für Pflege- und Erntezwecke gewährleistet. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bewegen der einzelnen Transportsysteme mit den an dem Transportsystem befestigten vertikalen Pflanzsäulen relativ zueinander, um den Zugang zu den innenliegenden Pflanzsäulen zu gewährleisten.
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Hintergrund und Stand der Technik
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Mit der wachsenden Weltbevölkerung steigt auch der Bedarf an Nahrungsmitteln. Gleichzeitig sorgen dynamische Klimabedingungen für sich ständig verändernde Wachstumsbedingungen bis hin zum völligen Ausfall der konventionellen Landwirtschaft durch Dürren. Die konventionelle Landwirtschaft ist zudem ökologisch und meist auch ökonomisch nicht nachhaltig. Sie geht mit einem steigenden Flächenverbrauch einher und hat durch den Anbau von Monokulturen unter Einsatz von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln einen starken Einfluss auf die Biodiversität. Zudem sind konventionelle Landwirtschaftsbetriebe in ländlichen Gebieten und häufig im Ausland angesiedelt, was mit hohen Transportkosten, Transportverlusten und damit verbundenen klimaschädlichen Emissionen verbunden ist. Ein weiterer Nachteil der konventionellen Landwirtschaft ist, dass sie an Pflanz- und Erntezyklen gebunden ist, so dass insbesondere im Winter die Versorgung mit gesunden Lebensmitteln nur mit hohem logistischem Aufwand gewährleistet werden kann. Lebensmittel werden dann vermehrt über lange Transportwege importiert oder stammen aus wenig effizienten Gewächshauskulturen..
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Die extensive Landwirtschaft kann in eine nachhaltigere Landwirtschaft umgewandelt werden, indem die Produktion näher am Verbraucher stattfindet, der Flächenverbrauch durch vertikalen Anbau in der Höhe reduziert wird und auf den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln gänzlich verzichtet wird. Der aeroponische Pflanzenbau leistet hierzu einen wichtigen Beitrag.
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Aeroponik ist ein Pflanzenanbausystem, bei dem Pflanzen unter vollständig kontrollierten Bedingungen in einer Wachstumskammer oder einem geschlossenen Gebäude (Gewächshaus, Gewächshaus) angebaut werden. Die Pflanzen wachsen dabei ohne Boden und Substrat, indem sie nach der Ausbildung der Pflanzenwurzeln mit einer Nährflüssigkeit beaufschlagt werden. Die Nährstoff- und Flüssigkeitszufuhr erfolgt dabei in Form von Nebel oder feinsten Aerosolen der Nährflüssigkeit. Das Nährstoffaerosol wird dabei durch eine oder mehrere Sprühdüsen ausgestoßen oder durch einen oder mehrere Piezovibratoren (Piezoschwingern) erzeugt, die in einem Bad der Nährstofflösung angeordnet sind und diese vernebeln. Das Aerosol oder der Nebel kann gegebenenfalls mit Hilfe von Leitflächen und/oder Ventilatoren entlang der freiliegenden Wurzeln der Pflanzen verteilt werden. Die Zerstäubungszeit und gegebenenfalls die Zerstäubungsintervalle können gesteuert werden, um ein gesundes Pflanzenwachstum zu gewährleisten. Ein geeigneter Zerstäuber für Nährlösungen für ein aeroponisches Pflanzenanbausystem mittels Ultraschallvibratoren ist unter anderem in den Patentdokumenten
US5937575A ,
WO2017217941A2 und
US2009293357A1 offenbart.
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Die Nährlösung bzw. Nährflüssigkeit besteht im Wesentlichen aus Wasser und Pflanzennährstoffen wie Stickstoffverbindungen, Phosphaten und Kaliumverbindungen organischen oder anorganischen Ursprungs, die dem Wasser zugesetzt werden.
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Dies unterscheidet die Aeroponik von anderen Formen des Pflanzenanbaus, wie z. B. der Hydroponik, bei der sich die Pflanzenwurzeln während des Wachstums in einer Nährflüssigkeit befinden oder von dieser ständig oder zeitweise in flüssiger Form umspült werden.
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Aeroponische Pflanzenanbausysteme dienen dem Anbau von Nutzpflanzen in einem geschlossenen, klimatisierten Raum. Im Sinne der Erfindung umfasst der Begriff Nutzpflanze alle Pflanzenarten, die üblicherweise der menschlichen und/oder tierischen Ernährung und/oder medizinischen Zwecken dienen. Beispiele für geeignete Nutzpflanzen sind Salate wie Feld- oder Kopfsalat, Erdbeeren, Auberginen, aber auch exotische Früchte und Nutzpflanzen oder Cannabis, die typischerweise nur in bestimmten Regionen der Welt mit einem für die Pflanzenart geeigneten Klima wachsen. Zu den Nutzpflanzen zählen auch Pflanzen, die zu medizinischen Zwecken angebaut werden oder um Enzyme oder andere Wirkstoffe zu gewinnen.
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In den Patentschriften
WO 2018/035314 A1 und
US 2014/000162 A1 werden Pflanzenanbausysteme offenbart, die besonders für die aeroponische Pflanzenzucht geeignet sind. Die Schriften zeigen vertikale Pflanzsäulen, die sich um ihre eigene Achse drehen. Die Systeme der genannten Patentschriften offenbaren auch Beleuchtungssysteme auf der Basis von LED oder anderen geeigneten Lichtquellen, deren Wellenlängen so gewählt sind, dass sie das Pflanzenwachstum in der jeweiligen Wachstumsphase optimal stimulieren. Die gesamte Pflanzung erfolgt in einem geschlossenen, klimatisierten Raum.
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IPflanzsäulen sind dadurch gekennzeichnet, dass sie einen zylindrischen Aufbau haben, der in der Regel über die gesamte Länge der Pflanzsäule innerhalb gewisser Grenzen einen einheitlichen Außendurchmesser aufweist. Es sind jedoch auch Pflanzsäulen bekannt, die eine polygonale Außenstruktur oder eine sich verjüngende Säulenstruktur aufweisen. Diese werden im Sinne der vorliegenden Erfindung ebenfalls unter dem Begriff Pflanzsäule zusammengefasst. Kennzeichnend ist, dass der wesentliche Teil des nutzbaren Pflanzenteils von der Außenkontur der Pflanzsäule in den die Pflanzsäule umgebenden offenen Raum hineinwächst, während sich der wesentliche Teil des Wurzelwerks in den hohlen Innenbereich der Pflanzsäule erstreckt.
