DE102014100141B4

DE102014100141B4 - Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen

Info

Publication number: DE102014100141B4
Application number: DE102014100141.9A
Authority: DE
Inventors: Jan Böttcher; Oliver Weiss; Sven Linow; Maike Klumpp
Original assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Current assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Priority date: 2014-01-08
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2015-07-16
Anticipated expiration: 2034-01-09
Also published as: DE102014100141A1; WO2015104104A1

Abstract

Bekannte Bestrahlungsvorrichtungen zur Bestrahlung von Pflanzen weisen ein eine Anbauebene E definierendes Trägerelement zur Kultivierung der Pflanzen, mehrere Strahlungsquellen zur Bestrahlung der Pflanzen mit sichtbarer und/oder ultravioletter Strahlung und mehrere Infrarotstrahler zur Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung auf. Um hiervon ausgehend eine Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen anzugeben, die eine hohe Lebensdauer aufweist, eine gleichmäßige Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung gewährleistet, die darüber hinaus einfach und kostengünstig zu fertigen ist, und die im Betrieb eine hohe Energie-Effizienz aufweist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Infrarotstrahler Miniaturstrahler sind, die für eine Nennleistung von maximal 30 W ausgelegt sind, und die jeweils einen für Infrarotstrahlung durchlässigen Lampenkolben und innerhalb des Lampenkolbens einen Getter sowie ein Heizfilament aufweisen, das für eine Betriebstemperatur von 1.000°C bis 1.500°C ausgelegt ist, wobei mindestens eine Halteleiste zur Miniaturstrahler-Halterung vorgesehen ist, die sich in einer oberhalb der Anbauebene E gelegenen Strahlerzone Z erstreckt, so dass sich Bestrahlungsbereiche benachbarter Miniaturstrahler auf der Anbauebene E derart überlappen, dass die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E zwischen 10 Watt/m2 und 100 Watt/m2 mit einer Schwankungsbreite von maximal 50% um ihren Mittelwert beträgt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen, aufweisend ein eine Anbauebene E definierendes Trägerelement zur Kultivierung der Pflanzen, mehrere Strahlungsquellen zur Bestrahlung der Pflanzen mit sichtbarer und/oder ultravioletter Strahlung und mehrere Infrarotstrahler zur Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung.
Stand der Technik
Bei der Aufzucht und Kultivierung von Pflanzen, beispielsweise in Gewächshäusern und im Etagenanbau werden künstliche Lichtquellen eingesetzt. Das Emissionsspektrum dieser Lichtquellen ist in der Regel an das Absorptionsspektrum des grünen Blattfarbstoffes des Chlorophylls und der Carotine angepasst.
Unter der Bezeichnung Chlorophyll und Carotin sind mehrere natürliche Farbstoffe zusammengefasst, die wesentlich an der Photosynthese beteiligt sind. Die Absorptionsspektren dieser in Lösungsmitteln gelösten Farbstoffe weisen zwei ausgeprägte Absorptionsmaxima auf, nämlich ein Absorptionsmaximum im violetten und blauen Spektralbereich zwischen 400 nm und 500 nm sowie ein weiteres Absorptionsmaximum, das im roten Spektralbereich zwischen 600 nm und 700 nm des sichtbaren Lichts liegt.
Um eine effiziente Bestrahlung der Pflanzen zu gewährleisten, weist das Emissionsspektrum künstlicher Lichtquellen zur Bestrahlung von Pflanzen große Strahlungsanteile in den beiden oben genannten Wellenlängenbereichen auf.
Als Lichtquellen werden beispielsweise Gasentladungslampen oder Leuchtdioden (LEDs) eingesetzt. Gasentladungslampen bestehen aus einer mit einem Füllgas gefüllten Entladungskammer, in der zwei Elektroden angeordnet sind. In Abhängigkeit einer an den Elektroden angelegten Spannung findet in der Entladungskammer eine Gasentladung statt, die mit der Emission optischer Strahlung verbunden ist. Die Wellenlänge der emittierten Strahlung kann durch eine Auswahl des Füllgases beeinflusst werden und an das Absorptionsspektrum des Chlorophylls angepasst werden, beispielsweise durch eine entsprechende Dotierung des Füllgases. LEDs hingegen emittieren nur Licht in einem begrenzten Spektralbereich, so dass zur Erzeugung eines an das Absorptionsspektrum des Chlorophylls angepassten Emissionsspektrums mehrere LEDs unterschiedlicher Wellenlänge miteinander kombiniert werden müssen. So ist beispielsweise aus der US 2009/0 251 057 A1 eine künstliche Lichtquelle mit mehreren LEDs bekannt, bei der zur Erzeugung von künstlichem Sonnenlicht Leuchtdioden mit unterschiedlichen Emissionsspektren kombiniert werden.
Allerdings hängt eine effiziente Aufzucht der Pflanzen nicht nur von der Anregung der Photosynthese, sondern auch vom Wasser- und Nährstofftransport in der Pflanze und von der Kohlendioxid-Assimilation ab. Sowohl der Wasser- und Nährstofftransport in der Pflanze als auch die Kohlendioxid-Assimilation werden vom Spaltöffnungsapparat der Pflanze beeinflusst. Durch die Spaltöffnungen (Stomata) der Pflanze reguliert die Pflanze den Gasaustausch mit der Umgebungsluft, insbesondere die Aufnahme von Kohlendioxid aus der Luft und die Abgabe von Sauerstoff an die Luft. Darüber hinaus wird auch der Wasserhaushalt der Pflanze durch die Öffnungsweite der Stomata beeinflusst. So führen geöffnete Stomata zu einer verstärkten Wasserverdunstung, die einen Transpirationssog erzeugt, so dass insgesamt der Wasser- und Nährstofftransport (Saftfluss) von der Wurzel zu den Blättern gesteigert wird.
Die Öffnungsweite der Stomata kann durch mehrere Faktoren reguliert werden, zu denen beispielsweise die Temperatur und Feuchtigkeit der umgebenden Atmosphäre, die Verfügbarkeit von Wasser, die Kohlendioxid-Konzentration im Blattinneren und die Absorption von Licht zählen. Durch eine gezielte Bestrahlung mit Infrarotstrahlung kann die Spaltöffnungsweite und damit die Effektivität der Photosynthese reguliert werden.
