DE102018132626A1

DE102018132626A1 - Verwurzelungssubstrat für hydroponische, aquaponische und aeroponische pflanzsysteme

Info

Publication number: DE102018132626A1
Application number: DE102018132626.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: HAIMERL, SEBASTIAN, DE
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2038-12-19
Also published as: EP3897101A1; DE102018132626B4; WO2020127550A1

Abstract

Verwurzelungssubstrat (1) für Hydrokulturen, insbesondere hydroponische, aquaponische oder aeroponische Pflanzsysteme, bestehend aus zumindest einem Substratkörper (2) mit einer dreidimensionalen Struktur (3) und zumindest einem Aufnahmebereich (4) zur Aufnahme einer Pflanze (5) bzw. Jungpflanze oder eines Samens, wobei das Verwurzelungssubstrat (1) mittels eines generativen bzw. additiven Fertigungsverfahren derart hergestellt ist, dass sich eine dreidimensionale Struktur (3) mit einer Vielzahl von Durchbrüchen und/oder Löchern und/oder Hohlräumen (7) zur Aufnahme der Wurzel (6) einer Pflanze (5) ausbildet.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verwurzelungssubstrat zur Verwendung bei Hydrokulturen, insbesondere hydroponsichen, aquaponischen oder aeroponischen Pflanzsystemen.
Stand der Technik
Bei der Aufzucht von Pflanzen werden bei Hydrokulturen oftmals Substrate eingesetzt, welche dazu dienen, der Pflanze Halt und Stabilität zu geben und Hohlräume für die Ausbildung des Wurzelsystems der Pflanze zu bieten.
Unter dem Begriff Hydrokultur ist im Wesentlichen eine Methode zu verstehen, bei der anstelle von Erde wässrige Lösungen aus Nährstoffen, insbesondere Mineralnährstoffen, verwendet werden. Pflanzen können somit derart angebaut werden, dass sich ihre Wurzeln entweder nur in einer wässrigen Nährlösung aus Mineralnährstoffen befinden oder aber in einem inaktiven Medium wie z.B. Perlit, Kies, Mineralwolle oder Kokosnussschalen. Insbesondere bei konventionellen Pflanzsystemen der Hydroponik hängen die Wurzeln des Wurzelsystems der Pflanze nahezu frei und sind teilweise oder ganz in eine Nährstofflösung eingetaucht. Dagegen hängt das Wurzelsystem der Pflanze bei der Aeroponik in einem Nährstoff-Nebel bzw. -Tröpfchen angereicherten Luftraum. Ferner bezeichnet die Aquaponik ein Verfahren, das Techniken der Aufzucht von Fischen in Aquakulturen und der Kultivierung von Pflanzen mittels Hydroponik verbindet.
Bei herkömmlichen Pflanzsystemen der Hydroponik werden Pflanzen in ein Pflanzgefäß wie z.B. Netztopf oder Pflanzkorb gesetzt, wobei dieser mit einem porösen Material aus Perlit, Vermikulit, Steinwolle, Kokosfasern, Kokoschips, Blähton, Kunststoffschaum, etc. gefüllt ist. Das poröse Material stellt hierbei das Substrat des Pflanzsystems dar und wird kontinuierlich oder periodisch von einer Lösung aus Nährstoffen durchtränkt. Im speziellen kann es sich bei dem Substrat um Blähtonkugeln oder Steinwollewürfel oder dem organischen Substrat mit der Bezeichnung Eazy Plug^® handeln. Das Substrat versorgt demnach die Wurzeln der Pflanze durch Kapillarwirkung mit Feuchtigkeit und Nährstoffen und ermöglicht einen Sauerstoffaustausch im Wurzelbereich. Nachteilig bei derartigen Pflanzsystemen ist, dass das poröse Material, welches als Schüttgut im Pflanzgefäß vorliegt, einen Abrieb erzeugt, welcher die Nährstofflösung und somit das Hydroponiksystem verunreinigt. Die Verunreinigung des Hydroponiksystems durch Abrieb hat zur Folge, dass die Lebensdauer des Hydroponiksystems, vor allem der Pumpen, Filter, etc. verkürzt wird. Demzufolge ist ein Hydroponiksystem, welches ein Substrat als Schüttgut verwendet, auch deutlich wartungsintensiver. Da das Substrat als Schüttgut vorliegt, lässt sich die Struktur des Substrats nur bedingt individuell an unterschiedliche Pflanzenarten anpassen.
Aus der AU 2015101039 A4 ist ferner ein System zur Aufzucht von Pflanzen in Aquakulturen zu entnehmen, umfassend einen Behälter mit einem Behälterdeckel, eine in den Behälter einsetzbare scheibenförmige Haltevorrichtung zum Halten einer Pflanze sowie eine in den Behälter einfüllbare Nährstofflösung aus vorzugsweise Agar. Die scheibenförmige Haltevorrichtung weist dabei eine gitterartige Struktur auf und besteht aus einem Stahl- oder Kunststoffgitter. Zwar liegt das Wurzelsystem auf der scheibenförmigen Haltevorrichtung auf, jedoch kann sich das Wurzelsystem nicht vollständig in dem Substrat verankern. Vielmehr durchdringen die Wurzeln die gitterartige Struktur und hängen frei in der Nährstofflösung. Demzufolge gibt die scheibenförmige Haltevorrichtung der Pflanze nur einen geringen Halt. Auch eine Ausdehnung der Wurzeln über ein größeres Volumen wird durch die scheibenförmige Haltevorrichtung nicht unterstützt.