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In aeroponischen Pflanzenanbausystemen nach dem Stand der Technik weisen die Pflanzsäulen eine Außenhülle auf, die einen hohlen Innenraum umschließt. Die Außenhülle weist Aufnahmen, Pflanzbuchten, Pflanztöpfe oder Pflanztröge oder andere Öffnungen auf, die mit Nutzpflanzen bepflanzt werden. Diese werden im Folgenden als Pflanztöpfe bezeichnet. In die Pflanztöpfe wird ein organisches und/oder anorganisches, poröses oder faseriges Pflanzsubstrat als Stützmaterial eingebracht, das in erster Linie der Fixierung der Pflanze im Pflanztopf, insbesondere zu Beginn des Wachstums, dient. Bei fortgeschrittenem Pflanzenwachstum wachsen die Wurzeln aus diesem Pflanzsubstrat frei in das Innere der Pflanzsäule, in der die Wurzeln mit dem Nährstoffnebel beaufschlagt und über den Nebel mit Feuchtigkeit und Nährstoffen versorgt werden. Die Pflanzenwurzeln wachsen aus dem Stützmaterial oder dem Pflanzsubstrat heraus, so dass sie sich frei in den Hohlraum der Pflanzsäule erstrecken.
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In einer Ausführungsform bekannter vertikaler Pflanzsysteme drehen sich die Pflanzsäulen um ihre eigene Achse, so dass die Pflanzen von allen Seiten gleichmäßig beleuchtet werden. Die Patentschrift
CN106962170B zeigt beispielhaft eine Lösung, bei der mehrere vertikale Pflanzsäulen über einen gemeinsamen Riemenantrieb in Rotation versetzt werden können.
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Mehrere Pflanzsäulen können an einem Fördersystem bzw. Transportsystem hängen oder darauf stehen, um die Pflanzsäulen (translatorisch) durch den Raum zu bewegen. Zur Ernte können die Pflanzsäulen, vorzugsweise über eine Schleuse, in einen Ernteraum transportiert werden. Das Patentdokument
EP3768071A2 offenbart eine vertikale Anbaustruktur mit vertikalen Wachstumstürmen oder Pflanzsäulen und zugehörigen Transportmechanismen zum Bewegen der vertikalen Wachstumstürme durch eine kontrollierte Umgebung, während sie einer kontrollierten Beleuchtung, Luftströmung, Feuchtigkeit und Nährstoffversorgung ausgesetzt sind. Weitere Hinweise auf Fördersysteme zum Transport von Pflanzsäulen sind in den Patentschriften
EP0610137A1 und
US2018014485A1 offenbart.
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Die Fördersysteme ermöglichen eine hohe Packungsdichte der Pflanzsäulen im Pflanzraum, da die einzelnen Pflanzsäulen über das Fördersystem in einen Pflege- und Ernteraum transportiert werden. Der Mensch muss den Pflanzraum nicht mehr betreten, was einerseits eine hohe Dichte der Pflanzsäulen ermöglicht, andererseits aber auch die Gefahr einer Kontamination, z.B. durch Pilzbefall, durch den Menschen verringert.
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Der dem erfinderischen Gedanken der vorliegenden Erfindung am nächsten kommende Stand der Technik ist die Lösung der
WO2018035314A1 . Die
WO2018035314A1 stellt eine modulare Farm zur Verfügung, bei der ein kompletter Wachstumszyklus einer oder mehrerer Nutzpflanzen von einem einzigen zentralen Betriebspunkt aus von einem Benutzer, beispielsweise einem Landwirt, durchgeführt werden kann. In der Wachstumszone ist ein Karussellsystem angeordnet, das sich um eine zentrale vertikale Achse dreht. Die Pflanzen wachsen in vertikalen Pflanzsäulen, die durch das Karussellsystem um die zentrale Achse gedreht werden. Die Pflanzsäulen, die an den Tragarmen des Karussells befestigt sind, können sich ebenfalls um ihre eigene vertikale Achse drehen. Der Nachteil dieses Systems ist, dass der apparative Aufwand und damit die Kosten durch den zentralen Antrieb und die daran befestigten Achsen sehr hoch sind. Außerdem verhindert der zentrale Antrieb eine optimale Ausnutzung des Pflanzraumes. Durch den zentralen Antrieb drehen sich alle Pflanzreihen gleichzeitig und eine individuelle Bewegung einzelner Pflanzreihen ist nicht möglich. Das Pflanzensystem der
WO2018035314A1 ist auch nicht der vorteilhaften aeroponischen Pflanzenzucht zuzuordnen, die mit zerstäubten Nährflüssigkeiten arbeitet. Vielmehr offenbart die Patentschrift lediglich die Bewässerung bzw. Besprühung der Pflanzen mit einer Nährflüssigkeit. Diese ist gegenüber einer aeroponischen Bewässerung in vielerlei Hinsicht nachteilig und apparativ einfacher zu realisieren.
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Aufgabe der Erfindung
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Ziel einer aeroponischen Pflanzenproduktion muss es sein, die Pflanzendichte pro Volumeneinheit Pflanzraum zu erhöhen und den apparativen Aufwand für die Bewegung zu minimieren, um eine wirtschaftliche Pflanzenproduktion zu gewährleisten.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Pflanzenanbausystem bereitzustellen, das eine effektive Anordnung der Pflanzen ermöglicht, also die Anzahl der Pflanzen pro Volumeneinheit erhöht, und dessen Aufbau einen energiesparenden und kostengünstigen Anbau ermöglicht.
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Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Pflanzenanbau bereitzustellen, das durch den Einsatz geeigneter Mittel eine effektive Anordnung der Pflanzen ermöglicht, d.h. die Anzahl der Pflanzen pro Volumeneinheit erhöht und damit einen energiesparenderen und kostengünstigeren Anbau ermöglicht.
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Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und Mittel zur Pflanzenzucht bereitzustellen, das es ermöglicht, Pflanzensäulen von einem Pflanzraum in einen Ernte- oder Pflegebereich zu bewegen.
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Erfinderische Lösung
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Pflanzenanbausystem mehrere Transporteinrichtungen 101 aufweist, deren Transportstrecken bzw. Förderstrecken geschlossen und konzentrisch um einen Mittelpunkt oder geometrischen Schwerpunkt angeordnet sind, wobei die Transportstrecken auf ihrem gesamten Umfang von benachbarten Transportstrecken beabstandet sind.
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In einem Ausführungsbeispiel kann es sich bei der geschlossenen Transportstrecke um einen Kreis handeln. Die konzentrische Anordnung bedeutet, dass mehrere Kreise, Ellipsen oder andere geschlossene Formen denselben Mittelpunkt oder geometrischen Schwerpunkt haben, aber unterschiedliche Radien bzw. Umfänge aufweisen. Der jeweils innere Kreis oder geschlossene Form hat einen kleineren Radius bzw. Umfang als der jeweils äußere Kreis oder geschlossene Form.
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Die geschlossene Transportstrecke um den Mittelpunkt kann ein Kreis im geometrischen Sinne sein, d.h. eine Strecke, deren Punkte immer den gleichen Abstand vom Mittelpunkt haben. Sie kann aber auch eine Ellipse, ein Vieleck mit mehr als 4 Kanten oder eine andere Streckenform sein. Die einzige Anforderung an geschlossene Transportstrecken ist, dass die Transportstrecken voneinander beabstandet und jeweils geschlossen sind und sich die Transportstrecken der einzelnen Transporteinrichtungen nicht kreuzen.