Aus der DE 10 2012 112 192 B3 , die gemäß § 3(2) Nr. 1 PatG zum Stand der Technik gehört, ist eine Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen, bekannt, bei der mehrere Strahlungsquellen zur Bestrahlung der Pflanzen mit sichtbarer und/oder ultravioletter Strahlung sowie mehrere Infrarotstrahler zur Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung vorgesehen sind. Die Infrarotstrahler sind für eine Nominalleistung von 100 Watt bei einer Nominalspannung von 115 Volt ausgelegt. Sie weisen ein zylinderförmiges Strahlerrohr aus Quarzglas mit einem Außendurchmesser von 13,7 mm und einer Strahlerrohr-Länge von 240 mm auf. Sie sind oberhalb der Anbauebene parallel zueinander verlaufenden angeordnet, so dass sich die Bestrahlungsbereiche benachbarter Infrarotstrahler auf der Anbauebene überlappen. Die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene liegt zwischen 10 Watt/m² und 100 Watt/m².
Bei der Pflanzen-Bestrahlungsvorrichtung gemäß JP 2011-097 900 A ist oberhalb der Anbauebene eine Haupt-Lampeneinheit zur Abstrahlung von Licht im roten und blauen Wellenlängenbereich vorgesehen. In einer Ebene zwischen Haupt-Lampeneinheit und Anbauebene sind Hilfsstrahler zur Abstrahlung von UV- und IR-Strahlung angeordnet. Die Infrarotstrahler sind als LED-Strahlerleisten ausgeführt. Seitlich befinden sich weitere Hilfsstrahler, die Licht im grünen oder gelben Wellenlängenbereich emittieren. Die Abstrahlrichtung der Hilfsstrahler ist veränderbar.
In der WO 2010/044 662 A1 ist eine Bestrahlungsvorrichtung für Pflanzen mit einer Kammer vorgeschlagen, bei der neben Strahlungsquellen zur Bestrahlung der Pflanzen mit sichtbarer oder ultravioletter Strahlung mehrere an einer Seitenwand der Kammer angeordnete Infrarotstrahler zur Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung vorgesehen sind. Durch die Infrarotstrahler werden die Blätter der Pflanzen derart erwärmt, dass sich die Stomata öffnen, so dass eine Stimulation der Austauschvorgänge der Pflanze mit ihrer Umgebung erreicht wird.
Infolge der seitlichen Anordnung der Infrarotstrahler haben die einzelnen Pflanzen in Abhängigkeit von ihrer Pflanzposition auf der Anbauebene jeweils einen unterschiedlichen Abstand zu den Infrarotstrahlern und werden deshalb ungleichmäßig bestrahlt. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere die äußeren Bereiche der Anbaufläche verglichen mit den inneren Bereichen der Anbaufläche höheren Bestrahlungsintensitäten ausgesetzt sind. Um eine effiziente Aufzucht der Pflanzen zu gewährleisten, sind ein gleichmäßiges Wachstum der Pflanzen und damit eine homogene Bestrahlung aller Pflanzen aber grundsätzlich wünschenswert.
Bei einer seitlichen Anordnung der Infrarotstrahler wird darüber hinaus bezogen auf die Anbaufläche eine große Anzahl von Strahlern benötigt, die, um die Pflanzen im äußeren Bereich der Anbaufläche nicht durch übermäßige Erwärmung zu schädigen, eine geringe Leistung aufweisen müssen. Infrarotstrahler haben aber typischerweise eine hohe Leistung; Strahler geringer Leistung sind in Bezug auf die vom einzelnen Strahler abgegebene Leistung aufwendig zu fertigen und weisen zumeist nur eine eingeschränkte Lebensdauer auf.
Darüber hinaus trägt die seitliche Anordnung der Infrarotstrahler auch zu einer Bestrahlung und Erwärmung der weiteren in der Bestrahlungsvorrichtung vorgesehenen Bauteile, beispielsweise der Elektroleitungen und Montageelemente für die Strahlungsquellen, sowie auch der in der Bestrahlungsvorrichtung vorgesehenen Strahlungsquellen bei, wobei durch die Bestrahlung die Lebensdauer dieser Bauteile verkürzt wird. Eine seitliche Anordnung der Infrarotstrahler geht daher mit hohen Betriebskosten und einer geringen Energie-Effizienz einher.
Technische Aufgabe
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen anzugeben, die eine hohe Lebensdauer aufweist, die eine gleichmäßige Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung gewährleistet, die darüber hinaus einfach und kostengünstig zu fertigen ist, und die im Betrieb eine hohe Energie-Effizienz aufweist.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Bestrahlungsvorrichtung der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Infrarotstrahler Miniaturstrahler sind, die für eine Nennleistung von maximal 30 W ausgelegt sind, und die jeweils einen für Infrarotstrahlung durchlässigen Lampenkolben und innerhalb des Lampenkolbens einen Getter sowie ein Heizfilament aufweisen, das für eine Betriebstemperatur von 1.000°C bis 1.500°C ausgelegt ist, wobei mindestens eine Halteleiste zur Miniaturstrahler-Halterung vorgesehen ist, die sich in einer oberhalb der Anbauebene E gelegenen Strahlerzone Z erstreckt, so dass sich Bestrahlungsbereiche benachbarter Miniaturstrahler auf der Anbauebene E derart überlappen, dass die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E zwischen 10 Watt/m² und 100 Watt/m² mit einer Schwankungsbreite von maximal 50% um ihren Mittelwert beträgt.
Sonnenlicht, das Pflanzen unter natürlichen Bedingungen zu ihrem Wachstum benötigen, weist Strahlungsanteile ultravioletter, sichtbarer und infraroter Strahlung auf. Für die Nachbildung natürlicher Wachstumsbedingungen weist die künstliche Bestrahlungsvorrichtung daher neben Strahlern zur Erzeugung ultravioletter und/oder sichtbarer Strahlung (im Folgenden auch kurz als UV- und VIS-Strahler bezeichnet) auch Infrarotstrahler auf. Durch den Einsatz dieser Strahlertypen werden die Pflanzen unter künstlichen Aufzuchtbedingungen einerseits mit der für die Photosynthese benötigten Strahlung versorgt und andererseits kann über die Infrarotstrahlung die Öffnungsweite der Spaltöffnungen der Blätter so reguliert werden, dass sich ein optimaler Wasser- und Stofftransport innerhalb der Pflanze einstellt. Durch diese Maßnahmen werden ein schnelles Pflanzenwachstum und eine hohe Produktivität gewährleistet.
Es hat sich gezeigt, dass ein schnelles Wachstum der Pflanzen erreicht werden kann, wenn sowohl das Emissionsspektrum der Infrarotstrahler an das Absorptionsspektrum der Pflanzen angepasst als auch die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E so gewählt ist, dass die Pflanzen einer hinreichend gleichmäßigen, aber nicht übermäßigen Bestrahlung ausgesetzt sind.
