DE102010004042A1

DE102010004042A1 - Leuchte zur Förderung des Wachstums biologischer Systeme

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Publication number: DE102010004042A1
Application number: DE102010004042A
Authority: DE
Original assignee: Sommer Andreas 63500
Current assignee: Sommer Andreas 63500
Priority date: 2010-01-05
Filing date: 2010-01-05
Publication date: 2011-07-07

Abstract

Leuchte zur Förderung des Wachstums biologischer Systeme LED-Leuchten zur Förderung des Wachstums biologischer Systeme, verwenden bisher überwiegend, eine Kombination von zwei Dioden, wobei die eine Diode mit ihrem Strahlungsmaximum im Bereich von ca. 450 nm und die andere im Bereich von ca. 650 nm liegt. Lampensysteme, die überwiegend auf dieser Technik beruhen, lassen biologische Systeme wachsen, welche den Ansprüchen des Anwenders nicht entsprechen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine effektive Leuchte und ein Verfahren zur Fzustellen, welche die Ansprüche des Anwenders an das Wachstum biologischer Systeme erfüllen und dabei einen geringen Energieverbrauch aufweisen. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile, bestehen darin, dass die verwendeten Licht emittierenden Dioden ein breites Lichtspektrum emittieren. Dadurch wird die Bildung von Stoffwechsel fördernden Hormonen, in Pflanzen, begünstigt und das Wachstum gestärkt. Die verwendeten LED, besitzen jeweils in mindestens zwei einzelnen Bereichen der Wellenlänge ein Strahlungsmaximum, ein Maximum liegt im Bereich von 400 bis 500 nm und ein weiteres im Bereich zwischen 500 und 700 nm. Die Farbtemperatur der LED liegt im Bereich von 1.000 Kelvin bis 10.000 Kelvin. Für die beschriebene Ausführung, der Erfindung, wird eine Leistung von maximal 60 Watt benötigt. Wachstum von biologischen Systeme, wie Pflanzenzüchtungen, lebende Kulturen oder Tierzüchtungen.