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Eine Transportvorrichtung 101 im Sinne der Erfindung ist jede Transportvorrichtung 101 , die geeignet ist, die an der Transportvorrichtung 101 befestigten Pflanzsäulen 201 entlang der Transportweges bzw. Transportstrecke im Pflanzraum translatorisch zu bewegen. Die Transportvorrichtung 101 kann eine geschlossene Zahnstange umfassen oder sein, die im Sinne der Erfindung kreisförmig ausgebildet ist und mittels wenigstens eines stationär angeordneten Antriebs bewegt wird, wobei der Antrieb ein Ritzel bzw. Stirnrad oder Kegelrad aufweist, das mit der Zahnstange in Eingriff steht und diese bewegt. Dieses Bewegungsprinzip ist unter anderem von Zahnradbahnen bekannt. Die Zahnstange kann auch aus einer Vielzahl von miteinander gekoppelten geradlinigen Zahnstangensegmenten bestehen.
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Die Transportvorrichtung 101 kann einen Riemenantrieb, einen Seilzugantrieb oder einen Reibradantrieb aufweisen oder sein. Grundsätzlich kann jede Antriebsart gewählt werden, die geeignet ist, mehrere Pflanzsäulen 201 entlang einer geschlossenen Transportstrecke translatorisch durch den Pflanzraum 107 zu bewegen.
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Jede Transportvorrichtung 101 kann mit einem elektrischen Linearantrieb umfassen bzw. damit ausgerüstet sein. Linearmotoren ermöglichen die direkte Darstellung der translatorischen Bewegung.
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Die Transportvorrichtung 101 kann Tragelemente aufweisen, an denen einerseits die Transportmittel, wie z.B. eine Zahnstange, und andererseits die Pflanzsäulen 201 befestigt sind. Die Tragelemente können entlang des Transportweges geschlossen, aber auch segmentiert sein. Anforderung an die Transportvorrichtung 101 ist, dass sich die an der Transportvorrichtung 101 befestigten Pflanzsäulen 201 bei einer durch den Antrieb ausgelösten Bewegung translatorisch durch den Pflanzraum 107 bewegen, d.h. dass die gesamte Pflanzreihe von vertikalen Pflanzsäulen 201 auf einer der Transportvorrichtungen die gleiche Bewegung erfährt.
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Die Transportvorrichtung 101 kann über Kopf oberhalb der Pflanzsäulen 201 angeordnet sein, wobei die Pflanzsäulen 201 hängend an dem Transportsystem befestigt sind. Die Transportvorrichtung 101 kann auch unterhalb der Pflanzsäulen 201 angeordnet sein, wobei die Pflanzsäulen 201 stehend durch den Pflanzraum 107 bewegt werden.
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Die Transportvorrichtung 101 ist mit Mitteln zur Positionsbestimmung ausgerüstet. Dies kann ein Drehwinkelsensor sein. Alternativ kann die Transportvorrichtung 101 Markierungen, beispielsweise auf einer Skala, aufweisen, die von einem Sensor abgetastet werden. An die Mittel zur Positionsbestimmung wird der Anspruch gestellt, dass mit ihrer Hilfe überprüft werden kann, ob eine bestimmte Position der Transportvorrichtung 101 mit den daran befestigten Pflanzreihen relativ zu einem Punkt im Pflanzraum 107 erreicht ist.
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Alternativ oder ergänzend können die an der Transportvorrichtung befestigten Pflanzsäulen 201 mit einer Erfassungseinrichtung, z. B. einem Sensor, abgetastet werden. Auf diese Weise kann z.B. festgestellt werden, ob zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pflanzsäulen 201 eine Lücke vorhanden ist. Die Pflanzsäulen 201 können auch während der Bewegung gezählt werden, um zu überprüfen, ob eine bestimmte Position erreicht wurde. Geeignete Erfassungseinrichtungen sind z. B. Lichtschranken oder induktive Sensoren, wobei die Auswahl der Erfassungseinrichtungen nicht als einschränkend zu verstehen ist.
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Das Pflanzenanbausystem umfasst daher in einer Ausführungsform wenigstens eine Erfassungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie die Pflanzsäulen (201) abtastet, um festzustellen, ob zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pflanzsäulen (201) einer Pflanzreihe eine Lücke besteht, und/oder die Pflanzsäulen (201) während der Bewegung zählt oder deren Position bestimmt, um festzustellen, ob eine bestimmte Position erreicht wurde und ferner eine Steuerung 108 umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie Signale von der Erfassungsvorrichtung empfängt und die Bewegung der Pflanzsäulen (201) auf der Grundlage dieser Signale steuert.
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Die Pflanzsäulen 201, gegebenenfalls deren Aufhängevorrichtung 206 oder die Teile der Transportvorrichtung 101, die einer Pflanzsäule 201 zugeordnet sind, können mit RFID-Chips (Transpondern) und/oder ein-, zwei- oder mehrdimensionalen Barcodes bzw. Matrixcodes versehen sein, die eine Beschreibung der Pflanzsäule 201 wie eine Kennung enthalten. Dadurch ist es möglich, eine bestimmte Pflanzsäule 201 oder eine Lücke zwischen zwei benachbarten Pflanzsäulen 201 durch Bewegung der Transportvorrichtung 101 anzufahren. Dem Fachmann ist es geläufig, den Transponder mit einem Lesegerät oder den Barcode mit einem Barcodeleser auszulesen. Die Kennungen (RFID, Barcode, Matrixcode) sind jeder einzelnen vertikalen Pflanzsäule einmal oder mehrmals zugeordnet. Diese werden dauerhaft, sporadisch oder während des Transports der vertikalen Pflanzsäulen 201 mit einem oder mehreren Lesegeräten erfasst, wobei das Pflanzenanbausystem eine Steuerung 108 zur Verarbeitung der von den Lesegeräten erfassten Informationen umfasst.
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Die Bewegung der Transporteinrichtung 101 kann kontinuierlich erfolgen. Sie kann aber auch diskontinuierlich in Schritten erfolgen, wobei die Schritte vorzugsweise dem Abstandsraster zwischen zwei Pflanzsäulen 201 entsprechen, d.h. mit einem Schritt wird genau die Pflanzreihe um eine Pflanzsäule 201 relativ zu einem Punkt im Pflanzraum 107 bewegt.
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Die Transporteinrichtungen 101 sind mit einer Steuerung verbunden, über die der Bediener alle Transporteinrichtungen 101, eine Gruppe von Transporteinrichtungen 101 oder jede einzelne Transporteinrichtung 101 bewegen kann. Dies kann beispielsweise über ein Handterminal erfolgen, indem der Bediener den Verfahrbefehl solange gibt, bis eine bestimmte Position erreicht ist. Alternativ kann der Fahrbefehl über ein Bedienterminal eingegeben bzw. vorgegeben werden, so dass über die Steuerung eine bestimmte Position angefahren wird. Grundsätzlich bietet die Steuerung dem Bediener die Möglichkeit, zumindest eine Transporteinrichtung 101 auszuwählen, die verfahren werden soll. Kennzeichnend für die Erfindung ist, dass jede Transportvorrichtung 101 einzeln ansteuerbar und verfahrbar ist.