Um eine übermäßige Bestrahlung der Pflanzen zu vermeiden, sind die Infrarotstrahler erfindungsgemäß als Miniaturstrahler ausgebildet, die zum einen durch eine niedrige Nennleistung von maximal 30 W gekennzeichnet sind. Aufgrund der geringen Nennleistung ist die Gefahr einer übermäßigen Bestrahlung der Pflanzen gering. Gleichzeitig ist das Strahlungsspektrum der Miniaturstrahler an die zu bestrahlenden Pflanzen, deren Absorptionseigenschaften und deren Wuchshöhe angepasst. Das Absorptionsspektrum von Pflanzen ist durch hohe Absorptionen im Wellenlängenbereich unterhalb von 700 nm sowie oberhalb von 2,5 μm gekennzeichnet. Im Bereich zwischen 0,7 μm und 2,5 μm werden eine Grundabsorption von etwa 5% und eine nahezu ungerichtete Streuung beobachtet. Strahlung mit Wellenlängen in diesem Bereich ist geeignet, die obersten Blattschichten einer Pflanze zu durchdringen; sie steht grundsätzlich auch für eine Bestrahlung der unteren Blattschichten zur Verfügung, wird jedoch nur zu geringen Anteilen absorbiert. Beim Einsatz der oben genannten Miniaturstrahler hat es sich gezeigt, dass ein optimales Pflanzenwachstum erzielt wird, wenn die Miniaturstrahler ein Heizfilament aufweisen, das für eine Filament-Temperatur von 1.000°C bis 1.500°C ausgelegt ist. Miniaturstrahler, die bei Nennspannung eine Filament-Temperatur im oben genannten Bereich aufweisen, emittieren Strahlung mit einem Intensitätsmaximum bei Wellenlängen im Bereich von 1,5 μm bis 4 μm.
Dabei ist zu unterscheiden zwischen Anwendungen, die auf eine optimale Bestrahlung nur der oberen Blattebenen abzielen, und solchen, bei denen auch die unteren Blattebenen bestrahlt werden sollen. Strahlung, die mit Filament-Temperaturen im Übergangsbereich, insbesondere zwischen 1.000°C und 1.500°C, erzeugt wird, enthält Strahlungsanteile, die sowohl von oberen Blattschichten als auch von unteren Blattschichten absorbiert werden können. Aufgrund dieser Anpassung des Emissionsspektrums an die physiologischen Vorgänge in der Pflanze, tragen die Miniaturstrahler zu einem verbesserten Pflanzenwachstum bei.
Der Lampenkolben der Miniaturstrahler weist eine hohe Durchlässigkeit für Infrarotstrahlung, insbesondere für Strahlung mit Wellenlängen im Bereich von 2,0 μm bis 4,5 μm auf. Dies trägt dazu bei, dass ein großer Anteil der vom Filament emittierte Strahlung für eine Bestrahlung der Pflanzen zur Verfügung steht. Gleichzeitig wird die Wärmemenge verringert, die beispielsweise mittels Wärmeleitung oder Konvektion aus dem Strahler abgeführt wird. Hierdurch wird ein besonders energieeffizienter Miniaturstrahler erhalten.
Darüber hinaus ist im Lampenkolben der Miniaturstrahler ein Getter vorgesehen. Ein Getter-Material dient dazu, eine hohe Reinheit eines Vakuums oder einer Gasfüllung im Lampenkolben zu ermöglichen und diese – möglichst lange – zu erhalten. Verunreinigungen des Lampenkolben-Gasraums können beispielsweise durch Sorption an der Getter-Oberfläche oder durch chemische Reaktion mit dem Getter aus dem Gasraum des Lampenkolbens abgeschieden werden. Dadurch, dass die Miniaturstrahler einen Getter aufweisen, wird eine hohe Lebensdauer der Strahler ermöglicht. Darüber hinaus trägt die Verwendung des Getters dazu bei, Strahlungsabsorptionen durch Verunreinigungen im Gasraum zu verringern.
Um weiterhin ein möglichst gleichmäßiges Pflanzenwachstum zu gewährleisten, ist es allerdings notwendig, die Pflanzen möglichst gleichmäßig, das heißt mit einer nahezu konstanten Bestrahlungsstärke, zu bestrahlen. Dies gilt insbesondere für die Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung. Eine lokal zu hohe Infrarot-Bestrahlungsstärke führt zu einer Schädigung der betroffenen Pflanzen. Bei einer zu niedrigen Bestrahlungsstärke verliert sich hingegen der Effekt der Infrarotstrahlung auf die Öffnungsweite der Spaltöffnungen; sie führt zu einem geringen Pflanzenwachstum.
Um bei der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung eine insgesamt gleichmäßige Bestrahlungsfläche auf der Anbauebene E zu erreichen, sind die Infrarotstrahler an mindestens einer Halteleiste gehaltert, die sich in einer oberhalb der Anbauebene E gelegenen Strahlerzone Z erstreckt. In der Strahlerzone Z können mehrere Halteleisten mit Infrarotstrahlern vorgesehen sein, wobei sich die Halteleisten in der Strahlerzone Z vorzugsweise derart erstrecken, dass ihre Längsachsen parallel zueinander verlaufen. Durch die parallele Anordnung wird einfach eine flächenhafte Abstrahlung der Infrarotstrahlung gewährleistet. Eine solche Anordnung trägt daher zu einer gleichmäßigen Bestrahlung einer durch den Pflanzenwuchs festgelegten Pflanzenebene beziehungsweise der Anbauebene E bei. In diesem Zusammenhang hat es sich insbesondere bewährt, wenn in der Strahlerzone Z mehrere, äquidistant verlaufende Halteleisten angeordnet sind. Dadurch, dass die Haltleisten den gleichen Abstand zueinander aufweisen, wird eine besonders gleichmäßige Verteilung der Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E ermöglicht.
Insbesondere soll durch eine gleichmäßige Verteilung der Infrarotstrahler in der Strahlerzone Z nicht in Kauf genommen werden, dass die UV- und VIS-Strahler eine Abschattung auf der Anbauebene erfahren. Angestrebt wird somit nicht nur eine gleichmäßige Infrarot-Bestrahlung, sondern auch eine Minimierung der Abschattung der UV- und VIS-Strahlung auf der Anbauebene E.
Oberhalb der Strahlerzone Z weist die erfindungsgemäße Bestrahlungsvorrichtung einen Bauraum B auf. In diesem Bauraum sind eine Vielzahl von Bauteilen angeordnet, die für den Betrieb der Bestrahlungsvorrichtung benötigt werden, beispielsweise Elektroleitungen oder Montageelemente für die Infrarotstrahler oder weitere Strahlungsquellen. Es ist daher grundsätzlich wünschenswert, eine übermäßige Erwärmung der Bauteile des Bauraumes durch Infrarot-/Wärmestrahlung zu vermeiden.