Description

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Leuchte und der Anwendung eines Verfahrens zur Förderung des Wachstums biologischer Systeme. Die Leuchte bietet ein Strahlungsspektrum, welches auf die spezifischen Absorbtionsspektren der zu beleuchtenden biologischen Systeme abgestimmt ist. Als Lichtquellen werden Leuchtdioden (LED) verwendet.
Stand der Technik
Leuchten (Pflanzenlicht) zur Förderung des Wachstums von Pflanzen oder zur Beleuchtung von biologischen Systemen, wie z. B. Aquarien, sind allgemein bekannt. Das Pflanzenlicht wird mittels Metalldampflampen, Leuchtstoffröhren, Glühlampen oder „Licht emittierenden Dioden” (LED) erzeugt.
Die bekannten Systeme weisen verschiedene Merkmale auf, die durch den Benutzer als nachteilig empfunden werden. Die Merkmale insbesondere der bekannten LED-Technik ( CN000101251241A ) zum Wachstum biologischer Systeme werden nachfolgend beschrieben.
Beispielsweise werden allgemein für biologische Systeme idealerweise Lichtspektren benötigt, deren Maximum bei ca. 450 Nanometer (nm) und 650 nm Wellenlänge liegen. Das Strahlungsmaximum einer Metalldampflampe liegt bei etwa 550 nm, dass einer Leuchtstoffröhre bei etwa 600 nm und dass einer Glühlampe bei etwa 700 nm, so dass ein großer Teil der emittierten Strahlung der genannten Wachstumsleuchten nicht im Bereich der benötigten Strahlung liegt. Dadurch benötigen derartige Leuchten eine hohe Leistung, die einen hohen Stromverbrauch zur Folge hat und zu einer relativ begrenzten Lebensdauer der Leuchten führt. Ferner wird es als nachteilig empfunden, dass solche Leuchten, insbesondere Metalldampflampen, eine verhältnismäßig hohe Wärmeabstrahlung besitzen, die bei den Pflanzen zu Verbrennungen führen kann. Aus diesem Grund werden die Leuchten mit einer besonders hohen Wärmeabstrahlung nur in einem verhältnismäßig großen Abstand zum biologischen System gehalten, wobei die Lichtmenge, welche auf das biologische System auftrifft, mit dem Abstand zur Leuchte überproportional abnimmt. Zusätzlich trifft durch den großen Abstrahlwinkel der Leuchten nur ein Teil der Lichtmenge direkt auf das biologische System auf.
Diese negativen Eigenschaften der zuvor erwähnten Leuchten sollten durch Leuchten mit Licht emittierenden Dioden gemindert werden. Die bekannten LED-Leuchten zur Förderung des Wachstums biologischer Systeme beruhen auf einer Kombination von LED, die jeweils ein Strahlungsmaximum auf einer unterschiedlichen Wellenlänge besitzen. Es kommt überwiegend eine Kombination von zwei Dioden zum Einsatz, wobei die eine Diode mit ihrem Strahlungsmaximum im Bereich von ca. 450 nm und die andere im Bereich von ca. 650 nm liegt. Diese LED, welche für das menschliche Auge blaues Licht bzw. rotes Licht emittieren, werden in unterschiedlichen Kombinationen („Mengen-Verhältnissen”) in den zur Verfügung stehenden Systemen eingesetzt.
Jedoch ist festzustellen, dass Lampensysteme, die überwiegend auf dieser Technik beruhen, biologische Systeme (Pflanzen) wachsen lassen, welche den Ansprüchen des Anwenders nicht entsprechen und im Vergleich mit Metalldampflampen ein verhältnismäßig schlechtes (Pflanzen) Wachstum ermöglichen. Aus diesem Grund konnten sich LED-Leuchten mit der erwähnten Technik auch nicht auf dem Markt durchsetzen.
Aufgabenstellung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine effektive Leuchte und ein Verfahren zur Förderung des Wachstums biologischer Systeme bereitzustellen, welche die Ansprüche des Anwenders an das Wachstum biologischer Systeme erfüllen und dabei einen geringen Energieverbrauch aufweisen.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen der Hauptansprüche gelöst.
Erfindungsgemäß ist die Leuchte zur Förderung des Wachstums biologischer Systeme gekennzeichnet durch die Verwendung mehrerer Lichtquellen mit speziellen Charakteristiken der emittierten Wellenlängen.
Die erfindungsgemäße Methode zur Erzeugung eines Lichtspektrums elektromagnetischer Strahlung zur Förderung des Wachstums biologischer Systeme ist dadurch gekennzeichnet, dass überwiegend eine Mehrzahl von Lichtquellen mit gleichen oder unterschiedlichen Charakteristiken der emittierten Wellenlängen ausgewählt wird. Die Lichtquellen besitzen jeweils in mindestens zwei Bereichen der Wellenlänge ein Strahlungsmaximum. Das eine Maximum liegt im Bereich von 400 bis 500 Nanometer, das zweite im Bereich zwischen 500 und 700 Nanometer.
Dabei ist es von Vorteil, für die Lichtquellen Leuchtdioden (LED) zu verwenden, deren Wellenlängen im Spektralbereich zwischen 300 Nanometer und 850 Nanometer liegen.
Ferner ist es vorteilhaft, dass die ausgewählten Lichtquellen eine Farbtemperatur im Bereich von 1.000 Kelvin bis 10.000 Kelvin aufweisen.
Es ist zudem vorteilhaft, die Anordnung der Lichtquellen in einem Muster vorzunehmen, das eine besonders effektive Ausleuchtung der zu bestrahlenden Fläche ergibt.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, die ausgewählten Lichtquellen auf einer Platine als Träger aufzubringen, die eine effiziente Wärmeabfuhr ermöglicht.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Bauart und Leistung der Gesamtleuchte von den geometrischen Ausmaßen des biologischen Gesamtsystems abhängig gemacht werden kann.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile, bestehen insbesondere darin, dass die verwendeten LED ein breites Lichtspektrum emittieren, welches dem Tageslichtspektrum ähnlich ist. Dadurch wird die Bildung von Stoffwechsel fördernden Hormonen, in Pflanzen, begünstigt und das Wachstum gestärkt. Durch die Verwendung von LED, kann auf Grund der niedrigen Wärmeabstrahlung, der Abstand zum biologischen System klein gehalten werden und ein großer Teil der emittierten Strahlung kann direkt auf das biologische System auftreffen. Ebenfalls kann durch die Verwendung, von Licht emittierenden Dioden, der Energieverbrauch des Gesamtsystems niedrig gehalten werden. Für die beschriebene Ausführung, der Erfindung, wird eine Leistung von maximal 60 Watt benötigt.
Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von graphischen Darstellungen näher erläutert.
Gezeigt wird,
1: Eine Schematische Darstellung erfindungsgemäßer Leuchten (1) über einem zu beleuchtenden biologischen System (2);
2: das Absorbtionsspektrum von Chlorophyll a und Chlorophyll b als Funktion der Wellenlänge;
3: das durchschnittliche Absorbtionsspektrum von Pflanzen als Funktion der Wellenlänge;
4: das Strahlungsspektrum einer LED-Leuchte mit roten (ca. 650 nm) und blauen (ca. 450 nm) Emittern im Vergleich mit dem Strahlungsspektrum einer erfindungsgemäßen Leuchte und dem durchschnittlichen Absorbtionsspektrum eines biologischen Systems;
5: die schematische Darstellung des Schaltplans einer erfindungsgemäßen Leuchte.
In 1 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Leuchte (1) über einem biologischen System (2) dargestellt. Die Leuchte (1) wird je nach Verwendungszweck in ihrer Größe, Leuchtstärke und Lichtspektrum dem biologischen System angepasst. Die biologischen Systeme reichen von Pflanzenzüchtungen über Aqua-Kulturen (Aquarien) bis hin zu lebenden Kulturen (Tierzüchtungen).
In 2 ist das Absorbtionsspektrum von Chlorophyll a (3) und Chlorophyll b (4) dargestellt. Diese beiden Spektren sind für das Pflanzenwachstum hauptsächlich relevant. Jedoch hat sich in Versuchen gezeigt, dass das Wachstum einer Pflanze, die Licht nur in diesen Wellenlängen erhält, gehemmt ist. Durch die Aufnahme anderer Lichtspektren wie in (3) gezeigt, wird die Bildung von Stoffwechsel fördernden Hormone begünstigt und das Wachstum gestärkt.
In 3 ist das durchschnittliche Absorbtionsspektrum von Pflanzen dargestellt. Das gezeigte Lichtspektrum enthält die Wellenlänge von 450 nm bis 600 nm, welche auch im natürlichen Tageslichtspektrum enthalten sind.
In 4 sind die Wellenlängen von Emittern mit blauer Wellenlänge (6) und roter Wellenlänge (7) abgebildet. Solche Emitter werden häufig von Pflanzenwachstumslampen mit LED-Technik genutzt. Diese Technik bietet zwar eine Übereinstimmung der Wellenlängen von Chlorophyll a und b (2), jedoch keine ausreichende Abdeckung der Wellenlängen mit dem durchschnittlichen Absorbtionsspektrum von Pflanzen (5). Man sieht deutlich, dass die Wellenlängen der Emitter (8) und (9) einer erfindungsgemäßen Leuchte eine größere Schnittmenge mit dem durchschnittlichen Absorptionsspektrum eines biologischen Systems besitzen als die Lichtspektren der Emitter (6) und (7). Je nach Anforderung des biologischen Systems können die Emitter der erfindungsgemäßen Leuchte nach ihrer Farbtemperatur ausgewählt und kombiniert werden. Wobei die Emitter (8), einer Farbtemperatur von 2.600 Kelvin bis 3.700 Kelvin und die Emitter (9), einer Farbtemperatur von 5.000 Kelvin bis 10.000 Kelvin entsprechen.
In 5 wird die schematische Darstellung des Schaltplans einer erfindungsgemäßen Leuchte gezeigt. Jeweils die Emitter zwei und fünf einer Reihe von sechs Emittern haben eine Farbtemperatur von 5.000 Kelvin bis 10.000 Kelvin. Alle anderen Emitter haben die Farbtemperatur von 2.600 Kelvin bis 3.700 Kelvin.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 000101251241 A [0003]

