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Die Erfindung betrifft ein Waben-Heizelement, eine Bienenwabe sowie einen Bienenstock.
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Die ökologische Bedeutung von Bienen ist beträchtlich, da sie als wichtige Bestäuber in erheblichem Maße zur Reproduktion von Wild- und Kulturpflanzen und somit zu deren Erhalt beitragen. Die Bienenvölker werden jedoch weltweit immer stärker durch die sogenannte Varroamilbe bedroht. Diese parasitäre Milbe nistet sich in die Brutzellen der Bienenlarven ein, nachdem die Bienenkönigin in die Zellen der Wabe jeweils ein Ei gelegt hat und sie mit Nahrung befüllt wurden. Geschützt in den alsdann verschlossenen Zellen können sich die Milben ungestört vermehren und ernähren sich von der Bienenbrut. Diese sich ausbreitende Milbeninvasion führt häufig zu einem Massensterben der Bienenvölker.
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Um dem entgegenzuwirken sind aus der Praxis einige Vorrichtungen beziehungsweise Verfahren bekannt. So wird beispielsweise versucht, die Milben durch eine Behandlung der Bienenstöcke mit Chemikalien zu vernichten. Dies wirkt sich jedoch meist auch nachteilig auf die Gesundheit des Bienenvolks aus und ist vor allem auch deshalb zu vermeiden, da nicht ausgeschlossen werden kann, dass Rückstände der Chemikalien in die Honigproduktion gelangen. Des Weiteren sind Stockheizelemente bekannt, die von außen oder auch als im Stock angebrachte Heizelemente die Temperatur im ganzen Bienenstock so zu erhöhen versuchen, dass die Milben vernichtet werden. Dies führt jedoch zu einer völligen Umstellung der Temperaturverteilung in den Wabengassen und beeinflusst den Wasserhaushalt im Bienenstock nachteilig. Deshalb leiten die wärmesensiblen Bienen klimaregulierende Maßnahmen ein und verringern somit ihre Produktivität. In einigen Fällen kommt es durch die Temperaturerhöhung sogar dazu, dass das gesamte Wabenwerk einstürzt.
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Um die Wärme zur Bekämpfung der Milben gezielter einbringen zu können, ist aus der
US 6,475,061 B1 ist eine Wabenheizung für einem Bienenstock bekannt. Hierbei kann jedoch aufgrund der Anordnung keine exakte Temperatur eingestellt werden, die über den gesamten Bereich ausreichend homogen ist. Vielmehr zeigt die Praxis, dass die Wabe, bei der es sich hier vorzugsweise um eine Drohnennwabe handelt, so durch die stromführenden Drähte aufgeheizt wird, dass nicht nur die Milben sondern auch die in den Zellen befindlichen Larven getötet werden. Die Drohnenlarven stellen dabei einen kalkulierten und dennoch unvorteilhaften Verlust dar. Außerdem muss darauffolgend der Wabeninhalt entweder vom Imker oder von den Bienen selbst aus dem Stock entfernt werden, was den Arbeitsaufwand erhöht beziehungsweise den Ertrag verringert.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Heizung anzugeben, mit der die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Waben-Heizelement gemäß Patentanspruch 1 sowie dessen Verwendung gemäß Patentanspruch 12, eine Waben-Heizanlage gemäß Patentanspruch 8, eine Bienenwabe gemäß Patentanspruch 9 sowie einen Bienenstock gemäß Patentanspruch 10 und ein Verfahren zur Beheizung gemäß Patentanspruch 13 gelöst.
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Ein erfindungsgemäßes flächiges Waben-Heizelement umfasst eine Heizleiterstruktur, die im Wesentlichen in zumindest einer Ebene parallel zu einer Flachseite des flächigen Waben-Heizelements angeordnet ist. Außerdem umfasst das Waben-Heizelement eine Wärmeverteilungsschicht, welche sich im Wesentlichen in einer Ebene benachbart zur Heizleiterstruktur erstreckt. Die insgesamt flächige, insbesondere planare, Ausgestaltung des Waben-Heizelements ist dabei von besonderem Vorteil, da durch diese Form gewährleistet wird, dass es in nahezu allen üblichen Beuten, den Behausungen der Bienen, eingesetzt werden kann. Die Bienen erhalten hierdurch zusätzlich die Möglichkeit, ihre Waben direkt angrenzend an die Wärmeverteilungsschicht auszubauen, also im Bereich der größten Homogenität der Wärme.
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Dass die Heizleiterstruktur „im Wesentlichen“ in zumindest einer Ebene angeordnet ist, bedeutet hier, dass sich der größte Teil der Heizleiterstruktur – im Rahmen üblicher Toleranzen – in dieser, ggf. auch leicht gekrümmten, Ebene befindet. Des Weiteren kann die Heizleiterstruktur auch in mehreren, vorzugsweise parallelen, Ebenen angeordnet sein, um einen größeren Wärmeeintrag zu realisieren oder eine homogenere Wärmeverteilung zu gewährleisten. Besonders bevorzugt erstreckt sich die Heizleiterstruktur jedoch plan mit anderen Worten flach in genau einer Ebene. Im Rahmen der Erfindung kann das Waben-Heizelement aber auch mehrere Heizleiterstrukturen umfassen, die einzeln steuerbar sind, um eine noch homogenere Wärmeverteilung zu erreichen, worauf weiter unten noch eingegangen wird. Die Heizleiterstruktur kann dabei beispielsweise als ein von Flüssigkeit oder Gas durchlaufenes Rohrleitungssystem ausgebildet sein, ist jedoch besonders bevorzugt als elektrischer Heizleiter, insbesondere aus Kupfer, ausgeführt.