Neben einer Verringerung der Ausbreitung der emittierten Infrarotstrahlung in Richtung des Bauraumes spielt die Abstrahlcharakteristik der Infrarotstrahler eine wichtige Rolle. Sie soll dafür sorgen, dass die Infrarotstrahlung nicht einfach nur nach unten reflektiert, sondern auf einen breiten Bestrahlungsbereich verteilt wird.
Hierzu sind die Halteleisten in der Strahlerzone Z derart angeordnet, dass sich die Bestrahlungsbereiche benachbarter Infrarotstrahler auf der Anbauebene E überlappen, wobei die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E zwischen 10 Watt/m² und 100 Watt/m² beträgt. Um eine gleichmäßige Bestrahlung der Anbauebene zu erreichen, ist es darüber hinaus erforderlich, dass die mittlere Bestrahlungsstärke eine geringe Schwankungsbreite aufweist. Unter der Schwankungsbreite wird die maximale Abweichung der tatsächlichen Bestrahlungsstärke in einem Punkt der Anbauebene E von der mittleren Bestrahlungsstärke verstanden. Gemäß der Erfindung weicht die tatsächliche Bestrahlungsstärke um höchstens ± 50% von der mittleren Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E ab. Die Abweichung von der mittleren Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene beträgt vorzugsweise 20%, besonders bevorzugt 10%.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung ist vorgesehen, dass der Lampenkolben aus einem Glas gefertigt ist, das für Strahlung mit einer Wellenlängen im Bereich von 2.000 nm bis 4.500 nm eine Transmission von mindestens 70%, vorzugsweise eine Transmission von mindestens 80%, aufweist.
Die Transmission ist ein Maß für die Durchlässigkeit eines Mediums für elektromagnetische Wellen. Die Angaben zur Transmission beziehen sich auf die reine Transmission; etwaige Reflektionen an der Oberfläche des Glases werden bei der Ermittlung der Transmission nicht berücksichtigt. Ein Lampenkolben mit einer hohen Transmission ist für Strahlung mit Wellenlängen im oben genannten Bereich weist im Emissionsbereich des Heizfilaments eine gute Durchlässigkeit auf, so dass die von dem Heizfilament emittierte Strahlung in großen Teilen den Lampenkolben ungehindert passieren kann und für eine Bestrahlung der Pflanzen zur Verfügung steht. Gleichzeitig wird eine Erwärmung des Lampenkolbens durch Strahlungsabsorption im Lampenkolben verringert. Vorzugsweise ist der Lampenkolben aus einem speziellen Aluminiumsilikatglas oder aus einem Borosilikatglas gefertigt. Der Einsatz von Aluminiumsilikatglas oder Borosilikatglas geht im Vergleich zum Einsatz Quarzglas mit niedrigen Herstellungskosten einher.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E 10 Watt/m² bis 50 Watt/m² beträgt.
Die notwendige mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene hängt von der zu kultivierenden Pflanzenart sowie weiteren Umgebungsbedingungen ab. Es hat sich gezeigt, dass für viele Pflanzenarten eine Bestrahlungsstärke im Bereich von 10 Watt/m² bis 50 Watt/m² zu einem beschleunigten Wachstum und somit zu einer kürzeren mittleren Verweildauer der Pflanzen in der Aufzuchtkammer führt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung sind die Infrarotstrahler für eine Nennspannung im Bereich von 6 V bis 24 V ausgelegt.
Infrarotstrahler mit einer Nennleistung von maximal 30 W können bei einer Nennspannung im oben genannten Bereich betrieben werden. Hierdurch stellt sich ein gut handhabbarer Betriebsstrom von weniger als 5 A ein. Es hat sich bewährt, mehrere Infrarotstrahler in Reihe zu schalten. Sind die Infrarotstrahler einer Halteleiste in Reihe geschaltet, muss im Fehlerfall nur diese Leiste überprüft werden. Darüber hinaus addieren sich bei Wechselspannung die einzelnen Lampenteilspannungen, so dass in der Regel eine Gesamtspannung oberhalb von 24 V erreicht werden wird. Bei Abwägung der Aufwände für Wartung ist eine Reihenschaltung von ausreichend vielen Strahlern zum Erreichen von Netzspannung möglich. Dies trägt dazu bei, dass nur eine geringe Anzahl an Transformatoren benötigt wird, so dass beispielsweise Transformator-bedingte Wärmeverluste gering gehalten werden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in der Strahlerzone Z mehrere, äquidistant verlaufende Halteleisten angeordnet sind. In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn benachbarte Halteleisten einen Abstand im Bereich von 0,5 m bis 1,5 m aufweisen.
Um eine gleichmäßige Bestrahlung der Anbauebene E mit Infrarotstrahlung möglichst kostengünstig zu gewährleisten, ist grundsätzlich ist eine geringe Strahlerdichte der Miniaturstrahler wünschenswert. Ein Abstand benachbarter Halteleisten von weniger als 0,5 m führt jedoch zu einer vergleichsweise hohen Strahlerdichte, einhergehend mit einer geringen Nennleistung pro Strahler und hohen Installations- und Betriebskosten. Weisen benachbarte Halteleisten einen Abstand von mehr als 1,5 m auf, ist eine gleichmäßige Bestrahlung der Anbauebene E mit Infrarotstrahlung nur aufwendig zu erreichen.
Vorteilhafterweise ist die Halteleiste aus wärmebeständigem, elektrisch isolierendem und Infrarotstrahlung reflektierenden Material gefertigt.
Vorzugsweise ist die Halteleiste aus weiß oder metallisch eingefärbtem Kunststoff gefertigt. Eine derartige Halteleiste ist einfach und kostengünstig in verschiedenen Formen zu fertigen; sie weist darüber hinaus ein geringes Gewicht auf.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung ist vorgesehen, dass die Halteleiste eine Aussparung für die Miniaturstrahler-Aufnahme aufweist.
Die Halterung eines oder mehrerer Miniaturstrahler in einer oder mehreren Aussparungen trägt zu einer kompakten Bauform der Halteleisten bei. Ein in einer Aussparung angeordneter Miniaturstrahler ist in gewissem Maße vor mechanischen Einwirkungen geschützt. Darüber hinaus wird durch diese Anordnung eine Abstrahlung von Strahlung in den Bauraum entgegengewirkt. Die vom Miniaturstrahler emittierte Strahlung steht dabei im Wesentlichen für eine Bestrahlung der Pflanzen und der Anbauebene E zur Verfügung.