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Jeder Transportvorrichtung 101 kann ein Motor, vorzugsweise ein Elektromotor, zugeordnet sein, der durch seine Rotation direkt oder über ein Getriebe für die Bewegung der jeweiligen Transportvorrichtung 101 sorgt. Dies hat den Vorteil, dass jede Transportvorrichtung 101 einzeln bewegt werden kann und der apparative Aufwand gering ist. Die Kombination aus Motor und Getriebe kann hoch standardisiert sein, wodurch Kostenvorteile erzielt werden können..
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Alternativ kann ein Motor mehreren Transportvorrichtungen 101 zugeordnet sein, wobei jeder Transportvorrichtung 101 ein ein- und auskuppelbares Getriebe zugeordnet ist, wobei die Bewegung der Transportvorrichtung 101 über das eingekuppelte Getriebe eingeleitet wird, wobei die ein- und auskuppelbaren Getriebe 105 beispielsweise über eine Stange mit einem Motor verbunden sind. Die Steuerung der Transportvorrichtung 101 ist dabei zumindest mit den ein- und auskuppelbaren Getrieben 105 verbunden, um so die selektive Bewegung der ausgewählten kreisförmigen Transportvorrichtung 101 durch Einkuppeln des zugeordneten Getriebes 105 einzuleiten.
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An der Transportvorrichtung 101 ist eine Mehrzahl von vertikalen Pflanzsäulen 201 hängend oder stehend befestigt. Die Anzahl der an der Transportvorrichtung 101 befestigten Pflanzsäulen 201 ist erkennbar abhängig vom Radius bzw. Umfang der jeweiligen Transportvorrichtung 101, wobei die Anzahl der befestigten Pflanzsäulen 201 im innersten Transportsystem mindestens 2 und im äußersten Transportsystem mindestens 10 beträgt.
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Die Pflanzsäulen 201 sind auf den jeweiligen Transportvorrichtungen vorzugsweise in einem festen Abstandsraster angeordnet, das eine optimale Volumenausnutzung des Pflanzraumes 107 gewährleistet. Die Vielzahl der an einer Transportvorrichtung 101 befestigten Pflanzsäulen 201 wird auch als Pflanzreihe bezeichnet. In einer Ausführungsform erfolgt in einem kleinen Abschnitt des Transportweges keine Bestückung der Transportvorrichtung 101 mit Pflanzsäulen 201 oder der Abstand zwischen zwei auf dem Transportweg angeordneten Pflanzsäulen 201 wird größer gewählt. Der Freiraum wird benötigt, um den Zugang zu den weiter innen liegenden Reihen von Pflanzsäulen 201 von außen zu gewährleisten. Dieser Bereich wird nachfolgend als Zugangsbereich 102 bezeichnet.
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Der Zugangsbereich 102 ist so klein wie möglich gehalten und so gewählt, dass eine Person und ggf. Hilfsmittel wie Erntegeräte oder Transporteinrichtungen den Zugangsbereich 102 betreten und befahren können. Umgekehrt ist in den Pflanzbereichen, d.h. in den Bereichen, die nicht dem Zugangsbereich 102 zugeordnet sind, der Abstand zwischen den einzelnen Pflanzsäulen 201, die an der Transportvorrichtung 101 hängend und/oder stehend befestigt sind, vorzugsweise so gewählt, dass sich die Pflanzen gerade im fortgeschrittenen Stadium des Pflanzenwachstums nicht berühren oder gegenseitig beschädigen, um eine maximale Ausnutzung des Volumens des Pflanzraums 107 zu gewährleisten.
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Wesentlich ist für die vorstehende Ausführungsform, dass die Pflanzreihe, bestehend aus mehreren vertikalen Pflanzsäulen 201, die hängend und/oder stehend an einer Transportvorrichtung 101 befestigt ist, einen Zugangsbereich 102 aufweist.
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Die Zugangsbereiche 102 mehrere Pflanzreihen, die hängend und/oder stehend an den Transportvorrichtungen 101 befestigt sind, können über die Steuerung in Deckung gebracht bzw. selektiv oder in Gruppen derart verfahren werden, um den Zugang zu den weiter innen liegenden inneren Pflanzreihen zu gewährleisten. Ein Beispiel soll dies verdeutlichen: Die Pflanzreihe, die an der von außen gesehen vierten Transportvorrichtung 101 befestigt ist, soll geerntet oder gepflegt werden. Dazu werden die drei weiter außen liegenden Transportvorrichtungen 101 so verfahren, dass ihre Zugangsbereiche 102 der Pflanzreihen überlappen und der Zugang zu der gewünschten vierten Pflanzreihe gewährleistet ist. Die vierte Transportvorrichtung 101 kann dann einzeln relativ zum Zugangsbereich 102 verfahren werden, um eine Pflanzsäule 201 nach der anderen zu ernten oder zu pflegen. Dies verdeutlicht, warum es von entscheidender Bedeutung ist, dass jede Transportvorrichtung 101 einzeln ansteuerbar und verfahrbar ist.
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In einer alternativen Ausführungsform sind die Zugangsbereiche 102 der einzelnen Pflanzreihen in ihrer Grundausrichtung deckungsgleich, wobei nur die zu erntende oder zu pflegende Pflanzreihe relativ zu dem Zugangsbereich 102 bewegt wird.
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In einer Ausführungsform erfolgt die Befestigung der vertikalen Pflanzsäule 201 über eine Aufhängevorrichtung 206 an der Transportvorrichtung 101. In einer Ausführungsform kann die Pflanzsäule 201 mit der Aufhängevorrichtung 206 an der Transportvorrichtung 101 eingehängt bzw. ausgehängt werden. Eine einfache Lösbarkeit kann erreicht werden, indem die vertikale Pflanzsäule 201 mit der Aufhängevorrichtung 206 in bekannter Weise in die Transportvorrichtung 101 eingehängt bzw. eingesteckt wird. Die Pflanzsäule 201 kann auch über eine Kupplung mit der Aufhängevorrichtung 206 an- und abgekuppelt werden.
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Die Aufhängevorrichtung 206 weist in einer Ausführung Mittel auf, um die Pflanzsäule 201 in Rotation 210 zu versetzen, beispielsweise Motoren, die der Pflanzsäule 201 zugeordnet sind, oder Motoren, die eine oder mehrere Pflanzsäulen 201 direkt oder über Riemenantriebe in Drehung 210 versetzen.
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Die vertikale Ausrichtung der Pflanzsäulen 201 bedeutet, dass diese in einem Winkel zur Horizontalen ausgerichtet sind, der bevorzugt 80-100 Grad, besonders bevorzugt 90 Grad beträgt. Die Erstreckung der Pflanzsäule 201 ist in vertikaler Richtung (Y-Richtung) und beträgt ein Vielfaches als die Erstreckung in horizontaler Richtung (X-Richtung), d.h. die Pflanzsäule 201 ist bevorzugt um ein Vielfaches höher wie breit.