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Für die Form der sich im Wesentlichen in einer Ebene erstreckenden Wärmeverteilungsschicht gelten die oben zur Form der Heizleiterstruktur erläuterten Ausführungen analog. Durch die benachbarte Anordnung von der Ebene der Wärmeverteilungsschicht zur Ebene der Heizleiterstruktur ergibt sich ein möglichst großer Wärmeübertrag. Die beiden Ebenen verlaufen dabei vorzugsweise parallel und die Wärmeverteilungsschicht ist mit der Heizleiterstruktur mechanisch gekoppelt, das heißt insbesondere fest verbunden. Die Wärmeverteilungsschicht gleicht so eventuelle Inhomogenitäten der Ausbreitung der Wärme aus, die durch die Geometrie der Heizleiterstruktur entstehen, indem sie die von der Heizleiterstruktur abgegebene Wärme möglichst gleichmäßig in einer Fläche verteilt. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird also durch die Wärmeverteilungsschicht über die gesamte Fläche des Waben-Heizelements eine weitestgehend gleichmäßige Temperatur erzeugt, das heißt also auch die Wärmeabgabe ist bestmöglich homogen. Die Wärme wird also eben nicht direkt von der Heizleiterstruktur an die Wabe abgegeben, sondern – im wesentlichen Unterschied zum Stand der Technik – indirekt, da sie sich zunächst in der Wärmeverteilungsschicht ausbreitet. Die Wärmeverteilungsschicht besteht deshalb aus einem Material, dass die Wärme möglichst gut leitet.. Die Wärmeverteilungsschicht kann komplett durchgehend ausgestaltet sein, aber auch in Bereiche aufgeteilt werden, um eine noch homogenere Verteilung zu realisieren. Dabei sind die darunter liegenden Heizleiterstrukturen nicht an die Bereichsgrenzen der Wärmeverteilungsschicht gekoppelt. D.h. das Material weist bevorzugt eine höhere Wärmeleitfähigkeit als 80 W/(m·K) auf. Vorzugsweise wird Kupfer aufgrund seiner sehr hohen Wärmeleitfähigkeit verwendet. Dadurch wird die Wärmeverteilungsschicht bevorzugt auch möglichst dünn ausgestaltet. Zudem hat ein Metall, wie z. B. Kupfer, den vorteilhaften Effekt, dass es die ggf. bei dem Einsatz eines elektrischen Heizleiters entstehen elektrischen Felder abschirmt Beim Einsatz mehrerer elektrisch leitfähiger Komponenten werden diese selbstverständlich mit den in der Elektronik üblichen Mitteln, also durch Anordnung, Ummantelung etc., voneinander isoliert.
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In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Beheizung einer Wabe wird also von einer Heizleiterstruktur Wärme abgegeben. Die Heizleiterstruktur ist dafür im Wesentlichen in zumindest einer Ebene in der Wabe angeordnet. Die erzeugte Wärme wird dann mittels einer Wärmeverteilungsschicht in einer Fläche gleichmäßig verteilt. Dabei erstreckt sich die Wärmeverteilungsschicht im Wesentlichen in einer Ebene benachbart zur Heizleiterstruktur. Folgend kann die Wärme homogen an die angrenzende Bienenwabenstruktur abgegeben werden, um beispielsweise Varroamilben zu bekämpfen und/oder die Bienen bei der Überwinterung zu unterstützen.
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Eine erfindungsgemäße Waben-Heizanlage umfasst eine Anzahl von erfindungsgemäßen Waben-Heizelementen und eine Steuereinrichtung zum Betrieb der Heizleiterstrukturen. Dabei können eines oder mehrere Waben-Heizelemente in einem Bienenstock untergebracht sein, die Waben-Heizelemente können aber auch auf unterschiedliche Bienenstöcke verteilt sein.
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Komponenten der Steuereinrichtung können auch auf den Wabenheizelementen angeordnet sein. So ist es beispielsweise besonders vorteilhaft, einen Temperatursensor möglichst zentral über der jeweils zugehörigen Heizleiterstruktur, d. h. auch über bzw. auf der darüber liegenden Wärmeverteilungsschicht, anzuordnen, um die Temperatur lokal möglichst exakt bestimmen zu können. Mit anderen Worten ist jeder Heizleiterstruktur also räumlich und per Schaltung ein Temperatursensor zugeordnet. Diese nehmen Temperaturdaten auf, auf deren Basis die Steuereinrichtung die Heizleiterstrukturen so steuert, dass sich eine definierte Temperatur einstellt. Durch entsprechende Einstellungen wird hier durch aktives Nachregeln ein über- und untersteuern möglichst vermieden. So kann zum Beispiel über Waben-Heizelemente in Bereichen nah an den Außenwänden des Bienenstocks mehr Wärme abgegeben werden, um geringen Außentemperaturen entgegenzuwirken.
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Alternativ ist es durch die Steuereinrichtung auch möglich, mehrere Heizleiterstrukturen eines Waben-Heizelements einzeln zu regeln, um etwaige Temperaturdifferenzen zwischen Innen- und Außenbereichen der Fläche des Waben-Heizelements auszugleichen. Somit können sowohl auf Mikro- als auch auf Makroebene, das heißt also sowohl im einzelnen Waben-Heizelement als auch im gesamten Bienenstock, gleichmäßigere Temperaturen gewährleistet werden, als es mit dem gegenwärtigen Stand der Technik möglich ist. Die Steuereinrichtung ist dabei insbesondere so ausgebildet, dass sie ein erfindungsgemäßes Verfahren zu Beheizung eines Waben-Heizelements ausführt.
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Eine weitere alternative Ausführungsform im Rahmen der Erfindung ist eine Waben-Heizanlage, die neben anderen Komponenten nur ein erfindungsgemäßes Wabenheizelement umfasst, wobei hier die Steuereinrichtung so ausgebildet sein kann, dass sie eine bauliche Einheit mit dem Waben-Heizelement bildet.