Darüber hinaus ist in der DE 20 2008 017 655 U1 ein aeroponisches Pflanzsystem mit einem Wurzelsprühtopf offenbart, aufweisend ein Pflanzgefäß z.B. in der Form eines „klassischen Blumentopfes“ und ein in das Pflanzgefäß einsetzbares und wiederverwertbares Wurzelgittersystem zur Aufnahme der Wurzeln einer Pflanze. Das Wurzelgittersystem besteht dabei aus scheibenförmigen Gitterelementen und Verbindungselementen, wobei die Gitterelemente und die die Verbindungselemente zusammengesteckt werden und so das Wurzelgittersystem bilden. Die Versorgung des Wurzelgeflechts der Pflanze erfolgt vorliegend mittels einer oder mehrere Sprühköpfe oder Tropfer, welche die Nährstoffe im gesamten Innenraum des Pflanzgefäßes verteilen. Die Gitterelemente des Wurzelgittersystems weisen dabei lediglich Durchbrüche auf, die sich von der jeweiligen Oberseite des Gitterelements zur jeweiligen Unterseite des Gitterelements erstrecken. Dadurch wird zwar erreicht, dass sich die Wurzeln durch das Wurzelgittersystem im Innenraum des Pflanzgefäßes verteilen, jedoch wird eine Ausdehnung der Wurzeln in einer beliebigen anderen Richtung wie in horizontaler Richtung nicht unterstützt. Nachteilig ist auch, dass das Wurzelgittersystem aus mehreren Bauteilen bzw. Komponenten besteht und in der Art eines Baukastensystems zusammengesetzt werden muss.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend vom dargelegten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verwurzelungssubstrat für hydroponische, aquaponische oder aeroponische Pflanzsysteme bereitzustellen, welches individuell auf die Wachstumsparameter/ -eigenschaften der jeweiligen Pflanzenart bzw. Pflanze anpassbar ist und zudem schnell und einfach herstellbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verwurzelungssubstrat gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verwurzelungssubstrat für hydroponische, aquaponische oder aeroponische Pflanzsysteme zur Verfügung, bestehend aus zumindest einem Substratkörper mit einer dreidimensionalen Struktur und zumindest einem Aufnahmebereich zur Aufnahme einer Pflanze bzw. Jungpflanze, insbesondere eines Stecklings, Keimlings, Sämlings oder Samens. Das Verwurzelungssubstrat ist dabei mittels eines generativen bzw. additiven Fertigungsverfahren hergestellt, und zwar derart, dass sich eine dreidimensionale Struktur mit einer Vielzahl von Durchbrüchen und/oder Löchern und/oder Hohlräumen zur Aufnahme von Wurzeln einer Pflanze ausbildet.
Mittels eines generativen Fertigungsverfahren, welches auch als additive Fertigung verstanden und häufig auch mit dem Begriff „Rapid Prototyping“ oder „3D-Druck“ bezeichnet wird, erfolgt die Fertigung des zumindest einen Substratkörpers direkt auf der Basis von rechnerinternen Datenmodellen. Aus formlosen, beispielsweise flüssigen oder pulverförmigen Material wird der zumindest eine Substratkörper mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse hergestellt. Eine generative bzw. additive Fertigung des Substratkörpers ist besonders vorteilhaft, da der Substratkörper in dieser Weise auch als Einzelstück, als Sonderanfertigung und in Kleinserien ökonomisch hergestellt werden kann. Mittels der generativen bzw. additiven Fertigung können auch problemlos Substratkörper unterschiedlicher Komplexität und/oder unterschiedlicher Form und/oder unterschiedlicher Größe und/oder Struktur hergestellt werden. Da der Substratkörper vorliegend eine hohe Komplexität aufweist, erhöht sich durch das generative bzw. additive Fertigungsverfahren insbesondere auch die Wirtschaftlichkeit der Herstellung.
Besonders bevorzugt besteht der zumindest eine Substratkörper aus einem Kunststoff, insbesondere pulverförmigen Kunststoff oder einem kunststoffbeschichteten Formsand und ist mittels generativen bzw. additiven Herstellungsverfahren hergestellt, beispielsweise mittels selektiven Lasersintern. Der zumindest eine Substratkörper entsteht dabei Schicht für Schicht auf Basis der dreidimensionalen vorliegenden und in Schichtdaten verarbeiteten Geometriedaten bzw. 3D-Volumendaten aus einem pulverförmigen Kunststoff, welcher schichtweise durch einen Laserstrahl verschmolzen wird. Die Schichten werden dann durch Ansteuerung des Laserstrahles entsprechend der Schichtkontur des Substratkörpers schrittweise in das Pulverbett gesintert oder eingeschmolzen. Die Schichtdicke der einzelnen Schichten ist dabei maßgeblich vom Fertigungsverfahren abhängig. So kann die Schichtdicke einer einzelnen Schicht beispielsweise beim Lasersintern zwischen 1 µm und 400 µm betragen, während beim Fused Deposition Modeling (FDM) die Schichtdicke einer einzelnen Schicht zwischen 0,01 mm und 10 mm beträgt. Beim Contour Crafting kann die Schichtdicke zum Teil sogar mehrere Zentimeter betragen. Als Material zur Herstellung des zumindest einen Substratkörpers können auch Keramik oder andere generativ bzw. additiv anwendbare Materialien Verwendung finden.