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Der Begriff Aerosol bezeichnet immer ein Aerosol einer Nährflüssigkeit. Die Nährlösung bzw. Nährflüssigkeit besteht im Wesentlichen aus Wasser und Pflanzennährstoffen wie Stickstoffverbindungen, Phosphaten und Kaliumverbindungen organischen oder anorganischen Ursprungs, die dem Wasser zugesetzt werden. Die Nährflüssigkeit kann weitere Hilfsstoffe umfassen, zum Beispiel zur Steuerung der Tropfenbildung.
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Die Mantelfläche 202 der vertikalen Pflanzsäule 201 umschließt einen inneren Hohlraum 203. Die Stängel und Blätter 204 der auf der Pflanzsäule 201 wachsenden Pflanzen erstrecken sich in den die vertikalen Pflanzsäule 201 umgebenden Raum, während die Wurzeln 205 in einem fortgeschrittenen Stadium des Pflanzenwachstums freiliegend, also substratlos, in den inneren Hohlraum 203 der vertikalen Pflanzsäule 201 hineinragen.
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Die freiliegenden Wurzeln 205 werden dauerhaft oder in Intervallen Aerosolen 208 einer Nährflüssigkeit ausgesetzt. Die Aerosole 208 einer Nährflüssigkeit können den Hohlraum 203 der Pflanzsäule 201 durchströmen oder in den Hohlraum der Pflanzsäule abgegeben werden. Aerosole 208 sind feinste Dispersionen einer Flüssigkeit, hier der Nährflüssigkeit, in der Luft. Die Aerosole 208 der Nährflüssigkeit bewegt sich durch den inneren Hohlraum 203, wobei durch die Bewegung des Aerosols 208 gleichzeitig die Sauerstoffversorgung der Wurzeln 205 sichergestellt wird.
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Das fortgeschrittene Stadium des Pflanzenwachstums wird kurz nach der Keimung erreicht, wobei der Zeitpunkt von der Art und Weise der Wurzelbildung der Pflanze abhängt. Das fortgeschrittene Stadium des Pflanzenwachstums ist erreicht, wenn die Pflanze ausreichend starke Wurzeln entwickelt hat, um das Pflanzmedium zu durchdringen, so dass sich die Wurzeln 205 freiliegend in den Hohlraum 203 der vertikalen Pflanzsäule 201 erstrecken. Die Pflanzsäule 201 ist mit mindestens einer Aerosolerzeugungsvorrichtung 207 für die Vernebelung der Nährflüssigkeit verbunden. Die Erzeugungsvorrichtung 207 für Aerosole 208 kann stationär im Bereich der jeweiligen Transportvorrichtung 101 angeordnet sein, wobei mindestens so viele Erzeugungsvorrichtungen 207 für Aerosole vorhanden sind, wie Pflanzsäulen 201 an der jeweiligen Transportvorrichtung 101 vorgesehen sind, d.h. jeder Pflanzsäule 201 ist mindestens eine Erzeugungsvorrichtung 207 für Aerosole 208 zugeordnet.
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Die Erzeugungsvorrichtung 208 ist oberhalb der Pflanzsäulen 201 im Pflanzraum angeordnet, so dass das Aerosol 208 von oben in den inneren Hohlraum 203 der Pflanzsäule 201 gelangen kann.
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Vorzugsweise bewegt sich die Transportvorrichtung 101 schrittweise weiter, so dass sich nach jedem Bewegungsschritt eine Pflanzsäule 201 unterhalb der stationären Aerosolerzeugungsvorrichtung 207 befindet. Alternativ kann die Bewegung angehalten werden, wenn sich eine Pflanzsäule 201 unterhalb der Aerosolerzeugungsvorrichtung 207 befindet. Die Positionierung der Pflanzsäule 201 kann in bekannter Weise durch Erfassungsmittel, wie Sensoren oder Schalter, wie Reed- oder Mikroschalter, überwacht werden. Vorzugsweise wird die Erzeugungseinrichtung 207 für Aerosole 208 nur dann aktiviert, wenn sich eine Pflanzsäule 201 unterhalb der Erzeugungseinrichtung 207 befindet und das von der Erzeugungseinrichtung 207 erzeugte Aerosol 208 in den inneren Hohlraum 203 der Pflanzsäule 201 bewegt werden kann.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist jeder Pflanzsäule 201 oder gegebenen falls deren Aufhängevorrichtung 206 wenigstens eine Aerosolerzeugungsvorrichtung 207 fest zugeordnet, wobei die Aerosolerzeugungsvorrichtung 207 mit der Pflanzsäule 201 durch den Pflanzraum 107 bewegt wird.
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Jede einzelne oder mehrere Erzeugereinrichtungen 207 können in einer Ausführung mit einer umlaufenden Rinne oder einem umlaufenden Rohr mit Nährflüssigkeit versorgt werden. Zwischen dem Ausgang der Zufuhrrinne oder des Zufuhrrohres ist ein Ventil angeordnet, mit dem die Zufuhr je nach Bedarf freigegeben oder abgesperrt werden kann.
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Diese Vorrichtung 207 zur Erzeugung des Aerosols 208 umfasst Ultraschallvibratoren bzw. Ultraschallschwinger zur Erzeugung eines Nährstoffnebels oder Sprühdüsen zur Erzeugung von Tropfen der Nährstoffflüssigkeit. Die Erzeugungseinrichtung 207 kann ferner Ventilatoren und Leiteinrichtungen umfassen, die das Aerosol 208 in eine bestimmte Richtung lenken und gegebenenfalls beschleunigen, so dass das Aerosol 208 auf seiner gesamten Länge oder abschnittsweise durch den inneren Hohlraum 203 der Pflanzsäule 201 gefördert wird. Die Förderung des Aerosols 208 kann auch durch eine Absaugvorrichtung am unteren Ende der Pflanzsäule 201 erfolgen, wobei das Aerosol 208 durch einen leichten Unterdruck entlang des Hohlraums der Pflanzsäule von der oberhalb des oberen Endes der Pflanzsäule 201 angeordneten Erzeugungsvorrichtung 207 durch den inneren Hohlraum 203 der Pflanzsäule 201 bewegt wird.
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Die Pflanzsäule 201 kann am unteren Ende mit einer Auffangeinrichtung versehen sein, die zum Auffangen und/oder Zurückführen von überschüssiger Nährflüssigkeit dient. Die Auffangeinrichtung kann auch unterhalb der Pflanzsäule 201 fest angeordnet sein, beispielsweise in Form einer umlaufenden Rinne, die überschüssige Nährflüssigkeit mehrerer Pflanzsäulen 201 auffängt und sammelt und/oder zurückführt.