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Eine Bienenwabe umfasst erfindungsgemäß einen Rahmen mit einem darin angeordneten erfindungsgemäßen Waben-Heizelement. Der Rahmen bildet also sozusagen die Fassung für das Waben-Heizelement und ist mit diesem direkt und/oder indirekt verbunden. Aus der Praxis ist eine Vielzahl unterschiedlicher Abmessungen von Wabenrahmen bekannt. Ein erfindungsgemäßes Waben-Heizelement ist daher vorteilhafterweise in möglichst viele verschiedene Typen dieser Rahmen einbaubar. Ein Imker kann mit einfachen Mitteln seine eigenen Rahmen mit einem erfindungsgemäßen Waben-Heizelement zu erfindungsgemäßen Bienenwaben umbauen. Der Einsatz erfindungsgemäßer Bienenwaben ist somit sehr flexibel und kostengünstig. Alternativ dazu sind selbstverständlich auch vollständig gefertigte Bienenwaben im Umfang der Erfindung enthalten. Das erfindungsgemäße Waben-Heizelement ist dabei aus Effizienzgründen vorzugsweise in einer Mittelebene der Bienenwabe angeordnet. An diese durch das Heizelement gebildete Mittelschicht grenzen vorzugsweise beidseitig Bienenwabenstrukturen mit ihren Bodenflächen an. Durch den symmetrischen Aufbau können so die auf beiden Seiten angrenzenden Wabenstrukturen gleichmäßig beheizt werden. Ebenso ist es im Rahmen der Erfindung aber auch möglich eine sich mit ihrer Bodenfläche an nur eine Seite des Heizelements anschließende Bienenwabenstruktur gezielt zu beheizen.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Bienenstock eine Anzahl von erfindungsgemäßen Bienenwaben. Diese können beispielsweise als Waben-Heizanlage mit einer Steuereinrichtung verbunden sein. Es können aber auch gleichzeitig mehrere Bienenstöcke von einer Steuereinrichtung temperaturmäßig geregelt werden, wie oben bereits beschrieben. Je höher der Anteil an erfindungsgemäß beheizten Waben, insbesondere der Brutwaben, desto effektiver kann auch die Varroamilbe bekämpft werden.
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Ein erfindungsgemäßer Bienenschaukasten umfasst eine Bienenwabe mit einem Waben-Heizelement, insbesondere einem erfindungsgemäßen Waben-Heizelement, und zumindest ein Sichtfenster, das sich in einer zur Wabe parallelen Ebene erstreckt. Bevorzugt weist der Schaukasten außerdem ein Gehäuse und zumindest eine Tür auf, die parallel zu und aus Sicht eines Betrachters vor dem Sichtfenster angeordnet ist und zumindest dieses vollständig abdeckt. Bei geschlossener Tür befinden sich die Bienen also in der natürlichen Dunkelheit eines Bienenstocks. Lediglich zu Beobachtungszwecken wird die Tür geöffnet, sodass die Bienen die meiste Zeit ungestört verbringen können. Durch den Einsatz eines Waben-Heizelements, vorzugsweise eines erfindungsgemäßen Waben-Heizelements, in dem Bienenschaukasten wird vorteilhafterweise die Überwinterung von Bienen in einem Bienenstock selbst mit nur einer einzigen Wabe ermöglicht. Unter normalen Umständen reicht die Eigenwärme der Bienen für eine Überwinterung auf einer Wabe nicht aus. Unter Verwendung eines Waben-Heizelements kann eine definierte Temperatur eingestellt werden, die die Bienen bei der Klimaregulierung unterstützt. Dadurch kann auch eine einzelne Bienenwabe sogar im Winter ohne Störung und/oder Gefahr für das Wohl der Bienen und vollständig einsehbar ausgestellt werden. Dies ermöglicht neue Beobachtungsmethoden und somit neue Erkenntnisse zum Winterverhalten der Bienen, die bei milbengeschwächten Bienenvölkern von besonderem Interesse sind.
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Dementsprechend wird ein erfindungsgemäßes Waben-Heizelement in einem Bienenstock zur Bekämpfung von Parasiten und/oder in einem Bienenschaukasten erfindungsgemäß verwendet.
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Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden können.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Waben-Heizelements umfasst das Waben-Heizelement eine weitere Wärmeverteilungsschicht, wobei die Heizleiterstruktur zwischen den beiden Wärmeverteilungsschichten angeordnet ist. Dies ist besonders vorteilhaft, da so die Wärme in gleicher Weise, also mit möglichst homogener Verteilung zu beiden flächigen Seiten des Waben-Heizelements hin abgegeben werden kann. Das in einer Mittelschicht einer Bienenwabe angeordnete, vorzugsweise beidseitig von den Bodenflächen angrenzender Bienenwabenstrukturen umschlossene Waben-Heizelement kann so diese Wabenstrukturen besonders gleichmäßig beheizen. Alternativ kann die Wabenstruktur auch nur an einer Seite an das Waben-Heizelement angrenzen, aus Effizienzgründen wird jedoch die oben geschilderte Variante zu bevorzugt.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung sind die Wärmeverteilungsschichten an einer Anzahl von Stellen leitend miteinander verbunden. „Leitend“ heißt hier zum einen gut wärmeleitend. Durch diese Kopplung der beiden Seiten werden etwaige kleine Temperaturdifferenzen vorteilhafterweise ausgeglichen. Zum anderen bedeutet „leitend“ aber bevorzugt auch gleichzeitig elektrisch leitend. Durch die elektrische Leitfähigkeit in Kombination mit der Durchkontaktierung ergibt sich nämlich eine Art faradayscher Käfig, der elektromagnetische Felder nach außen hin abschirmt, die eventuell im Inneren des Waben-Heizelements entstehen. Bei der vermuteten Elektrosensitivität der Bienen führt dies zu einem geringeren Irritationspotenzial. Besonders bevorzugt bestehen die Wärmeleitschichten deshalb aus Kupfer, da dieses Material gleichzeitig sehr gute elektrische und wärmeleitende Eigenschaften aufweist. Kupfer ist außerdem besonders günstig, da es ein Standardmaterial in der elektronischen Fertigung darstellt. Diese Durchkontaktierungen sind in hoher Anzahl und Dichte auch unter dem Temperatursensor angeordnet, um vorteilhafterweise eine möglichst gemittelte Temperatur beider Seiten messen zu können. Des Weiteren sind die Durchkontaktierungen bevorzugt auch rasterartig und homogen über die komplette Fläche der Heizplatte verteilt werden.