Das erfindungsgemäße Verwurzelungssubstrat dient insbesondere als Ersatz für aus dem Stand der Technik bekannte Wachstumssubstrate bzw. Wachstumsmedien wie z.B. Perlit, Vermikulit, Steinwolle, Kokosfaser, Kokoschips, Blähton, Kunststoffschaum, etc. und ist mit dem Vorteil verbunden, dass das Verwurzelungssubstrat beliebig oft wiederverwendbar ist und auf einfache Weise gereinigt bzw. entwurzelt werden kann. Denkbar wäre, dass Verwurzelungssubstrat nach dem Gebrauch mit einer chemischen Reinigung zu behandeln, so dass die Wurzelreste mittels chemischer Zersetzung von dem Verwurzelungssubstrat entfernt werden. Alternativ kann das Verwurzelungssubstrat nach dem Gebrauch ausgeblasen werden, beispielsweise mittels Druckluft. Besonders effektiv ist es dabei, wenn das Verwurzelungssubstrat vor dem Ausblasen getrocknet wird. Die Wiederverwendbarkeit sowie die lange Lebensdauer des Verwurzelungssubstrats sind besonders nachhaltig.
Durch die dreidimensionale Struktur des Verwurzelungssubstrats mit einer Vielzahl von Durchbrüchen und/oder Löchern und/oder Hohlräumen entsteht eine luftdurchlässige Struktur, die es dem Wurzelsystem bzw. den Wurzeln der Pflanze ermöglicht, den Substratkörper zu durchwachsen und sich am Substratkörper zu verankern. Es hat sich gezeigt, dass durch diese dreidimensionale Struktur das Wurzelsystem bzw. die Wurzeln der Pflanze besonders gut mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt wird. Weiterhin entsteht mit voranschreitendem Wachstum des Wurzelsystems bzw. Wurzeln der Pflanze eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Wurzelsystem bzw. Wurzeln der Pflanze und dem Substratkörper. Dies gibt der Pflanze einen besonders guten Halt und eine hohe Stabilität.
Vorteilhafterweise ist die dreidimensionale Struktur des Substratkörpers als gleichmäßig angeordnete Struktur, insbesondere in der Form einer Diamant-bzw. Kristallstruktur oder Gitter- bzw. Lattice-Struktur. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Substratkörpers aus einer Lattice-Struktur, deren einzelne Schichten, sowohl in einer parallel zur vertikalen Ebene verlaufenden ersten Ebene als auch in einer parallel zur horizontalen Ebene verlaufenden zweiten Ebene, ein Muster in der Form eines Drahtgitters aufweist, d.h. die jeweilige Schicht des Substratkörpers bestehet aus voneinander beabstandeten, sich kreuzenden und in Längs- und Querrichtung verlaufenden Substratkörperabschnitten. Die Maschenweite bzw. die Abstände zwischen den einzelnen in Längs- bzw. Querrichtung verlaufenden Substratkörperabschnitten ist dabei abhängig von der zu züchtenden Pflanzenart bzw. Pflanze. Alternativ ist die dreidimensionale Struktur des Substratkörpers als ungleichmäßig angeordnete Struktur, insbesondere korallen- oder schwammähnliche Struktur, ausgebildet. Demzufolge können durch das generative bzw. additive Fertigungsverfahren auch poröse oder sinterartige Substratkörper erzeugt werden. Durch die verschiedenartigen Strukturen des Substratkörpers ist dieser individuell an die Bedürfnisse bzw. Wachstumsparameter/ -eigenschaften der Pflanzenart bzw. Pflanze anpassbar. Des Weiteren führt die dreidimensionale Struktur des Substratköpers dazu, dass sich die Wurzeln der Pflanze über ein größeres Volumen ausdehnen können. Weiterhin vorteilhaft ist, dass durch die dreidimensionale Struktur eine geringe Gefahr der Schimmelbildung an den Wurzeln besteht, da das Verwurzelungssubstrat eine ausreichende Luftdurchlässigkeit aufweist. Darüber hinaus weist das Verwurzelungssubstrat im Vergleich zu Wachstumsmedien aus Schüttgut weniger Gewicht bei gleichem Volumen auf. Die Gewichtsersparnis ist insbesondere bei vertikalen hydroponischen oder aeroponischen Pflanzsystemen sowie bei Dach- und Fassadenbegrünungen ein entscheidender Vorteil.
Besonders bevorzugt erstreckt sich der Substratkörper entlang einer vertikal verlaufenden Längsachse und weist eine formunabhängige Gestalt auf, nämlich insbesondere eine unregelmäßige Oberfläche und/oder eine unregelmäßige Form. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Substratkörper eine definierte Gestalt auf, z.B. in der Form einer Kugel, Pyramide, Würfel, Tetraeder, Kegel, Kegelstumpf, Zylinder, Halbzylinder, Hohlzylinder oder Volltorus. Durch die variable Ausgestaltung der Form des Substratkörpers ist dieser zum einen vielseitig einsetzbar, zum anderen kann die Form des Substratkörpers so gewählt werden, dass eine Integration des Verwurzelungssubstrats in bestehende Anlagen zur Aufzucht von Pflanzen in einer Hydrokultur gewährleistet ist.
Weiterhin bevorzugt weist der Substratkörper eine Oberseite, eine der Oberseite gegenüberliegende Unterseite sowie eine oder mehrere die Ober- und Unterseite verbindende Seitenfläche(n) auf, wobei sich die Durchbrüche und/oder Löcher und/oder Hohlräume sich von der Oberseite und/oder Unterseite und/oder der einen oder mehreren Seitenfläche(n) in den Substratkörper erstrecken. Die Durchbrüche und/oder Löcher und/oder Hohlräume bilden dabei ein labyrinthartiges System aus, in welchen die Wurzeln der Pflanze von dem Aufnahmebereich sich in Richtung der Oberseite und/oder Unterseite und/oder Seitenfläche(n) ausbilden können. Die Anzahl und/oder die Größe und/oder Ausgestaltung der Durchbrüche und/oder Löcher und/oder Hohlräume ist dabei abhängig von der zu züchtenden Pflanzenart bzw. Pflanze. Durch die individuelle Anpassung des Verwurzelungssubstrats auf die jeweilige Pflanzenart bzw. Pflanze kann eine optimale Nährstoff- und Sauerstoffversorgung der Pflanze bzw. des Wurzelsystems der Pflanze gewährleistet werden. Demzufolge wird ein maximales Wachstum der Pflanze erreicht.