Es hat sich bewährt, wenn die Aussparung eine konische, parabolische oder hyperbolische Grundform aufweist.
Die Aussparung ist in eine Halteleiste eingelassen, die eine Längsachse aufweist. Unter der Grundform der Aussparung wird die zweidimensionale Form der Aussparung in einer Schnittebene verstanden, deren Normalenvektor in Richtung der Längsachse verläuft. Die Aussparung weist daher im Querschnitt zur Längsachse der Halteleiste einen konischen, parabel- oder hyperbelförmigen Verlauf auf. Eine derartige Form der Aussparung trägt dazu bei, dass die von dem Infrarotstrahler emittierte Infrarotstrahlung in Richtung der Anbauebene E reflektiert wird und auf die Anbauebene E gerichtet wird, so dass dieses – abgesehen von Verlusten, beispielsweise durch Absorption – für eine Bestrahlung der Pflanzen zur Verfügung steht.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung ist vorgesehen, dass die Aussparung in eine Basisfläche der Halteleiste eingelassen ist, und dass der in der Aussparung angeordnete Miniaturstrahler die Basisfläche in Richtung der Anbauebene E nicht überragt.
Ein die Basisfläche in Richtung der Anbauebene E nicht überragender Miniaturstrahler ist in der Aussparung vor mechanischen Einwirkungen geschützt angeordnet. Darüber hinaus kann die von dem Miniaturstrahler seitlich und in Richtung des Bauraums emittierte Strahlung über die Wandung der Aussparung effektiv in Richtung der Anbauebene E umgelenkt werden. Auf diese Weise wird eine besonders energieeffiziente Bestrahlungsvorrichtung erhalten.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Aussparung in der Basisfläche eine kreisförmige oder ovale Öffnung hat.
Durch eine kreisförmige oder ovale Öffnung der Aussparung kann emittierte und reflektierte Strahlung in Richtung auf die Anbauebene E gleichmäßig abgestrahlt werden. Eine solche Form der Öffnung trägt zu einer gleichmäßigen Bestrahlungsstärke-Verteilung auf der Anbauebene bei.
Vorzugsweise weisen benachbarte Miniaturstrahler einen Abstand zueinander im Bereich von 0,5 m bis 1,5 m auf.
Um eine gleichmäßige Bestrahlung der Anbauebene E sowohl mit ultravioletter/sichtbarer Strahlung als auch mit Infrarotstrahlung möglichst kostengünstig zu gewährleisten, sind zueinander im Widerstreit stehende oder sich gegenseitig beeinflussende Eigenschaften zu optimieren, wie etwa die Strahlerleistung, Strahlergröße und Strahler-Belegungsdichte.
Grundsätzlich ist eine geringe Strahlerdichte der Miniaturstrahler wünschenswert. Ein Abstand benachbarter Miniaturstrahler von weniger als 0,5 m führt jedoch zu einer vergleichsweise hohen Strahlerdichte, einhergehend mit einer geringen Nennleistung pro Strahler und hohen Installations- und Betriebskosten. Weisen benachbarte Miniaturstrahler in Richtung ihrer Längsachsen einen Abstand von mehr als 1,5 m auf, ist eine gleichmäßige Bestrahlung der Anbauebene mit Infrarotstrahlung nur aufwendig zu erreichen.
Bei einer bevorzugten Modifikation der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung weisen die Miniaturstrahler von der Anbauebene E einen Abstand im Bereich von 1,0 m ± 0,5 m auf.
Der Abstand der Miniaturstrahler von der Anbauebene E beeinflusst die Bestrahlungsstärke und deren Verteilung auf der Anbauebene E. Je nach Pflanzenart hat sich ein Abstand der Miniaturstrahler von der Anbauebene von 0,5 m bis 1,5 m bewährt. Bei einem Abstand von weniger als 0,5 m können nur Pflanzen bis zu einer geringen Wuchshöhe bestrahlt werden. Ein Abstand der Miniaturstrahler von mehr als 1,5 m beeinträchtigt eine kompakte Bauform der Bestrahlungsvorrichtung.
Es hat sich bewährt, wenn mit der Halteleiste Infrarotstrahlung reflektierende Seitenflügel verbunden sind, wobei die Seitenflügel mit der Horizontalen jeweils einen Winkel α im Bereich zwischen 20° bis 50° einschließen.
Die Seitenflügel weisen nach außen und verringern so insbesondere eine Abstrahlung von Infrarotstrahlung in Richtung des Bauraums. Darüber hinaus können die Seitenflügel auch eine seitliche Abstrahlung von Infrarotstrahlung in Richtung der UV-/VIS-Strahlungsquellen in der Strahlerzone verringern. Sie tragen daher zu einer hohen Energieeffizienz der Bestrahlungsvorrichtung bei.
Bei einer weiteren bevorzugten Modifikation der Bestrahlungsvorrichtung ist den Infrarotstrahlern jeweils ein Reflektor zugeordnet, der an der Halteleiste gehaltert ist.
Ein Reflektor trägt dazu bei, die emittierte Strahlung in Richtung der Anbauebene E umzulenken. Die emittierte Strahlung steht somit weitestgehend für eine Bestrahlung der Pflanzen zur Verfügung.
Es hat sich bewährt, wenn der Reflektor ein segmentierter Reflektor ist.
Ein segmentierter Reflektor ermöglicht insbesondere eine homogene Beleuchtung eines runden Bereichs auf der Anbauebene; er ist daher für eine gleichmäßige Bestrahlung der Anbauebene E mit einer geringen Schwankungsbreite der Bestrahlungsintensität geeignet.
Vorzugsweise weist die Halteleiste eine Fassung zur Miniaturstrahler-Aufnahme auf, wobei der Reflektor derart in die Halteleiste eingelassen ist, dass er zwischen der Halteleiste und der Fassung verläuft.
Durch einen Reflektor, der die Fassung zumindest teilweise umgreift, wird einer übermäßigen Erwärmung der Fassung und des Lampensockels entgegengewirkt. Eine solche Anordnung geht mit einer geringen thermischen Beanspruchung der Mlniaturstrahler einher und trägt zu einer hohen Lebensdauer der Miniaturstrahler bei.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Bestrahlungsvorrichtung ein Gehäuse mit Seitenwänden umfasst, wobei auf mindestens eine der Seitenwände eine Reflektorfolie, beispielsweise aus Aluminium, aufgebracht ist.