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Die Heizleiterstruktur ist bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Waben-Heizelements als zumindest ein schlingenförmig angeordneter Leiter ausgebildet. Die Form als Heizmäander ist vorteilhaft, weil so in die gesamte Fläche Heizleistung eingebracht werden kann. Die genaue Ausgestaltung der Heizleiterstruktur kann dabei unter Berücksichtigung von Größen wie der zur Verfügung stehenden Spannung und/oder der Stromstärke im Falle eines elektrischen Leiters erfolgen. Andernfalls können Durchflussrate, maximal Temperatur des Mediums oder ähnliche Parameter ausschlaggebende Kriterien darstellen. Variiert werden können beispielsweise der Querschnitt der Mäander, Länge, Dichte, Schlingenführung und Ähnliches.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist ein erfindungsgemäßes Waben-Heizelement als mehrlagige Leiterplatte ausgebildet. Solche auch als Multilayerplatinen oder „printed circuit boards“ (PCBs) bezeichnete Leiterplatten können in einer breiten Vielfalt standardisiert und somit kostengünstig gefertigt werden. Die unterschiedlichen Schichten des Waben-Heizelements, also die Heizleiterstruktur und die Wärmeverteilungsschicht, können auf diese vorteilhafte Weise also durch eine dünne Schicht eines Trägermaterials der Platine elektrisch isoliert übereinander gefertigt, beispielsweise geätzt und verpresst und/oder gedruckt, werden. Außerdem wird hierdurch eine ausreichend geringe Dicke des Wabenheizelements gewährleistet, sodass es sich in der Mitte zwischen zwei Bienenwabenstrukturen anordnen lässt.
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Zumindest auf einer Seite, bevorzugt beidseitig, wird in einem Ausführungsbeispiel auf einem erfindungsgemäßen Waben-Heizelement eine Wabenbasis appliziert. Diese erleichtert den Bienen den Ausbau zur fertigen, nutzbaren Wabenstruktur. Die Wabenbasis ist dabei als eine Bauvorgabe zu verstehen, die den Bienen die Grundstruktur der Wabenzellen vorgibt, die aber im Vergleich mit der fertigen Wabenstruktur nur eine geringe Höhe aufweist. Die Wabenbasis kann beispielsweise aus einer vorgeformten, meistens gewalzten, Lage Bienenwachs bestehen. Alternativ kann jedoch auch ein eine Kunststoffbasis angebracht werden, mit der die Platine bevorzugt direkt umgossen wird. Zuvor werden zum Schutz vor den mechanischen und/oder thermischen Belastungen beim Guss eventuell offenliegende elektronische Bauteile mit einem Schutzverguss, zum Beispiel mit einem Glob-Top-Verguss, versiegelt. Die fertig umgossene Platine ist somit zusätzlich vor Feuchtigkeit und mechanischen Belastungen geschützt.
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Bei einem weiteren Beispiel eines erfindungsgemäßen Waben-Heizelements ist in zumindest einer weiteren Ebene eine Leiterbahnstruktur einer Steuereinrichtung für die Heizleiterstruktur ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ können auch Komponenten einer Steuereinrichtung für die Heizleiterstruktur in einer weiteren Ebene angeordnet sein. Die Leiterbahnstruktur verläuft also bevorzugt innerhalb des Waben-Heizelements, sodass sie vorteilhafterweise wie weiter oben ausgeführt nach außen hin abgeschirmt ist. Des Weiteren kann es beispielsweise von Vorteil sein, die Temperatursensoren als Komponenten der Steuereinrichtung ein einer Ebene über den zugeordneten Heizleiterstrukturen anzuordnen. Die Sensoren können so die tatsächliche Temperatur messen, die an dieser Stelle auf die Wabenstruktur wirkt. Schaltungskomponenten, die sich oben auf dem Waben-Heizelement befinden, werden in einem begrenzten Ausmaß wie hier ohne Probleme von den Bienen angenommen und beim Ausbau der Wabenstruktur umbaut. Die Position von Sensoren, Anschlüssen oder anderen Elementen der Schaltung kann dabei grundsätzlich beliebig gewählt werden.
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In einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Beheizung einer Wabe, insbesondere einer erfindungsgemäßen Wabe, erfolgt eine Ansteuerung einer in der Wabe angeordneten Heizleiterstruktur gemäß einem definierten Heizprotokoll. Dieses weist zumindest einen, vorzugsweise aber alle, der nachfolgend angegebenen Schritte auf. In einer Winterphase, also vorzugsweise in den Monaten von September bis zum Januar des folgenden Jahres, wird die Wabe mit einer Wintertemperatur beheizt, die vorzugsweise in einem Bereich zwischen 25°C und 28°C liegt. Diese Heizphase ermöglicht auch – zum Beispiel durch Milbenbefall – geschwächten Bienenvölkern eine Überwinterung. Darauffolgend wird in der Wabe eine Frühjahrstemperatur, vorzugsweise zwischen 34°C und 36°C eingestellt und während einer Frühjahrsphase gehalten, d.h. vorzugsweise über den Zeitraum von März bis Mai. Die Beheizung im Frühling dient zur Unterstützung des Bienenvolkes. Es kann sich durch diese extern eingebrachte Klimaregulierung stärker auf seine anderen Aufgaben konzentrieren.