Vorzugsweise ist der zumindest eine Aufnahmebereich derart ausgebildet ist, dass die an der Pflanze befindlichen Wurzeln oder der Samen der Pflanze auf dem zumindest einen Aufnahmebereich aufliegen. Die Anzahl der Aufnahmebereiche ist keinesfalls auf einen Aufnahmebereich beschränkt, vielmehr können auch zwei oder mehrere Aufnahmebereiche vorgesehen sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zumindest eine Aufnahmebereich durch zumindest ein Segment der Oberseite oder der Seitenfläche gebildet, wobei die Wurzeln der Pflanze oder der Samen der Pflanze direkt auf der Oberfläche des Substratkörpers aufliegen. Ist der zumindest eine Aufnahmebereich durch zumindest eine Aussparung gebildet, wird die Pflanze oder der Samen der Pflanze in die Aussparung eingesetzt. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Aufnahmebereich aus einer Aussparung zur Aufnahme einer Pflanze bzw. eines Samens einer Pflanze. In einer alternativen Ausführungsform weist ein Aufnahmebereich zwei oder mehrere Aussparungen auf, wobei in jeder Aussparung vorzugweise eine Pflanze bzw. ein Samen einer Pflanze eingesetzt wird. Weiterhin vorteilhaft ist die zumindest eine Aussparung auf der Oberseite oder der Unterseite oder der Seitenfläche des Substratkörpers eingebracht. Die zumindest eine Aussparung kann je nach Pflanzenart bzw. Pflanze in Form und/oder Größe und/oder Ausgestaltung unterschiedlich ausgebildet sein. Vorteilhafterweise ist die Aussparung mittig in die Oberseite des Substratkörpers eingebracht und erstreckt sich bis zu einer Tiefe, welche vorzugsweise die Hälfte oder weniger als die Hälfte der Höhe des Substratkörpers entspricht. Die Höhe des Substratkörpers ist jedoch keineswegs auf die Hälfte oder weniger als die Hälfte der Höhe des Substratkörpers festgelegt, vielmehr variiert dieser Parameter abhängig von der Pflanzenart bzw. von der in dem Substratkörper wachsenden Pflanze.
Weiterhin vorteilhaft ist der zumindest eine Substratkörper einteilig ausgebildet. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Verwurzelungssubstrat aus zwei oder mehreren, einteilig ausgebildeten Substratkörpern bestehen. Die Ausgestaltung des Verwurzelungssubstrats mit zumindest zwei Substratkörpern hat den Vorteil, dass das Verwurzelungssubstrat modulartig zusammensetzbar ist. Demnach können einzelne Substratkörper auf einfache Art und Weise, insbesondere kostengünstig, ausgetauscht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verwurzelungssubstrat eine Bewässerungseinheit auf, umfassend zumindest einen Bewässerungskanal zum Zu-/ Abführen einer Nährstofflösung. Der Bewässerungskanal ist vorzugsweise als Rohrleitung ausgebildet und weist eine Einlassöffnung zum Zuführen einer Nährstofflösung, eine Auslassöffnung zum Abführen einer Nährstofflösung sowie eine Vielzahl an Tropföffnungen auf, durch welche die Nährstofflösung zur Versorgung der Wurzeln austritt. Der Bewässerungskanal kann auch als Kapillare ausgebildet sein. Vorteilhafterweise ist die Bewässerungseinheit direkt in dem Substratkörper integriert, d.h. der zumindest eine Bewässerungskanal ist durch den Substratkörper geführt. Beispielsweise kann der Bewässerungskanal als ein Kanal, als zumindest zwei parallel verlaufende Kanäle oder ein sich um die Aussparung in dem Substratkörper verlaufender Kanal ausgebildet sein. Vorteilhafterweise ist der Bewässerungskanal im Wesentlichen parallel zu einer horizontal verlaufenden Ebene angeordnet. Besonders bevorzugt weist der Bewässerungskanal einen ersten Bewässerungskanalabschnitt zum Zuführen der Nährstofflösung, einen zweiten Bewässerungskanalabschnitt zum Abführen der Nährstofflösung sowie zumindest einen den ersten und zweiten Bewässerungskanalabschnitt verbindenden, dritten Bewässerungskanalabschnitt auf, wobei sich zwischen dem ersten Bewässerungskanalabschnitt und zumindest einem dritten Bewässerungskanalabschnitt und zwischen dem zweiten Bewässerungskanalabschnitt und zumindest einem dritten Bewässerungskanalabschnitt ein Knotenpunkt befindet, bei welchem sich der Bewässerungskanal verzweigt bzw. wieder zusammengeführt wird. Dabei ist weder die Anzahl der Bewässerungskanäle noch die die Führung der Bewässerungskanäle durch den Substratkörper festgelegt. Vielmehr ist die Anzahl der Bewässerungskanäle und die Führung der Bewässerungskanäle durch den Substratkörper von der Pflanzenart bzw. vom jeweiligen Anwendungsgebiet abhängig. Durch die Führung des zumindest einen Bewässerungskanals durch den Substratkörper ist es möglich, mehrere Substratkörper mit je zumindest einen Bewässerungskanal in einer Reihe anzuordnen und Bewässerungskanäle von benachbarten Substratkörpern miteinander zu verbinden. Auf diese Art und Weise entsteht eine sog. Reihenschaltung. Die Anordnung in einer Reihe hat den entscheidenden Vorteil, dass das erfindungsgemäße Verwurzelungssubstrat auch in Anlagen zum Einsatz kommt, die eine Vielzahl an Pflanzen züchten. Insbesondere können die in Reihe angeordneten Verwurzelungssubstrate an einen gemeinsamen Kreislauf angeschlossen werden, welcher die Nährstofflösung durch das System bzw. die Anlage transportiert. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ferner zumindest ein Auffangbehältnis vorgesehen, in welchem die von den Wurzeln der Pflanze nicht aufgenommene Nährstofflösung aufgefangen wird. Jedes Verwurzelungssubstrat kann dabei ein separates Auffangbehältnis aufweisen. Genauso denkbar wäre es jedoch, dass ein Auffangbehältnis für zumindest zwei Verwurzelungssubstrate vorgesehen ist. Die in dem Auffangbehältnis gesammelte Nährstofflösung wird vorzugsweise wieder in den Kreislauf zurückgeführt.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch die Verwendung einer der oben beschriebenen Verwurzelungssubstrate in einem hydroponischen, aquaponischen oder aeroponischen Pflanzsystem. Ein erstes Pflanzsystem weist ein Pflanzgefäß, insbesondere einem Netztopf bzw. Pflanzkorb, und zumindest einem in das Pflanzgefäß einsetzbares erfindungsgemäßes Verwurzelungssubstrat auf. Ein zweites Pflanzsystem weist zumindest ein erfindungsgemäßes Verwurzelungssubstrat und eine Haltevorrichtung, insbesondere einen Haltering auf, an welcher das zumindest eine Verwurzelungssubstrat angeordnet ist und welche dazu dient, das Verwurzelungssubstrat in ein hydroponisches, aquaponisches oder aeroponisches Pflanzsystem zu integrieren.
Das Verwurzelungssubstrat umfasst ferner die Verwendung des Verwurzelungssubstrats als Anzuchtsubstrat oder Wachstumssubstrat. Dabei dient das Anzuchtsubstrat zum Anzüchten der Jungpflanze, insbesondere eines Stecklings, Keimlings, Sämlings oder Samens. Sobald die ersten Wurzeln aus dem Anzuchtsubstrat herausragen, kann die Jungpflanze in ein Wachstumssubtrat, welches im Vergleich zum Anzuchtsubstrat ein größeres Volumen aufweist, eingesetzt werden. Vorteilhafter weise kann das Anzuchtsubstrat samt der darin befindlichen Pflanze in eine Ausnehmung des Wachstumssubstrats eingesetzt werden. Somit steht dem Wurzelsystem immer ausreichend Platz zur Verfügung, um sich optimal ausbreiten zu können.
Figurenliste
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen

1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Verwurzelungssubstrats mit einer Lattice-Struktur;
2 eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Verwurzelungssubstrats gemäß 1;
3 eine perspektivische Ansicht eines alternativen Verwurzelungssubstrats mit einer korallenähnlichen Struktur;
4 eine perspektivische Ansicht eines alternativen Verwurzelungssubstrats mit einer schwammähnlichen Struktur;
5 eine perspektivische Ansicht eines Verwurzelungssubstrats gemäß 1 mit einem Pflanzgefäß in einer Explosionsdarstellung;
6 eine perspektivische Ansicht eines Verwurzelungssubstrats gemäß 1 mit einem Haltering;
7 eine perspektivische Ansicht eines Verwurzelungssubstrats gemäß 1 mit einer Bewässerungseinheit;
8 eine Draufsicht des Verwurzelungssubstrats gemäß 7 und
9 eine perspektivische Ansicht des Verwurzelungssubstrats gemäß 7 in einer Schnittdarstellung.

Wege zur Ausführung der Erfindung
In 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Verwurzelungssubstrat 1 zur Verwendung in einer Hydrokultur, insbesondere einem hydroponischen, aquaponischen oder aeroponischen Pflanzsystem gezeigt. Ein derartiges Verwurzelungssubstrat 1 dient zur Aufzucht von zumindest einer Pflanze 5 bzw. Jungpflanze, insbesondere eines Stecklings, Keimlings, Sämlings oder Samens.
Das Verwurzelungssubstrat 1 besteht aus zumindest einem Substratkörper 2 mit einer dreidimensionalen Struktur 3 und zumindest einem Aufnahmebereich 4 zur Aufnahme einer Pflanze 5 bzw. Jungpflanze oder eines Samens. Das Verwurzelungssubstrat 1 ist dabei mittels eines generativen bzw. additiven Fertigungsverfahren derart hergestellt, dass sich eine dreidimensionale Struktur 3 mit einer Vielzahl von Durchbrüchen und/oder Löchern und/oder Hohlräumen 7 zur Aufnahme vorn Wurzeln einer Pflanze ausgebildet. Der zumindest eine Substratkörper 2 ist vorzugsweise aus einem Kunststoff, Keramik oder anderen generativ bzw. additiv anwendbaren Material hergestellt.