Eine reflektierende Innenauskleidung durch eine auf die Seitenwände der Bestrahlungsvorrichtung aufgebrachte Reflektorfolie verringert in erster Linie Bestrahlungsverluste und kann zu einer gleichmäßigen Verteilung der Bestrahlungsintensität bezogen auf die Anbauebene beitragen. Eine besonders symmetrische, homogene Strahlungsverteilung wird erhalten, wenn auf zwei gegenüberliegenden beziehungsweise auf allen vier Seitenwänden eine Reflektorfolie aufgebracht ist.
Bei Verwendung einer reflektierenden Innenauskleidung können insbesondere Halteleisten mit Miniaturstrahlern verwendet werden, bei denen ein Teil der emittierten Infrarotstrahlung in einem auf die Horizontale bezogenen flachen Winkel nach unten, in weiter von der Halteleiste entfernte Bereiche abgestrahlt wird, was zu einem Überlappen der Bestrahlungsbereiche, auch mit über den nächsten Nachbarn hinausgehenden, parallel angeordneten Halteleisten, und einer gleichmäßigen Verteilung der Bestrahlungsintensität bezogen auf die Anbauebene E beiträgt.
Wird keine reflektierende Innenauskleidung verwendet, können insbesondere Halteleisten verwendet werden, die so gestaltet sind, dass der überwiegende Teil der Strahlung in Bereiche unterhalb der Halteleiste abgestrahlt wird, so dass eine Überlappung der Bestrahlungsbereiche hauptsächlich mit der nächsten, parallel dazu angeordneten Halteleiste gegeben ist.
Ausführungsbeispiel
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Im Einzelnen zeigt in schematischer Darstellung:
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen mit einer Halteleiste zur Aufnahme und Halterung der Miniaturstrahler,
2 eine erste Ausführungsform eines Miniaturstrahlers zum Einsatz in eine Halteleiste der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung gemäß 1,
3 eine erste Ausführungsform einer Halteleiste zum Einsatz in einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung in einem Längsschnitt,
4 eine zweite Ausführungsform einer Halteleiste zum Einsatz in einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung in einer perspektivischen Darstellung,
5 eine dritte Ausführungsform einer Halteleiste zum Einsatz in einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung in einem Längsschnitt,
6 eine vierte Ausführungsform einer Halteleiste zum Einsatz in einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung in einer Ansicht von unten, und
7 die Halteleiste gemäß 6 in einer Seitenansicht.
1 zeigt eine Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen, der insgesamt die Bezugsziffer 1 zugeordnet ist. Die Bestrahlungsvorrichtung 1 ist für den Etagenanbau vorgesehen und umfasst ein Gehäuse 15 mit fünf darin übereinander angeordneten Pflanzmodulen (Etagen) zum Anbau von Pflanzen, von denen in 1 zum Zwecke der Vereinfachung nur zwei Pflanzmodule 10, 20 dargestellt sind. Die nicht dargestellten Pflanzmodule sind identisch zu den Pflanzmodulen 10, 20 ausgebildet. Auf beide Seitenwände 16, 17 des Gehäuses ist jeweils eine Reflektorfolie 18a, 18b aufgebracht.
Die Pflanzmodule 10, 20 umfassen ein Trägerelement 2 sowie einen oberhalb des Trägerelements 2 angeordneten Bauraum B, der Elektroleitungen und Montageelemente aufweist, sowie die unterhalb des Bauraums angeordnete Strahlerzone Z. Das Trägerelement 2 ist mit Erde gefüllt und mit mehreren Pflanzen 3 bepflanzt. In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) sind die Pflanzen jeweils in einzelnen Pflanztöpfen auf dem Trägerelement 2 angeordnet. Die Oberfläche des bepflanzten Trägerelements legt eine Anbauebene E fest. Die Strahlerzone Z befindet sich oberhalb der Anbauebene E. In der Strahlerzone Z sind LED-Leisten 4a, 4b, 4c angeordnet, die im Wesentlichen optische Strahlung 5 mit Wellenlängen im sichtbaren und im ultravioletten Bereich emittieren. In der Strahlerzone Z sind ebenfalls mehrere Halteleisten 7 zur Aufnahme und Halterung von Infrarotstrahlern 8 vorgesehen, die Pflanzen 3 mit Infrarotstrahlung 6 bestrahlen. Die Halteleisten 7 sind aus wärmebeständigem, elektrisch isolierendem, Infrarotstrahlung reflektierendem Material in Form von metallisch eingefärbtem Kunststoff gefertigt. Jedem Infrarotstrahler 8 ist ein Bestrahlungsbereich F auf der Anbauebene E zugeordnet, der durch gestrichelt eingezeichnete Linien 6 angedeutet ist, welche die Infrarot-Bestrahlung symbolisieren.
Die Infrarotstrahler 8 sind Miniaturstrahler. Sie weisen einen gasdicht verschlossenen Lampenkolben aus Aluminiumsilikatglas sowie ein darin angeordnetes Heizfilament in Form einer Glühwendel auf. Das Innere des Lampenkolbens ist evakuiert. Darüber hinaus ist innerhalb des Lampenkolbens ein Triphosphorpentanitrid(P₃N₅)-Getter angeordnet. Die Miniaturstrahler sind für eine elektrische Nennleistung von 24 W bei einer Nennspannung von 6 V ausgelegt. Die Nenntemperatur des Heizfilaments betraft 1.220°C.
In die Halteleiste 7 sind Fassungen (nicht dargestellt) eingelassen, in die die Miniaturstrahler eingesetzt werden können. Die Fassungen sind gemäß IEC 60061-2 ausgeführt. Diese weisen lange Kriechstrecken auf und stellen einen geringen Übergangswiderstand sicher. Hierdurch wird auch ein Eindringen von Schmutz oder Feuchte in die Fassung reduziert.
Auf der der Anbauebene E zugewandten Seite der Halteleisten 7 ist den Miniaturstrahlern jeweils ein in die Halteleiste eingelassener Reflektor 9 aus Aluminium-Blech mit einer Schutzschicht aus SiO₂ zugeordnet, der die Ausbreitung der vom jeweiligen Infrarotstrahler 8 emittierten Infrarotstrahlung 6 nach oben in Richtung des Bauraums B und seitlich in Richtung der LED-Leisten 4a, 4b, 4c verringert. Der Reflektor 9 schließt mit der Horizontalen jeweils einen Winkel von 45° ein. Die Oberfläche des Reflektors 9 ist aus so genanntem gehämmertem Aluminium gefertigt; sie wirkt diffus reflektierend.