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Die an den vertikalen Pflanzsäulen 201 wachsenden Pflanzen werden durch vertikal hängende oder stehende Beleuchtungen 106, wie LED-Konstruktionen oder andere geeignete Lampensysteme, beleuchtet, die im Wesentlichen der Höhe der Pflanzkonstruktionen entsprechen oder diese zumindest vollständig ausleuchten. Die LED können mit einer Impulssteuerung betrieben werden, die vorzugsweise die Beleuchtung 106 auf eine bestimmte Blitzfrequenz einstellen kann. Dies ermöglicht Energieeinsparungen von bis zu 80% und eine effiziente Nutzung des Lichts durch die Pflanze. In einer Variante können durch Ansteuerung einzelner LEDs mit unterschiedlicher spektraler Emission Lichtfarben erzeugt werden, die dem Wachstumsstadium der Pflanze angepasst sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Beleuchtungssysteme 106 in dem Raum zwischen zwei Transportvorrichtung angeordnet und können eine Pflanzsäule 201 oder mehrere Pflanzsäulen 201, die auf einer konzentrischen Transportvorrichtung 101 angeordnet sind, beleuchten oder bestrahlen oder die beiden benachbarten Pflanzsäulen 201 oder Reihen von Pflanzsäulen 201 beleuchten oder bestrahlen, indem sie Licht nach vorne und nach hinten oder in alle Richtungen abstrahlen.
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Die Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Pflanzenanbausystems sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Pflanzenanbausystem sind in den Zeichnungen schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Ein Pflanzenbausystem besteht aus mindestens einem geschlossenen Pflanzraum, den für den Betrieb erforderlichen Aggregaten und Einrichtungen, den Transporteinrichtungen und den daran befestigten Pflanzsäulen.
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1 zeigt eine beispielhafte perspektivische Anordnung der Transportvorrichtungen 101 (a-e). Die Transportvorrichtungen 101 (a-e) weisen jeweils eine geschlossene Transportstrecke auf, die konzentrisch um einen Mittelpunkt oder geometrischen Schwerpunkt angeordnet sind.
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Das Ausführungsbeispiel der 1 zeigt eine im geometrischen Sinne kreisförmige Anordnung, bei der die Bahnpunkte der Kreisbahn der Transporteinrichtungen 101a bis 101e jeweils einen gleichmäßigen Abstand vom gemeinsamen Mittelpunkt aufweisen. Alternativ kann der geschlossene Transportstrecke der Transporteinrichtungen 101 (a-e) eine elliptische Kontur, ein geschlossenes Polygon und/oder jede andere regelmäßige oder unregelmäßige geschlossene Form aufweisen.
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Die Pflanzreihen (nicht dargestellt), bestehend aus einer Mehrzahl von an den Transporteinrichtungen 101 (a-e) befestigten vertikalen Pflanzsäulen 201, können mittels der Transporteinrichtungen 101 (a-e) schrittweise oder kontinuierlich in beide (Dreh-)Richtungen oder nur in eine Richtung bewegt werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird jede Transportvorrichtung 101 (a-e) von einem Motor 103 angetrieben, wobei jeder Transportvorrichtung 101 (a-e) jeweils ein Motor 103 als Teil eines Antriebs zugeordnet ist.
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Die an den Transporteinrichtungen 101 (a-e) aufgehängten Pflanzreihen, die aus einer Mehrzahl von senkrechten Pflanzsäulen 201 bestehen, weisen in diesem Ausführungsbeispiel zumindest für die außerhalb der Transporteinrichtung 101 am nächsten zur Mitte liegende Transporteinrichtung 101 (hier a) in den Pflanzreihen der weiter außen liegenden Transporteinrichtungen 101 (hier b-e) eine Lücke, den Zugangsbereich 102, auf, die den Zugang von außen zu den weiter innen liegenden Pflanzreihen ermöglicht. Im Ausführungsbeispiel ist der Zugangsbereich 102 der Pflanzreihen, die an den Transportvorrichtungen 101 (b-e) befestigt sind, deckungsgleich, so dass der Zugang zu der innersten Pflanzreihe, die an der Transportvorrichtung 101 (a) befestigt ist, gewährleistet ist.
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Die Zugangsbereiche 102 der Transportvorrichtungen 101 können immer überdeckt werden, wobei immer die Pflanzreihe, deren vertikale Pflanzsäulen 201 geerntet, gepflegt oder bestückt werden, in den Zugangsbereich gefahren wird. Zu diesem Zweck wird die Pflanzreihe, die an der Transportvorrichtung 101 befestigt ist, in einer Steuerung ausgewählt und über einen Antrieb, der hier als Motor 103 dargestellt ist, bewegt. Der Fahrbefehl kann durch eine Bedienperson ausgelöst und gestoppt werden oder die Pflanzreihe wird diskontinuierlich in einem Raster vorwärtsbewegt, d.h. es wird immer eine Pflanzsäule 201 oder eine definierte Menge von Pflanzsäulen 201 in den Zugangsbereich 102 bewegt.
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Das Pflanzenanbausystem umfasst daher mindestens eine Steuerung 108, die zur Steuerung der Transportsysteme 101 bzw. deren Antriebe oder der den Transportsystemen zugeordneten Kupplungen eingerichtet ist. Die Steuerung 108 kann ausschließlich der Steuerung der Transportsysteme 101 dienen, aber auch andere Aufgaben, wie z. B. die Überwachung von Betriebszuständen, übernehmen. Vorzugsweise ist die Steuerung 108 mit einer Anzeigeeinrichtung 109 verbunden, die Betriebsparameter und Fehlerzustände anzeigt. Über die Anzeigeeinrichtung 109 können beispielsweise bei Verwendung eines Touchscreens Parameter eingegeben werden, wie die Auswahl und Ansteuerung eines Transportsystems 101 oder die Vorgabe einer bestimmten Position, die das Transportsystem 101 anfahren soll. Als Betriebsparameter können auch die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit, der CO2-Gehalt der Luft oder die Menge des zerstäubten Aerosols oder die Ansteuerung der Aerosolerzeugungsvorrichtung angezeigt und parametriert werden. Die Steuerung 108 und die Anzeigevorrichtung 109 können innerhalb oder außerhalb des Pflanzraums 107 installiert sein.
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Die Steuerung 108 kann auch mit weiteren optischen und/oder akustischen Signaleinrichtungen verbunden sein, die z. B. Fehlerzustände anzeigen. Beispiele für Fehlerzustände sind Störungen der Fördereinrichtung 101, Abweichungen der Betriebsparameter über einen Grenzwert hinaus und sonstige Soll-Ist-Abweichungen.
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Die Transporteinrichtungen 101 können sich in einer zufälligen Ausgangsposition befinden oder kontinuierlich drehen. In diesem Fall wird die an einer Transporteinrichtung 101 hängende Pflanzreihe ausgewählt, wobei automatisch oder durch manuelles Auslösen jede weiter außen an der jeweiligen Transporteinrichtung 101 befestigte Pflanzreihe bzw. Pflanzreihen so weit verschoben und die Verschiebebewegung angehalten wird, dass deren Zugangsbereiche 102 der außen liegenden Pflanzreihen in Deckung gebracht werden.
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Die Transportvorrichtungen 101 können durchgehende oder segmentierte Zahnstangen, Zahnriemen oder Seile aufweisen, die mit dem stationären Antrieb, der einen Motor 103 umfasst, zusammenwirken und für die Bewegung der jeweiligen Transportvorrichtung 101 sorgen. Der Antrieb der Transportvorrichtung 101 kann auch in bekannter Weise durch einen Reibradantrieb erfolgen.