Der Substratkörper 2 gemäß 1 weist eine definierte Form auf, nämlich eine zylinderartige Form, und erstreckt sich entlang einer vertikal verlaufenden Längsachse LA und einer quer zur Längsachse LA verlaufenden Querachse QA. Die Längsachse LA und die Querachse QA spannen dabei eine erste Ebene E1 auf, und zwar eine Ebene E1, welche parallel zu einer vertikalen Ebene verläuft. Ferner ist eine zweite Ebene E2 vorgesehen, welche parallel zu einer horizontalen Ebene verläuft. Der zylinderförmig ausgebildete Substratkörper 2 weist vorliegend eine Oberseite 8, eine der Oberseite 8 gegenüberliegende Unterseite 9 sowie eine die Ober- und Unterseite 8, 9 verbindende Seitenfläche 10 auf.
Weiterhin kann die dreidimensionale Struktur 3 des Verwurzelungssubstrats 1 als gleichmäßig angeordnete Struktur oder als ungleichmäßig angeordnete Struktur ausgebildet sein. Während in 1 als gleichmäßig angeordnete Struktur eine Diamant- bzw. Kristallstruktur oder Gitter- bzw. Lattice-Struktur abgebildet ist, ist in den 3 und 4 eine korallenähnliche und schwammähnliche Struktur dargestellt. Die korallenähnliche und schwammähnliche Struktur gemäß den 3 und 4 sind dabei Beispiele für eine unregelmäßig angeordnete Struktur. Im Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 ist eine Lacttice-Struktur gezeigt, deren einzelne Schichten, sowohl in einer ersten Ebene E1 als auch in einer zweiten Ebene E2 ein Muster in der Form eines Drahtgitters aufweisen. Demnach besteht jede Schicht des Substratkörpers 2 aus voneinander beabstandeten, sich kreuzenden in Längs- und Querrichtung verlaufenden Substratkörperabschnitten 19. Die Maschenweite bzw. Abstände zwischen den einzelnen in Längs- und Querrichtung verlaufenden Substratkörperabschnitten 19 beträgt dabei vorzugsweise 0,05 mm bis 50 mm, insbesondere 1 mm bis 25 mm. Besonders bevorzugt beträgt die Maschenweite bzw. Abstände 1,5 mm und 5 mm. Die Breite eines Substratkörperabschnittes 19, die sogenannte Stegbreite, beträgt vorzugsweise zwischen 0,05 mm bis 50 mm, insbesondere 1 mm bis 25 mm. Die Höhe zwischen den einzelnen, drahtgitterförmig ausbildeten Schichten, die sogenannte Steghöhe, beträgt ebenfalls zwischen 0,05 mm bis 50 mm, insbesondere 1 mm bis 25 mm. Die Maschenweite und/oder Steghöhe und/oder Stegbreite sind jedoch keinesfalls festgelegt, vielmehr kann die Maschenweite und/oder Steghöhe und/oder Stegbreite der Lattice-Struktur abhängig von der Pflanzenart variieren.
Zur Ausbildung bzw. Ausdehnung der Wurzeln in dem Substratkörper 2 weist die dreidimensionale Struktur 3 eine Vielzahl von Durchbrüchen und/oder Löchern und/oder Hohlräumen 7 auf, wobei sich die Durchbrüche und/oder Löcher und/oder Hohlräume 7 sich von der Oberseite 8 und/oder Unterseite 9 und/oder der einen oder mehreren Seitenfläche(n) 10 in den Substratkörper 2 erstrecken. Dabei bilden die Durchbrüche und/oder Löcher und/oder Hohlräume 7 ein labyrinthartiges System aus, in welchen die Wurzeln der Pflanze von dem Aufnahmebereich 4 sich in Richtung der Oberseite 8 und/oder Unterseite 9 und/oder der einen oder mehreren Seitenfläche(n) 10 ausbilden können.
Durch das generative bzw. additive Fertigungsverfahren lassen sich sowohl die dreidimensionale Struktur 3 und/oder Gestalt des Substratkörpers 2 und/oder Ausgestaltung der Durchbrüche und/oder Löcher und/oder Hohlräume 7 individuell anpassen, wodurch ein Verwurzelungssubstrat 1 hergestellt werden kann, welches für das Wachstum einer Pflanzenart optimale Voraussetzungen bietet.
In alternativen Ausführungsvarianten gemäß 3 und 4 weist der Substratkörper 2 eine formunabhängige Gestalt auf. Das Verwurzelungssubstrat 1 besteht ebenfalls aus zumindest einen Substratkörper 2 mit einer dreidimensionalen Struktur 3 und zumindest einen Aufnahmebereich 4 zur Aufnahme einer Pflanze 5 bzw. Jungpflanze oder eines Samens. Während die Form des Substratkörpers 2 im Wesentlichen zylinderförmig ist, weist die Oberfläche des Substratköpers 2 eine unregelmäßige Beschaffenheit auf. Auch die Durchbrüche und/oder Löcher und/oder Hohlräume 7 sind unregelmäßig angeordnet und unterscheiden sich in Ausgestaltung und/oder Form. Zudem kann die Anzahl von den in die Oberseite 8, Unterseite 9 und Seitenfläche(n) 10 eingebrachten Durchbrüchen und/oder Löchern und/oder Hohlräumen 7 stark variieren. Trotz der unregelmäßig angeordneten bzw. in unregelmäßiger Art in den Substratkörper 2 eingebrachten Durchbrüchen und/oder Löchern und/oder Hohlräumen 7 bildet der Substratkörper 2 ein labyrinthartiges System aus, in welchen sich die Wurzeln der Pflanze 5 von dem Aufnahmebereich 4 in Richtung der Oberseite 8, Unterseite 9 und/oder Seitenfläche(n) ausdehnen können.