In Richtung der Längsachsen der Halteleisten 7 sind acht baugleiche Infrarotstrahler 8 hintereinander angeordnet (nicht dargestellt). Benachbarte Infrarotstrahler 8 weisen in Richtung der Längsachse einen Abstand zueinander von 0,75 m auf. Der Abstand parallel zueinander angeordneter, benachbarter Infrarotstrahler senkrecht zur Richtung ihrer Längsachsen beträgt ebenfalls 0,75 m. Zur Anbauebene E weisen die Infrarotstrahler einen Abstand von 1,0 m auf.
Die Miniaturstrahler 8 einer Halteleiste 7 sind in Reihe geschaltet; sie werden mit einer Wechselspannung von 48 V bei einem Nennstrom von 4 A betrieben. Im Fehlerfall muss genau eine Leiste überprüft werden. Ferner ist eine Regelung für die Lampenparameter Spannung und Strom vorgesehen. Diese umfasst einen Betriebsstundenzähler für jede Halteleiste 7. In Abhängigkeit von der ermittelten Betriebsdauer wird von der Regelung ein Austausch einzelner oder aller Lampen einer Halteleiste 7 vorgeschlagen.
Die Miniaturstrahler 8 in der Strahlerzone Z so angeordnet, dass sich ihre Bestrahlungsbereiche F seitlich so überlappen, dass die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene 30 Watt/m² beträgt. Die Schwankungsbreite der Bestrahlungsstärke beträgt weniger als 50%.
2A zeigt eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines Miniaturstrahlers zum Einsatz in eine Halteleiste der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung gemäß 1, dem insgesamt die Bezugsziffer 200 zugeordnet ist. In 2B ist der Miniaturstrahler 200 in einer Draufsicht dargestellt.
Der Miniaturstrahler 200 ist einseitig gesockelt und umfasst einen Lampenkolben 202, der durch eine Quetschung 203 des Lampenkolbens 202 gasdicht verschlossen ist. Innerhalb des Lampenkolbens 202 sind ein Filament 201, eine Stromzuführung 204a, 204b für das Filament 201 sowie ein Stützelement 205 angeordnet. Auf dem Stützelement 205 ist ein Getter (nicht dargestellt) aus Triphosphorpentanitrid (P₃N₅) aufgebracht.
Der Miniaturstrahler 200 ist für eine Nennleistung von 24 W bei 6 V Nennspannung ausgelegt; das Filament 201 weist bei Nennspannung eine Nenntemperatur von 1.220°C auf. Die Länge des Filaments beträgt 30 mm.
Die Strahlertemperatur hängt von den Betriebsbedingungen des Strahlers sowie von dessen Konstruktion, insbesondere der des Heizfilaments ab. In der nachfolgenden Tabelle sind ermittelte Betriebsbedingungen für konstruktiv verschiedene Miniaturstrahler zusammengefasst.
Versuchsergebnisse

Die Ministrahler weisen ein Filament aus Wolfram mit einer Filamentlänge von 30 mm auf; sie wurden jeweils mit einer Spannung von 6 Volt und einem Strom von 4 A betrieben (Nennleistung 24 Watt; Widerstand 1,5 Ω). Die Ministrahler unterscheiden sich beispielsweise in der Drahtdicke des Heizfilaments, der Dicke des Dorns auf den das Heizfilament aufgewickelt wurde, der Wicklungsanzahl und der Steigung der Wicklung. In der nachfolgenden Tabelle sind die Ergebnisse zusammengefasst: Tabelle 1

Nr.	d_Filament [mm]	d_Dorn [mm)	Steigung [mm]	Leistung P [W]	Filament-Temperatur [°C]
1	0,3	0,60	0,38	24	1.481
2	0,3	0,70	0,39	23	1.432
3	0,32	0,70	0,40	26	1.462
4	0,32	0,81	0,38	24	1.371
5	0,32	0,90	0,41	24	1.371
6	0,35	1,40	0,43	24	1.221
7	0,37	2,00	0,48	24	1.130
8	0,37	2,20	0,47	23	1.084
9	0,38	2,00	0,48	25	1.131

In 3 ist ein Miniaturstrahler 200 gemäß 2 dargestellt, der in der ersten Ausführungsform einer Halteleiste 300 eingesetzt ist. Die Halteleiste 300 ist aus weißem Kunststoffgefertigt und zum Einsatz in der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung gemäß 1 geeignet.
Die Halteleiste 300 ist mit einer Fassung 302 versehen, die zur Aufnahme des Infrarotstrahler-Sockels 301 geeignet ist. Um die Fassung 302 ist ein Reflektor 303 aus Aluminiumblech eingelassen. Der Reflektor 303 weist eine konische Form auf, die sich nach unten, also in Richtung auf die Anbauebene E, verbreitert. Der Reflektor 303 reflektiert die vom Infrarotstrahler 200 emittierte Infrarotstrahlung auf die Anbauebene E. In einer alternativen Ausführungsform der Halteleiste 300 (nicht dargestellt) weist der Reflektor 303 eine parabolische, elliptische oder hyperbolische Geometrie auf. Darüber hinaus können einem Reflektor 303 ein oder mehrere Infrarotstrahler 200 zugeordnet sein.
4 zeigt in perspektivischer Darstellung eine zweite Ausführungsform einer Halteleiste für Miniaturstrahler 401, der insgesamt die Bezugsziffer 400 zugeordnet ist. Die Halteleiste 400 ist aus einem wärmbeständigen, elektrisch isolierenden Kunststoff gefertigt; sie ist mit mehreren Fassungen (nicht dargestellt) für die Aufnahme von Miniaturstrahlern 401 versehen. Hierdurch wird eine einfache Montage und ein einfacher Austausch von Miniaturstrahlern ermöglicht.
Die Fassungen sind von einem Reflektor 402 umgeben, der in die Halteleiste 400 eingelassen ist. Der Reflektor 402 ist aus Aluminiumblech gefertigt und mit einer Schutzschicht aus SiO₂ versehen. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn der Reflektor 402 eine konische Grundform aufweist, die sich in Richtung auf die Anbauebene E gesehen erweitert. In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) ist vorgesehen, dass der Reflektor 402 eine Grundform aufweist, die in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Halteleisten-Längsachse eine parabolische elliptische oder hyperbolische Form aufweist. Hierdurch wird gewährleistet, dass ein möglichst großer Teil der vom Reflektor 402 reflektierten Infrarotstrahlung zur Bestrahlung eines Bestrahlungsbereichs auf der Anbauebene E zur Verfügung steht.
Die Oberfläche des Reflektors 402 ist segmentiert ausgebildet. Eine derartige Oberflächenstruktur trägt dazu bei, dass eine homogene Beleuchtung eines runden Bereichs auf der Pflanzenebene ermöglicht wird.