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Zur Milbenbekämpfung werden die Waben für eine Anzahl von Behandlungen mit einer Behandlungsdauer von vorzugsweise 1,5 Stunden auf eine Behandlungstemperatur, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 42°C und 43°C aufgeheizt. Diese Behandlungen, vorzugsweise eine pro Monat, finden zu definierten Behandlungszeiten in einer Behandlungsphase statt, die sich vorzugsweise über den Zeitraum der Monate von März bis September erstreckt. Eine Behandlung kann also explizit auch zu Zeitpunkten innerhalb von anderen Heizphasen erfolgen. Für die Behandlungsdauer wird dabei die Temperatur der Waben kurzfristig über die vorherrschende Grundtemperatur gehoben. Nach der Behandlung kühlen sich die Waben und der gesamte Stock dann wieder ab und kehren auf das Temperaturniveau zurück, das der Heiztemperatur der Jahreszeit entspricht oder das natürlicherweise im Stock vorherrscht. Als Behandlungszeiten werden dabei beispielsweise günstige Zeiten im Brutzyklus der Bienen und günstige Tageszeiten gewählt. Insbesondere kann während der definierten Behandlungszeit auch eine Beobachtung durch den Imker erfolgen. Der bevorzugte Bereich der Behandlungstemperatur ist dabei so gewählt, dass die Milben abgetötet werden, den Bienenlarven durch die Behandlung jedoch kein Schaden zugefügt wird.
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Die Behandlung und unterstützende Beheizung finden bevorzugt automatisch statt. Nach einer Programmierung der Steuereinrichtung, d.h. dem Einstellen der Parameter wie Zeiträume der Beheizungsphasen, Temperaturen, Behandlungszeiten etc., sind also grundsätzlich keine weiteren Schritte des Imkers nötig. Für alle oben genannten Temperaturen und Phasen sowie Zeiten gilt, dass sie je nach den Bedürfnissen der Bienen auf Basis der Erfahrung und Beobachtungen eines fachkundigen Imkers angepasst und ggf. auch während der einzelnen Phasen noch geändert werden können. Eine zusätzliche Behandlung kann zum Beispiel angezeigt sein, wenn noch verdeckelte Brut im Bienenstock vorhanden ist. Allgemein kann je nach Wahl des Imkers auch nur ein einzelner Verfahrensschritt, beispielsweise nur der Behandlungsschritt oder nur die Beheizung während der Winter- oder Frühlingsphase erfolgen. Aber auch jede mögliche Kombination dieser Schritte ist im Rahmen der Erfindung erfasst. Die einzelnen Parameter können auch mit der Bestückung der Bienenstöcke variieren. In Zuchtstöcken werden beispielsweise zusätzliche Dohnenwaben eingebracht, wohingegen in einem Bienenschaukasten meist nur eine Beobachtungswabe angeordnet ist, weswegen Anpassungen des Heizprotokolls ratsam sein können.
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Die Beheizung bei dem soeben beschriebenen Verfahren wird bevorzugt mit einem erfindungsgemäßen Waben-Heizelement durchgeführt. Das geschilderte Heizprotokoll kann aber bisweilen auch mit anderen geeigneten Heizungsarten realisiert werden. Wichtig dabei ist, dass zu keiner Zeit eine für die Bienen kritische Temperatur überschritten wird, da die Bienenbrut und folglich auch das Bienenvolk sonst zu Schaden kommen. Gleichzeitig muss aber eine Temperatur erreicht werden, die die Milben abtötet. Unabhängig von ihrer genauen Ausgestaltung sollte vorteilhafterweise die Heizung die Temperatur zur Behandlung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens also in diesem relativ eng definierten Bereich konstant halten, mit dieser Beheizung einen möglichst großen Anteil der Bienenbrut abdecken und dabei ein möglichst geringes Irritationspotential für das gesamte Bienenvolk darstellen.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Waben-Heizelements,
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2 eine schematische Schnittansicht des in 1 dargestellten Waben-Heizelements,
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3 eine Draufsicht in Teilschnittdarstellung auf das in 1 gezeigte Beispiel eines Waben-Heizelements,
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4 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bienenwabe mit vereinfachtem Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Wabenheizanlage,
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5 ein ausführlicheres Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wabenheizanlage,
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6 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bienenstocks,
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7a eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bienenschaukastens mit geschlossener Tür,
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7b dieselbe Ansicht des Bienenschaukastens aus 7a mit geöffneter Tür,
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8a ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beheizung einer Wabe und
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8b ein Temperaturdiagramm zu dem Blockdiagramm aus 8a.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen, flächigen Waben-Heizelements 1 perspektivisch dargestellt. Das Waben-Heizelement 1 hat die Form einer Multilayerplatine, also einen Schichtaufbau. Eine hexagonale, leicht erhabene Struktur bildet als Wabenbasis 7 ohne Beschränkung der Allgemeinheit eine obere Schicht, die beispielsweise aus Bienenwachs oder Kunststoff besteht. Unter dieser Schicht ist eine Wärmeverteilungsschicht 3 aus Kupfer angeordnet. Darunter folgt eine Isolationsschicht 20 aus vorimprägnierten Fasern (Prepreg). In einer nächsttieferen Ebene folgt nun eine kupferne, mäanderförmige Heizleiterstruktur 2. Diese wird durch eine weitere Isolationsschicht 20 von darunterliegenden Leiterbahnstrukturen 8 getrennt. Nach einer dritten Isolationsschicht 20 folgt eine zweite Wärmeverteilungsschicht 4 aus Kupfer. Darunter wird das Waben-Heizelement 1 von einer zweiten Wabenbasis 7 (hier nicht dargestellt) abgeschlossen. Bei der Verwendung von Wabenbasen 7 aus Bienenwachs, werden die Außenseiten der Wärmeverteilungsschichten 3 mit bevorzugt lebensmittelechter Farbe lackiert, um eine Irritation der Bienen zu vermeiden.