Unabhängig von der Ausgestaltung und/oder Form und/oder Größe des Verwurzelungssubstrats 1 weist der Substratkörper 2 zumindest einen Aufnahmebereich 4 zur Aufnahme der Wurzeln einer Pflanze 5 bzw. Jungpflanze oder eines Samens auf. Eine Pflanze 5 besteht herkömmlicherweise aus einem Wurzelsystem und einem Sprosssystem, wobei das Sprosssystem im Wesentlichen aus einer Sprossachse, ggf. einem oder mehrerer Seitenspross(e), Blätter und Knospen besteht. Das an das Sprosssystem anschließende Wurzelsystem dient einerseits zur Verankerung der Pflanze im Boden bzw. am Substrat / Substratkörper, andererseits zur Aufnahme von Nährstoffen und Wasser. Der zumindest eine Aufnahmebereich 4 des Substratkörpers 2 ist ausgebildet entweder das an das Sprosssystem anschließende Wurzelsystem oder den Samen aufzunehmen. Der Aufnahmebereich 4 kann dabei durch zumindest ein Segment der Oberseite 8 und/oder Unterseite 9 und/oder Seitenfläche 10 oder durch zumindest eine Aussparung 11 gebildet sein. Wie in den 1 oder 2 gezeigt, ist der Aufnahmebereich 4 als eine Aussparung 11 ausgebildet, welche im Zentrum der Oberseite 8 des Substratköpers 2 eingebracht ist und eine kreisförmige Öffnung aufweist. Wie aus 9 zu erkennen ist, ragt die Aussparung 11 in den Substratkörper 2 bis zu einer Tiefe t, welche vorzugweise der Hälfte oder weniger als der Hälfte der Höhe h des Substratkörpers 2 entspricht. Die Höhe h des Substratkörpers 2 ist jedoch keineswegs auf die Hälfte bzw. weniger als die Hälfte der Höhe h des Substratköpers 2 festgelegt, vielmehr variiert dieser Parameter abhängig von der Pflanzenart bzw. von der in dem Substratkörper 2 wachsenden Pflanze 5.
Weiterhin ist der zumindest eine Substratkörper 2 vorzugsweise einteilig ausgebildet. Abhängig vom Verwurzelungssubstrats 1 können auch zwei oder mehrere einteilig ausgebildete Substratkörper 2 das Verwurzelungssubstrat 1 bilden.
Zum Zu-/ Abführen einer Nährstofflösung weist das Verwurzelungssubstrat 1, wie in 7 bis 9 gezeigt, eine Bewässerungseinheit 12 mit einem Bewässerungskanal 13 auf, wobei der Bewässerungskanal 13 vorliegend als Rohrleitung ausgebildet ist. Erfindungsgemäß besteht der Bewässerungskanal 13 aus einem ersten Bewässerungskanalabschnitt 20 mit einer Einlassöffnung 14 zum Zuführen einer Nährstofflösung, einem zweiten Bewässerungskanalabschnitt 21 mit einer Auslassöffnung 15 zum Abführen einer Nährstofflösung sowie zumindest einem den ersten und zweiten Bewässerungskanalabschnitt 20, 21 verbindenden, dritten Bewässerungskanalabschnitt 22, 22'. Der zumindest eine dritte Bewässerungskanalabschnitt 22, 22' ist dabei direkt in dem Substratkörper 2 integriert, d.h. der zumindest eine dritte Bewässerungskanalabschnitt 22 ist durch den Substratkörper 2 verläuft. im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 7 bis 9 sind zwei mittlere Bewässerungskanalabschnitte 22, 22' vorgesehen, wobei diese halbkreisförmig ausgebildet sind und zwischen der Aussparung 11 und der Seitenfläche 10 des Substratkörpers 2 angeordnet sind. Insbesondere sind die halbkreisförmig ausgebildeten dritten Bewässerungskanalabschnitte 22, 22' spiegelsymmetrisch um die Aussparung 11 des Substratkörpers 2 geführt. Damit die Nährstofflösung durch die zwei dritten Bewässerungskanalabschnitte strömen kann, ist sowohl zwischen dem ersten und dritten Bewässerungskanalabschnitt 20, 22, 22' und zwischen dem zweiten und dritten Bewässerungskanalabschnitt 21, 22, 22' ein Knotenpunkt vorgesehen, bei welchem sich der Bewässerungskanal 13 verzweigt bzw. wieder zusammengeführt wird. Die Anzahl der dritten Bewässerungskanäle 13 kann abhängig von der Ausgestaltung des Substratkörpers 2 und/oder der Pflanzenart 5 variieren. Die Bewässerungskanalabschnitte 20, 21, 22, 22'sind vorliegend im Wesentlichen parallel zu der Ebene E2 angeordnet. Ferner weist wenigstens der zumindest eine dritte Bewässerungskanalabschnitt 22, 22' eine oder mehrere Tropföffnung(en) 16 auf, durch welche die Nährstofflösung zur Versorgung der Wurzeln austritt. In den Figuren nicht dargestellt ist die Anordnung von zwei oder mehreren Substratkörpern 2 mit jeweils einer Bewässerungseinheit 12 in einer Reihe. Die Bewässerungseinheiten 12 der benachbarten Substratkörper 2 werden dabei aneinandergekoppelt, so dass ein gemeinsames Bewässerungssystem entsteht. Diese Art der Anordnung von zwei oder mehreren Substratköpern 2 kommt insbesondere in Anlagen zum Einsatz, in welchen eine Vielzahl von Pflanzen gezüchtet bzw. kultiviert werden.