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Um den Zugangsbereich 102 herum können eine oder mehrere Schleusen (nicht dargestellt) angeordnet sein, die sich öffnen, wenn eine oder eine definierte Anzahl vertikaler Pflanzsäulen 201 in den Zugangsbereich bewegt wird, und sich gegebenenfalls schließen, wenn die Pflanzsäule(n) 201 den Zugangsbereich wieder verlässt (verlassen).
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Die Schleusen sollen verhindern, dass Pilze, Viren oder Insekten in den restlichen Pflanzraum verschleppt werden. Der restliche Pflanzraum kann einen leichten Überdruck aufweisen, so dass beim Öffnen einer Schleuse eine Luftbewegung in den Schleusenraum oder Zugangsbereich und nicht aus diesen Bereichen in den restlichen Pflanzraum erfolgt.
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Die Pflanzanordnung, die mindestens aus den Transportvorrichtungen 101 und den daran befestigten vertikalen Pflanzsäulen 201 besteht, wird in einem Pflanzraum 107 installiert.
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In einer Ausführung sind die Transportvorrichtungen 101 über Kopf über den Pflanzreihen montiert, wobei die vertikalen Pflanzsäulen 201 hängend an den Transportvorrichtungen 101 befestigt sind. In einer alternativen Ausführung sind die Transportvorrichtungen 101 auf dem Boden des Pflanzraums 107 montiert, wobei die vertikalen Pflanzsäulen 201 stehend an den Transportvorrichtungen 101 befestigt sind.
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Der Pflanzraum 107 kann eine geschlossene Gebäudehülle, ein geschlossener Raum, ein Container oder eine Kombination von Raumelementen sein, die einen geschlossenen Raum bilden. Der Pflanzraum 107 weist einen Zugang 108 auf, vorzugsweise in Form einer Schleuse.
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Der geschlossene Pflanzraum 107 enthält vorzugsweise Heizungs-, Lüftungs- oder Klimaanlagen (nicht dargestellt) oder ist mit solchen Anlagen verbunden. Die Belüftung sorgt für den Austausch der verbrauchten Luft. Die Belüftung kann auch die Zufuhr von Gasen ermöglichen, die das Pflanzenwachstum fördern, z. B. Kohlendioxid.
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Das Pflanzenanbausystem weist eine Steuerung 108 auf. Die Steuerung 108 kann verschiedene Module umfassen, die unterschiedliche Aufgaben wahrnehmen. Die Steuerung 108 kann auch verteiltaufgebaut sein, d.h. mehrere Rechnereinheiten umfassen. Sensoren und Kameras als Bestandteil der Steuerung 108 können sogenannte Smartsensoren oder Smartkameras sein, die eine eigene Auswerteeinrichtung aufweisen und nur Daten eine zentrale Steuerung weitergeben.
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Der Pflanzraum 107 umfasst in einer Ausführungsform eine Steuerung 108 oder weitere Steuerungen (nicht dargestellt), die so konfiguriert sind, dass sie verschiedene Funktionen zur Steuerung von Eigenschaften innerhalb des Pflanzraums 107 ausführen. Die Steuerungen können beispielsweise Befehle zur Steuerung der Beleuchtung, der (Luft-)Feuchtigkeit, der Aufbereitung der Nährlösung und deren Zuführung bzw. Abgabe zur Bewässerung der Pflanzenwurzeln 205, der Luftzusammensetzung und weiterer Eigenschaften innerhalb des Pflanzraums ausführen. Zu diesem Zweck sind die Steuerungen vorzugsweise mit Sensoren für die Überwachung von Umweltfaktoren verbunden, die die Luftzusammensetzung oder Bestandteile der Luft wie Sauerstoff, CO2-Gehalt, die Nebelbildung oder Luftfeuchtigkeit bestimmen, oder mit Sensoren, die die Eigenschaften der Nährlösung wie pH-Wert oder Zusammensetzung der Nährlösung bestimmen, oder mit Sensoren, die die Temperatur in dem Pflanzraum bestimmen. Die Sensoren können dafür eingerichtet sein, den Pflanzraum zu überwachen und/oder speziell nur den Zustand in dem inneren Hohlraum der vertikalen Pflanzsäule. Dem Fachmann ist eine Vielzahl geeigneter Sensoren bekannt, so dass die Aufzählung keinesfalls als Beschränkung auf bestimmte Sensoren oder Messparameter zu verstehen ist.
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Vorzugsweise wird ergänzend oder alternativ zu der Überwachung der Umweltfaktoren wird das Wachstum und die Entwicklung jeder Pflanze überwacht, in dem die Steuerung 108 des Pflanzenanbausystems so konfiguriert ist, dass sie das Pflanzenwachstum und die Entwicklung der Pflanze bzw. der Pflanzen überwacht, auswertet und aufzeichnet. Hierzu ist die Steuerung 108 signaltechnisch mit Kameras oder anderen Sensoren verbunden.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das eine Variante des in 1 und in den vorstehenden Erläuterungen zu 1 gezeigten Ausführungsbeispiels darstellt. Das Ausführungsbeispiel der 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der 1 dadurch, dass der Antrieb einer Gruppe von Transportvorrichtungen 101 oder einzelnen Transportvorrichtungen 101 über einen zentralen Motor 104 erfolgt, der beispielsweise mit einer Welle verbunden ist, die sich über mehrere Transportvorrichtungen 101 erstreckt. Die Welle ist mit mehreren Kupplungen 105 verbunden, die selektiv angesteuert und betätigt werden können, um die Bewegung der einzelnen Transportvorrichtungen 101 zu starten oder zu stoppen. Vorrichtung umfasst zudem Steuermittel umfasst, die so konfiguriert sind, dass sie die Kupplungen 105 selektiv steuern und betätigen, um die jeweiligen einzelnen Transportvorrichtungen 101 mit der Welle in Eingriff zu bringen oder von ihr zu lösen, wodurch die Bewegung der einzelnen Transportvorrichtungen 101 gestartet oder gestoppt wird.
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3 zeigt eine Ergänzung der vorstehenden Ausführungsbeispiele der 1 und 2 durch zusätzliche Beleuchtungseinrichtungen 106. Die Anordnung der Beleuchtungseinrichtungen 106 ist in der Figur 106 nur für einen kleinen Abschnitt beispielhaft angezeigt, wobei die Anordnung der Beleuchtungseinrichtungen 106 sich entlang der gesamten benachbarten Transportvorrichtungen 101 erstreckt und zwischen diesen angeordnet ist.
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Die lichtemittierenden Beleuchtungseinrichtungen 106 sind so positioniert, dass sie Licht in Richtung der Mantelflächen 202 der vertikalen Pflanzsäulen 201 und der darauf angeordneten Pflanzen und deren Stängel und Blätter 204 emittieren. In einer Ausführungsform können die Beleuchtungseinrichtungen 106 so konfiguriert sein, dass sie Licht auf zwei benachbarte Reihen von Pflanzen abstrahlen, die an zwei benachbarten Transportsystemen 101 befestigt sind. In einer Ausführungsform umfassen die Beleuchtungseinrichtungen 106 lichtemittierende Dioden (LEDs). In einer solchen Ausführungsform können die LED-Beleuchtungseinrichtungen 106 in einer stabförmigen oder kastenförmigen Struktur angeordnet sein. Die stabförmige oder kastenförmige Struktur kann in einer vertikalen Ausrichtung angeordnet sein, um Licht seitlich über im Wesentlichen die gesamte Mantelfläche 202 benachbarter vertikaler Pflanzsäulen 201 zu emittieren.