Claims

Leuchte (1) zur Förderung des Wachstums biologischer Systeme (2), gekennzeichnet durch die Verwendung von Licht emittierenden Dioden mit bestimmten Charakteristiken der emittierten Wellenlängen.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlängen der Leuchtquellen im Spektralbereich zwischen 300 Nanometer (nm) und 850 nm liegen.
Leuchte nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet dass die Lichtquellen, jeweils in mindestens zwei einzelnen Bereichen der Wellenlänge ein Strahlungsmaximum besitzen, ein Maximum liegt im Bereich von 400 bis 500 nm und ein weiteres im Bereich zwischen 500 und 700 nm.
Leuchte nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Lichtquellen überwiegend weißes Licht mit einer Farbtemperatur im Bereich von 1000 Kelvin bis 10000 Kelvin emittieren.
Leuchte nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der Farbtemperatur der Lichtquellen der Leuchte (1) abhängig ist von dem zu bestrahlenden biologischen System.
Leuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchte (1) in ihren Ausmaßen, der Anzahl der Lichtquellen und der Leistungsaufnahme von der Größe des zu beleuchtenden biologischen Systems abhängig ist.
Verfahren zur Erzeugung eines Spektrums elektromagnetischer Strahlung zur Beleuchtung biologischer Systeme (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchte überwiegend als Lichtquelle, Lichtemittierende Dioden (LED) besitzt welche weißes Licht mit einer Farbtemperatur im Bereich von 1000 Kelvin bis 10000 Kelvin emittieren.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen, jeweils in mindestens zwei einzelnen Bereichen der Wellenlänge ein Strahlungsmaximum besitzen, ein Maximum liegt im Bereich von 400 bis 500 nm und ein weiteres im Bereich zwischen 500 und 700 nm.
Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der Farbtemperatur der Lichtquellen der Leuchte (1) abhängig ist von dem zu bestrahlenden biologischen Systems.
Verfahren nach Anspruch 7, 8, und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchte (1) in ihren Ausmaßen, der Anzahl der Lichtquellen und der Leistungsaufnahme von der Größe des zu beleuchtenden biologischen Systems abhängig ist.