In 5 ist eine weitere Ausführungsform einer Halteleiste 500 im Längsschnitt dargestellt. Die Halteleiste 500 weist eine Aussparung 502 auf, in der der ein Miniaturstrahler 501 angeordnet ist. Alternativ können in der Aussparung 502 auch mehrere Miniaturstrahler 501 angeordnet sein.
Die Aussparung 502 weist einen oberen ersten Abschnitt und einen unteren zweiten Abschnitt auf. Der erste Abschnitt ist unmittelbar in die Basisfläche 504 eingelassen und weist einen konischen Verlauf auf. Der Konuswinkel α beträgt 45°. Der zweite Abschnitt weist einen zylinderförmigen Verlauf mit einem Durchmesser von 36 mm auf. Auf die Oberfläche der Aussparung 502 ist eine Infrarotstrahlung reflektierende Beschichtung aus Aluminium aufgebracht. Durch die in der Aussparung 502 versenkte Anordnung des Miniaturstrahlers 501 und die reflektierenden Eigenschaften der Halteleiste 500 kann auf den Einsatz externer Reflektoren verzichtet werden. Die emittierte Infrarotstrahlung wird durch die Geometrie der Aussparung 502 auf die Anbauebene E gelenkt.
In den 6 und 7 ist eine vierte Ausführungsform einer Halteleiste 600 dargestellt. 6 zeigt die Halteleiste 600 in einer Ansicht von unten und 7 zeigt die Halteleiste in einer Seitenansicht.
Die Halteleiste 600 ist aus metallisch eingefärbtem Kunststoff gefertigt; sie weist eine Basisplatte 602 auf, an der vier Reflektorbleche 603a, 603b, 603c, 603d angebracht sind. Die Basisplatte 602 weist eine Länge L von 1.100 mm und eine Breite B von 100 mm auf. Die Reflektorbleche 603a, 603b, 603c, 603d sind gegenüber der Basisplatte 602 um einen Winkel α von 45°C abgewinkelt. Die Länge l der Reflektorbleche 603a–d beträgt 70,7 mm. An der Basisplatte 602 der Halteleiste 600 sind drei Miniaturstrahler 601a, 601b, 601c über eine Steckverbindung befestigt. Die Mlniaturstrahler 601a, 601b, 601c sind identisch ausgebildet. Sie weisen jeweils ein Heizfilament 605a, 605b, 605c auf, das die Basisfläche 602 vollständig überragt. An den Enden ist das Heizfilament 605a, 605b, 605c zur elektrischen Kontaktierung mit Anschlusselementen 606 versehen. Die Heizfilamente 605a, 605b, 605c weisen jeweils eine Filament-Länge von 40 mm auf. Der Abstand a benachbarter Miniaturstrahler 601a–c beträgt 430 mm.

Claims

Bestrahlungsvorrichtung (1) zur Bestrahlung von Pflanzen (3), aufweisend ein eine Anbauebene E definierendes Trägerelement (2) zur Kultivierung der Pflanzen (3), mehrere Strahlungsquellen (4a; 4b; 4c) zur Bestrahlung der Pflanzen (3) mit sichtbarer und/oder ultravioletter Strahlung (5) und mehrere Infrarotstrahler (8) zur Bestrahlung der Pflanzen (3) mit Infrarotstrahlung (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotstrahler (8) Miniaturstrahler (8; 200) sind, die für eine Nennleistung von maximal 30 W ausgelegt sind, und die jeweils einen für Infrarotstrahlung (6) durchlässigen Lampenkolben (202) und innerhalb des Lampenkolbens (202) einen Getter sowie ein Heizfilament (201) aufweisen, das für eine Betriebstemperatur von 1.000°C bis 1.500°C ausgelegt ist, wobei mindestens eine Halteleiste (7; 300; 400; 500) zur Miniaturstrahler-Halterung vorgesehen ist, die sich in einer oberhalb der Anbauebene E gelegenen Strahlerzone Z erstreckt, so dass sich Bestrahlungsbereiche benachbarter Miniaturstrahler (8; 200; 401; 501) auf der Anbauebene E derart überlappen, dass die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E zwischen 10 Watt/m² und 100 Watt/m² mit einer Schwankungsbreite von maximal 50% um ihren Mittelwert beträgt.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lampenkolben (202) aus einem Glas gefertigt ist, das für Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 2.000 nm bis 4.500 nm eine Transmission von mindestens 70%, vorzugsweise eine Transmission von mindestens 80%, aufweist.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E 10 Watt/m² bis 50 Watt/m² beträgt.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Miniaturstrahler (8; 200; 401; 501) für eine Nennspannung im Bereich von 6 V bis 24 V ausgelegt sind.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Strahlerzone Z mehrere, äquidistant verlaufende Halteleisten (7; 300; 400; 500) angeordnet sind.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Halteleisten (7; 300; 400; 500) einen Abstand im Bereich von 0,5 m bis 1,5 m aufweisen.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteleiste (7; 300; 400; 500) aus wärmebeständigem, elektrisch isolierendem und lnfrarotstrahlung reflektierendem Material gefertigt ist.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteleiste (500) eine Aussparung (502) für die Miniaturstrahler-Aufnahme aufweist.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (502) eine konische, parabolische oder hyperbolische Grundform aufweist.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (502) in eine Basisfläche (504) der Halteleiste eingelassen ist, und dass der in der Aussparung (502) angeordnete Miniaturstrahler (501) die Basisfläche (504) in Richtung der Anbauebene E nicht überragt.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (502) in der Basisfläche (504) eine kreisförmige oder ovale Öffnung hat.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Miniaturstrahler (8; 200; 401; 501) einen Abstand zueinander im Bereich von 0,5 m bis 1,5 m aufweisen.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Miniaturstrahler (8; 200; 401; 501) von der Anbauebene E einen Abstand im Bereich von 1,0 m ± 0,5 m aufweisen.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Halteleiste (300) Infrarotstrahlung reflektierende Seitenflügel (303) verbunden sind, wobei die Seitenflügel mit der Horizontalen jeweils einen Winkel α im Bereich zwischen 20° bis 50° einschließen.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwankungsbreite maximal 20%, vorzugsweise maximal 10%, der mittleren Bestrahlungsstärke beträgt.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Miniaturstrahlern (8; 200; 401; 501) jeweils ein Reflektor (303; 402) zugeordnet ist, der an der Halteleiste (300; 400) gehaltert ist.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor ein segmentierter Reflektor (402) ist.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteleiste eine Fassung zur Miniaturstrahler-Aufnahme aufweist, wobei der Reflektor derart in die Halteleiste eingelassen ist, dass er zwischen der Halteleiste und der Fassung verläuft.