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Die Beleuchtungseinrichtungen 106 sind parallel oder annähernd parallel zu den Transporteinrichtungen 101 angeordnet. Sie können selbstfahrend oder durch Lagerung auf Rollen verfahrbar sein. Die Verfahrbarkeit mit einem Antrieb oder die Verschiebbarkeit ermöglicht die Wartung und Reparatur der Beleuchtungseinrichtungen 106.
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Die Anordnung der Beleuchtungseinrichtungen 106 weist ferner einen Zugangsbereich 102 auf, der so breit gewählt ist, dass der Zugang zwischen zwei in einer Reihe angeordneten Beleuchtungseinrichtungen 106 möglich ist und somit der Zugang zu den weiter innen liegenden Bereichen der Pflanzanordnung gewährleistet ist. Die Zugangsbereiche der Reihen der einzelnen Beleuchtungseinrichtungen 106 können über die Steuerung 108 zur Deckung gebracht werden, um den Zugang zu den innen liegenden Pflanzreihen und Beleuchtungseinrichtungen 106 zu gewährleisten. In einer Ausführungsform kann jede Reihe von Beleuchtungseinrichtungen 106 in einer Steuerung 108 angewählt und bewegt werden, um die Wartung und Reparatur der Beleuchtungssysteme 106 zu gewährleisten.
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Die Beleuchtungsvorrichtung 106 umfasst Lichtquellen, wie beispielsweise Leuchtdioden (LED), die die Photosynthese der Pflanzen fördern und die Photomorphogenesereaktion der Pflanzen beeinflussen. Die Beleuchtungseinrichtung 106 kann ein auf die Förderung des Pflanzenwachstums abgestimmtes Lichtspektrum unterstützen, indem beispielsweise eine oder mehrere Leuchtdioden (LEDs) als Lichtquelle verwendet werden, die entweder direkt ein abgestimmtes Lichtspektrum emittieren oder das gewünschte Lichtspektrum durch eine Kombination von LEDs mit unterschiedlichen Emissionsspektren erreichen.
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Die Beleuchtungseinrichtung 106 kann ein vollständig einstellbares Lichtspektrum unterstützen, beispielsweise durch die Verwendung einer oder mehrerer Leuchtdioden (LED) und einer LED-Steuerung, um eine Mischung verschiedener Leuchtdioden (LED) mit unterschiedlichen Lichtspektren zu erzielen.
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Die Beleuchtungseinrichtungen 106 können Lichtspektren erzeugen, die auf die optimalen Bedürfnisse bestimmter Pflanzenarten oder bestimmter Wachstumsphasen der Pflanzen abgestimmt sind. Das abgegebene Lichtspektrum kann einen Tag-Nacht-Zyklus simulieren.
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Die Lichtquellen der Beleuchtungseinrichtungen 106 können gepulst oder geblitzt betrieben werden, um die Lichtausbeute zu erhöhen und die Betriebskosten zu senken. Die Beleuchtungseinrichtungen 106 können mit aktiven oder passiven Kühlvorrichtungen versehen sein, um die von den Lichtquellen und der Ansteuerelektronik erzeugte Wärme abzuführen.
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4 zeigt eine vertikale Pflanzsäule 201, die in dieser Ausführungsform hängend an einer Transportvorrichtung 101 befestigt ist. Die Befestigung der vertikalen Pflanzsäule 201 an der Transportvorrichtung 101 erfolgt über eine Aufhängevorrichtung 206. An der Mantelfläche 202 der vertikalen Pflanzsäule 201 wachsen Pflanzen in Pflanzflächen oder Pflanztöpfen, deren Blätter und Stängel 204 in den die Pflanzsäule 201 umgebenden Raum ragen, während die Wurzeln 205 freiliegend in den inneren Hohlraum 203 der vertikalen Pflanzsäule ragen. Der Hohlraum 203 wird von mindestens einem Aerosol einer Nährflüssigkeit 208 durchströmt, das von mindestens einem Aerosolerzeugungsvorrichtung 207 erzeugt wird.
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Diese Aerosolerzeugungsvorrichtung 207 umfasst Ultraschallschwinger oder Ultraschallvibratoren zur Erzeugung eines Nährstoffnebels oder Sprühdüsen zur Erzeugung von Tröpfchen der Nährstoffflüssigkeit. Die Aerosolerzeugungsvorrichtung 207 kann ferner Ventilatoren und Leitvorrichtungen umfassen, die das Aerosol in eine bestimmte Richtung lenken und gegebenenfalls so beschleunigen, dass das Aerosol 208 auf seiner gesamten Länge oder abschnittsweise durch den inneren Hohlraum der Pflanzsäule 201 gefördert wird. Die Förderung des Aerosols kann auch durch eine Absaugvorrichtung am unteren Ende der Pflanzsäule 201 erfolgen, wobei das Aerosol durch einen leichten Unterdruck der am oberen Ende der Pflanzsäule 201 angeordneten Erzeugungsvorrichtung 207 durch den inneren Hohlraum der Pflanzsäule 201 bewegt wird. Die Aerosolerzeugungseinrichtung 207 ist in diesem Ausführungsbeispiel 201 Bestandteil der vertikalen Pflanzsäule 201 und wird mit dieser bewegt.
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Der Pflanzsäule 201 ist mindestens eine Beleuchtungseinrichtung 106 zugeordnet, die vorzugsweise ein definiertes Lichtspektrum auf die auf der Mantelfläche 202 der vertikalen Pflanzsäule 201 angeordneten Pflanzen abstrahlt. Die vertikale Pflanzsäule 201 kann durch eine Antriebseinrichtung (nicht dargestellt) in Rotation 210 versetzt werden, um eine gleichmäßige Beleuchtung aller auf der Pflanzsäule 201 angeordneten Pflanzen zu gewährleisten.
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4 zeigt eine ähnliche Lösung wie in 3, mit dem Unterschied, dass mindestens eine Aerosolerzeugungsvorrichtung 207 außerhalb der vertikalen Pflanzsäule 201 stationär angeordnet ist. Die Pflanzsäule 201 wird durch die Steuerung 108 der Transportvorrichtung 101 so unterhalb der Aerosolerzeugungsvorrichtung 207 positioniert, dass die Aerosole 208 durch Leitflächen und/oder Ventilatoren in den inneren Hohlraum 203 der vertikalen Pflanzsäule 201 geleitet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5937575 A [0005]
- WO 2017217941 A2 [0005]
- US 2009293357 A1 [0005]
- WO 2018035314 A1 [0009, 0015]
- US 2014000162 A1 [0009]
- CN 106962170 B [0012]
- EP 3768071 A2 [0013]
- EP 0610137 A1 [0013]
- US 2018014485 A1 [0013]