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2 zeigt in einer Schnittansicht den Schichtaufbau des bereits in 1 dargestellten Waben-Heizelements 1. Die Darstellung wird im Folgenden von außen nach innen geschildert. An beidseitig außenliegende Strukturen einer Wabenbasis 7 schließt sich zum Zentrum hin jeweils eine Wärmeverteilungsschicht 3, 4 an. Diese Wärmeverteilungsschichten 3, 4 sind untereinander an einigen Stellen mit Durchkontaktierungen 6 verbunden, um für einen gegenseitigen Wärme- bzw. Temperaturausgleich zu sorgen. Es folgt auf beiden Seiten in Innenrichtung je eine Isolationsschicht 20. Innen daran angrenzend ist auf einer Seite eine Heizleiterstruktur 2 angeordnet, während sich auf der anderen Seite eine Schicht mit Leiterbahnstrukturen 8 befindet, welche die Heizleiterstruktur 2 mit Elementen einer Schaltung zur Steuerung, d.h. mit einer Steuereinrichtung, verbindet. Sowohl in der Heizleiterstruktur 2 als auch in der Schicht der Leiterbahnstruktur 8 werden Bereiche der Durchkontaktierungen von den leitenden Strukturen ausgespart, d.h. frei gelassen. Eine Mittelschicht des Waben-Heizelements 1 wird von einer weiteren Isolationsschicht 20 gebildet.
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In 3 sind ohne Beschränkung der Allgemeinheit einige obere Schichten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Waben-Heizelements 1 in einer bruchstückhaften Draufsicht dargestellt. Die einzelnen Schichten sind wie oben bereits beschrieben angeordnet. Zentral auf der Fläche des Waben-Heizelements 1 und über der Wärmeleitschicht 3 befindet sich ein Temperatursensor 21 als Komponente einer Steuereinrichtung. Dieser kann auch als digitaler Temperaturregler ausgebildet sein. Über Leiterbahnstrukturen 8 ist er mit Anschlüssen 22, also mit einer Schnittstelle des Waben-Heizelements 1 verbunden. Die vorher bereits erwähnten Durchkontaktierungen 6 sind hier im Wesentlichen in Randbereichen des Waben-Heizelements 1 angeordnet, die von den Leiterbahnstrukturen bzw. der Heizleiterstruktur ausgespart werden; denn die Durchkontaktierungen 6 verbinden die Wärmeverteilungsschichten 3, 4 sowohl elektrisch als auch Wärme leitend. Hieraus ergibt sich zum einen vorteilhafterweise eine Art faradayscher Käfig, der eventuell im Inneren des Waben-Heizelements 1 entstehende elektromagnetische Strahlung nach außen hin abschirmt. Zum anderen dienen die Durchkontaktierungen 6 einem Wärmetransport zwischen den Wärmeverteilungsschichten 3, 4 und sorgen somit dafür, dass diese die nahezu gleiche Temperatur haben. Grundsätzlich wäre eine möglichst große Anzahl an Durchkontaktierungen 6 wünschenswert. Hier muss jedoch ein günstiges Verhältnis zwischen Durchkontaktierungen und der von der Heizleiterstruktur 2 eingenommenen Fläche sichergestellt werden.
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4 zeigt exemplarisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bienenwabe 11. Zentral in einem Rahmen 12 der Bienenwabe 11 ist ein Waben-Heizelement 1 angeordnet, d.h. es befindet sich sowohl mittig in einer vom Rahmen umschlossenen Fläche als auch bezogen auf den Rahmen in einer mittleren Position in Richtung senkrecht zu dieser Fläche. Auf dem Waben-Heizelement 1 können die Bienen mit Hilfe der hexagonalen Struktur der Wabenbasis 7 ihre Brut- bzw. Honigwaben aufbauen. Das Waben-Heizelement 1 verfügt in einem Eckbereich über einen Anschluss 22, der es mit einem Verteilermodul 9 verbindet. Daran sind wiederum eine Stromversorgung 23 und ein Programmiergerät 24 angeschlossen. Dieses schematisch dargestellte System bildet somit eine Wabenheizanlage 10, die im nächsten Abschnitt näher erläutert wird.
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In 5 ist eine erfindungsgemäße Waben-Heizanlage 10 beispielhaft als Blockschaltbild dargestellt. Mit und über ein Verteilermodul 9 sind weitere Komponenten verbunden. Diese umfassen ein Waben-Heizelement 1, ein Programmiergerät 24 sowie eine Stromversorgungseinheit 23. Die Stromversorgungseinheit 23 ist direkt mit einem Verpolungsschutz 25 des Verteilermoduls 9 verbunden. Dieser ist wiederum über einen Tiefentladungsschutz 26 an einen EIN/AUS-Schalter, z.B. ein Relais oder wie hier einMOSFET 27, und eine Spannungsaufbereitung 28 angeschlossen. Verpolungsschutz 25, Tiefentladungsschutz 26, MOSFET 27 und Spannungsaufbereitung 28 sind gemeinsam im Verteilermodul 9 angeordnet. Ein auf dem Waben-Heizelement 1 angeordneter, digitaler Temperaturregler 21 erhält seine Betriebsspannung von der Spannungsaufbereitung 28. Er ist als Thermostat-IC (integrierter Schaltkreis) ausgebildet, der nach entsprechender Programmierung die Temperatursteuerung übernimmt, und deshalb über eine Steuerungsleitung mit dem MOSFET 27 verbunden. Eine ebenfalls mit dem MOSFET 27 verbundene Heizleiterstruktur 2 des Waben-Heizelements 1 wird über diesen mit Spannung versorgt. Der digitale Temperaturregler 21 ist zur Programmierung über das als Schnittstelle wirkende Verteilermodul 9 an das Programmiergerät 24 angebunden.
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Im Verteilermodul 9 befinden sich also zum einen Schutzeinrichtungen für die Elektronik, d.h. Verpolungsschutz 25 und Tiefentladungsschutz 26, und zum anderen die gesamte Leistungselektronik, d.h. Spannungsaufbereitung 28 und MOSFET 27. Der digitale Temperaturregler 21 steuert die Strom- und Spannungsversorgung der Heizleiterstruktur 2 so über den MOSFET 27, dass sich eine definierte Temperatur einstellt. Diese Temperatur wird im Rahmen eines Heizprotokolls während der Programmierung des Thermostat-IC 21 mit Hilfe des Programmiergeräts 24 festgelegt. Das Programmiergerät 24 wird für die Programmierung mit dem Verteilermodul 9 verbunden und kann hinterher wieder von diesem getrennt werden. Dementsprechend wirkt das Verteilermodul 9 auch als Schnittstelle zwischen Programmiergerät 24, Waben-Heizelement 1 und Stromversorgungseinheit 23. Letztere kann aus einer handelsüblichen Autobatterie, einer Brennstoffzelle und/oder Solarpanels bestehen, sie kann aber auch als Anschluss an das Stromnetz mit einem geeigneten Transformator bzw. Gleichrichter ausgeführt sein.
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Die Komponenten der Steuereinrichtung sind in diesem Ausführungsbeispiel dezentral angeordnet: Während sich der Temperaturregler 21 direkt bei der Heizleiterstruktur 2 auf dem Waben-Heizelement befindet, ist die eigentliche Spannungsversorgung über den MOSFET 27 abseits, bevorzugt sogar außerhalb des Bienenstocks, angeordnet. Durch diese Dezentralität ergibt sich der besondere Vorteil, dass über ein einzelnes Verteilermodul auch mehrere Waben-Heizelemente 1 gleichzeitig programmiert und/oder mit Spannung versorgt werden können (hier nicht gezeigt). Dafür müssen einige Komponenten, wie beispielsweise MOSFET 27, Schnittstellen etc. zwar mehrfach bereitgestellt werden, von anderen Komponenten wie Stromversorgung, Schutzeinrichtung etc. ist jedoch ein Element ausreichend. Durch dieses Zusammenfassen von mehreren Waben-Heizelementen 1 zu einer größeren Waben-Heizanlage 10 ergeben sich also synergetische Einsparungen bei Bauteilen sowie bei der für das Programmieren benötigten Zeit.
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In 6 ist beispielhaft eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Bienenstocks 13 abgebildet. Der Bienenstock 13 hat die Form einer gewöhnlichen Magazinbeute mit zwei Zargen. Deckel und Isolierung sind aus Darstellungsgründen explosionsartig angehoben. In den Bienenstock 13 ist an Stelle und auf Art einer gewöhnlichen Wabe eine erfindungsgemäße Wabe 11 mit Waben-Heizelement 1 eingesetzt. Eine erfindungsgemäße Wabe 11 kann also im Wesentlichen wie eine aus der Praxis bekannte Wabe in den Bienenstock 13 eingehängt werden. Im Vergleich zum Standard muss also höchstens noch eine Aussparung in einem Bereich des Gehäuses des Bienenstocks 13 für die Leitungen der erfindungsgemäßen Wabe bereitgestellt werden. Das Waben-Heizelement 1 ist des Weiteren an ein Verteilermodul 9 angeschlossen und bildet mit diesem also eine Waben-Heizanlage 10, wie oben bereits beschrieben. Die Stromversorgung erfolgt über eine mit dem Verteilermodul 9 verbundene Spannungsquelle 23. Exemplarisch ist hier nur ein Waben-Heizelement 1 dargestellt. Der Einsatz von mehreren Waben-Heizelementen 1 in einem Bienenstock 13 ist jedoch bevorzugt, da so die Milben effektiver bekämpft werden können, weil sie in jeder beheizten Brutwabe abgetötet werden.
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Ein erfindungsgemäßer Bienenschaukasten 14 ist im geschlossenen Betriebszustand, beispielhaft in 7a perspektivisch dargestellt. Er hat im Wesentlichen eine Quaderform und wird zu sechs Seitenflächen nach außen hin durch ein Gehäuse 33 begrenzt. An einer Seite befindet sich in ein Flugloch 30. Diese Seite wird üblicherweise, aber ohne Beschränkung der Allgemeinheit als Vorderseite 35 bezeichnet. Ihr gegenüber befindet sich die Rückseite 36. Durch diese sind Anschlüsse zu einem Verteilermodul 9 einer Heizanlage 10 nach außen geführt. An der Oberseite des Gehäuses ist ein Dach 32 angebracht, die Unterseite steht auf einem Sockel 34. Die beiden verbleibenden Seiten (hier ist nur eine dieser Seiten gezeigt) sind als Türen 31 ausgebildet, die mit Scharnieren 37 am Gehäuse 33 befestigt sind. 7b zeigt denselben Bienenschaukasten 14, nur ist hier die Tür 31 geöffnet. Im Bienenschaukasten 14 ist ein Waben-Heizelement 1 angeordnet, das sich in einer vertikalen und zur Einflugrichtung der Bienen parallelen Ebene erstreckt. Zu beiden flächigen Seiten des Waben-Heizelements 1 ist zwischen Waben-Heizelement 1 und der jeweiligen, dazu parallelen Tür 31 ist je ein ebenfalls dazu paralleles Sichtfenster 15 angeordnet.
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Das Flugloch 30 dient den Bienen beim An- und Abfliegen als Zugang zum Bienenschaukasten 14. Durch die zur Einflugrichtung parallel angeordnete Wabe mit Wabenheizelement 1 können sich die Bienen gut orientieren. Das Dach 32 bietet dem Bienenschaukasten 14 einen Witterungsschutz, der Sockel schafft durch den Abstand zum Boden Erleichterung bei den Arbeiten des Imkers. Die Türen 31 sind im Normalzustand geschlossen, sodass die Bienen im gewohnt dunklen Umfeld im Stock aufhalten können. Zu Beobachtungszeiten können die Türen 31 aber vom Imker oder anderen Interessierten geöffnet werden, um die Bienen zu betrachten. Das Sichtfenster 15 schützt dabei die Bienen durch seine Isolationsfunktion vor Temperaturschwankungen, sodass sie trotz Beobachtung weiter möglichst ungestört ihren Tätigkeiten nachgehen. Eine ganzjährige Beobachtung wird jedoch erst durch das Waben-Heizelement 1 möglich, dass es nun erlaubt Bienen gegen Milben zu behandeln, das gesamte Volk dabei vollständig einsehbar im Bienenschaukasten 14 zu beobachten und es sogar auf nur einer Wabe zu überwintern.
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8a zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Beheizen einer Wabe. Parallel dazu ist in 8b ein Temperaturdiagramm dargestellt, das einen Temperaturverlauf während des Beheizens der Wabe wiederspiegelt. Allgemein handelt es sich bei dem Verfahren um eine am jahreszeitlichen Turnus orientierte, zyklische, d.h. periodische, Beheizung nach einem festgelegten Heizprotokoll. Deshalb kann das Verfahren also prinzipiell zu jedem Zeitpunkt im Jahr beginnen. Der zeitliche Ablauf erfolgt in Richtung t und beginnt hier mit einer Beheizung in einer Frühjahrsphase F im Monat März. Im März wird die Wabe mit einer ersten Frühjahrstemperatur TF1 von 34°C beheizt. Für die Monate April und Mai wird eine zweite, leicht höhere Frühjahrstemperatur TF2 von 36°C in der Wabe erzeugt.
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Intermediär, d.h. zu Zeitpunkten tB1, tB2, ..., tB7 zwischen oder auch während anderer Phasen, wird in den Monaten von März bis September jeweils zu Monatsbeginn eine Behandlung (B1, B2, ..., B7) einer Beheizung zur Milbenbekämpfung B ausgeführt. Dabei wird kurzfristig für 1,5 Stunden die Temperatur in der Wabe von einer eingestellten oder naturgemäß vorherrschenden Grund- bzw. Basistemperatur auf eine Behandlungstemperatur TB von 42°C erhöht. Nach der Behandlung senkt sich die Temperatur selbsttätig wieder auf die Grundtemperatur ab, da die eingebrachte Wärmemenge geringer ist.
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In den Sommermonaten von Juni bis August findet keine unterstützende Beheizung statt. Lediglich die weiteren Behandlungen B5, B6, B7 werden durchgeführt. Die Grundtemperatur ist in dieser Zeit eine natürlich von den Bienen im Stock gehaltene Temperatur.
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Mit September beginnt eine Beheizung in einer Winterphase W, wobei eine Wintertemperatur WB von 28°C in der Wabe erzeugt wird. In der Winterphase finden in diesem Beispiel keine weiteren Behandlungen statt. Die Wintertemperatur wird also bis zum Beginn der Frühjahrsphase F konstant gehalten. Dies und eine zyklische Wiederholung des Verfahrens sollen durch den Pfeil mit Strich-Punkten verdeutlicht werden.
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Wie weiter oben erwähnt ist parallel in 8b ein Temperaturdiagramm mit dem zeitlichen Temperaturverlauf dargestellt. Dabei bezeichnet t die Zeitachse und T die Achse der Temperatur. Die durchgezogene Linie zeigt verfahrensgemäß über eine Steuereinheit geregelte Temperaturniveaus von Wintertemperatur TW, Frühjahrstemperaturen TF1, TF2 sowie die Behandlungstemperatur TB, die zu den jeweiligen Behandlungszeiten tB1, tB2, ..., tB7 in den Spitzen der Kurve erreicht wird. Im Sommer hingegen, also in der Phase ohne unterstützende Beheizung, fällt die Temperatur nach den Behandlungen auf ein natürliches Niveau, was durch die gestrichelten Linien symbolisiert wird.
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Erfindungsgemäße Waben-Heizelemente und/oder deren Kombination zu einer Waben-Heizanlage und deren Einsatz in einem Bienenstock mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Beheizung erlauben es, kostengünstig und mit minimalem Arbeitsaufwand für den Imker die Varroamilbe zu bekämpfen und von ihr geschwächte Bienenvölker nachhaltig zu unterstützen. Die Erfindung zeichnet sich dabei durch schadlose und irritationsarme Anwendung sowie große Akzeptanz durch die Bienenvölker aus.
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Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließen die Begriffe „Element“, „Anlage“, „Modul“ und „Einrichtung“ nicht aus, dass die betreffende Komponente aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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