Ferner kann das erfindungsgemäße Verwurzelungssubstrat 1 in ein Pflanzgefäß 17, insbesondere einem Netztopf bzw. Pflanzkorb, eingesetzt werden und bildet so ein hydroponisches, aquaponisches oder aeroponisches Pflanzsystem. Optional ist das zumindest eine Verwurzelungssubstrat 1 an einer Haltevorrichtung 18, insbesondere Haltering befestigbar, wobei die Haltevorrichtung 18 dazu dient, dass Verwurzelungssubstrat 1 in ein hydroponisches, aquaponisches oder aeroponisches Pflanzsystem zu integrieren.
Schließlich kann das erfindungsgemäße Verwurzelungssubstrat 1 als Anzuchtsubstrat oder Wachstumssubstrat ausgebildet sein. Das als Anzuchtsubstrat ausgebildete Verwurzelungssubstrat, hier nicht gezeigt, ist dabei vorzugsweise in das Wachstumssubtrat einsetzbar bzw. integrierbar
Bezugszeichenliste

1: Verwurzelungssubstrat
2: Substratkörper
3: Struktur
4: Aufnahmebereich
5: Pflanze
6: Wurzel
7: Durchbrüche/Löcher/Hohlräume
8: Oberseite
9: Unterseite
10: Seitenfläche
11: Aussparung
12: Bewässerungseinheit
13: Bewässerungskanal
14: Einlassöffnung
15: Auslassöffnung
16: Tropföffnungen
17: Pflanzgefäß
18: Haltevorrichtung
19: Substratkörperabschnitt
20: erster Bewässerungskanalabschnitt
21: zweiter Bewässerungskanalabschnitt
22, 22': dritter Bewässerungskanalabschnitt
LA: Längsachse
QA: Querachse
E1: erste Ebene
E2: zweite Ebene
h: Höhe des Substratkörpers
t: Tiefe der Aussparung
b: Breite des Substratkörperabschnitts

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

AU 2015101039 A4 [0005]
DE 202008017655 U1 [0006]

Claims

Verwurzelungssubstrat (1) für hydroponische, aquaponische oder aeroponische Pflanzsysteme, bestehend aus zumindest einem Substratkörper (2) mit einer dreidimensionalen Struktur (3) und zumindest einem Aufnahmebereich (4) zur Aufnahme einer Pflanze (5) bzw. Jungpflanze oder eines Samens, dadurch gekennzeichnet, dass das Verwurzelungssubstrat (1) mittels eines generativen bzw. additiven Fertigungsverfahren derart hergestellt ist, dass sich eine dreidimensionale Struktur (3) mit einer Vielzahl von Durchbrüchen und/oder Löchern und/oder Hohlräumen (7) zur Aufnahme der Wurzel (6) einer Pflanze (5) ausbildet.
Verwurzelungssubstrat (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionale Struktur (3) als gleichmäßig angeordnete Struktur, insbesondere in der Form einer Diamant- oder Gitterstruktur, oder als ungleichmäßig angeordnete Struktur, insbesondere korallen- oder schwammähnliche Struktur, ausgebildet ist.
Verwurzelungssubstrat (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Substratkörper (2) sich entlang einer vertikal verlaufenden Längsachse (LA) erstreckt und eine formunabhängige Gestalt oder eine definierte Gestalt, insbesondere eine kugel-, pyramiden-, würfel-, tetraeder-, kegel-, kegelstumpf-, zylinder-, halbzylinder-, hohlzylinder- oder volltorusförmige Gestalt, aufweist.
Verwurzelungssubstrat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Substratkörper (2) eine Oberseite (8), eine der Oberseite (8) gegenüberliegende Unterseite (9) sowie eine oder mehrere die Ober- und Unterseite (8, 9) verbindende Seitenfläche(n) (10) aufweist und die Durchbrüche und/oder Löcher und/oder Hohlräume (7) sich von der Oberseite (8) und/oder Unterseite (9) und/oder der einen oder mehreren Seitenfläche(n) (10) in den Substratkörper (2) erstrecken.
Verwurzelungssubstrat (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Aufnahmebereich (4) derart ausgebildet ist, dass die an der Pflanze (5) befindlichen Wurzeln oder der Samen der Pflanze (5) auf dem zumindest einen Aufnahmebereich (4) aufliegen.
Verwurzelungssubstrat (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, der zumindest eine Aufnahmebereich (4) durch zumindest ein Segment der Oberseite (8) und/oder Unterseite (9) und/oder Seitenfläche (10) oder durch zumindest eine Aussparung (11) gebildet ist.
Verwurzelungssubstrat (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Aussparung (11) auf der Oberseite (8) oder der Unterseite (9) oder der Seitenfläche (10) des Substratkörpers (2) eingebracht ist.
Verwurzelungssubstrat (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Substratkörper (2) aus einem Kunststoff, Keramik oder anderen generativ bzw. additiv anwendbaren Material besteht.
Verwurzelungssubstrat (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Substratkörper (2) einteilig ausgebildet ist.
Verwurzelungssubstrat (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewässerungseinheit (12) vorgesehen ist, umfassend zumindest einen Bewässerungskanal (13) zum Zu-/Abführen einer Nährstofflösung.
Verwurzelungssubstrat (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest einen Bewässerungskanal (13) durch den Substratkörper (2) geführt ist und eine oder mehrere Tropföffnung(en) (16) aufweist.
Verwurzelungssubstrat (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass Bewässerungskanal (13) einen ersten Bewässerungskanalabschnitt (20) zum Zuführen der Nährstofflösung, einen zweiten Bewässerungskanalabschnitt (21) zum Abführen der Nährstofflösung sowie zumindest einen den ersten und zweiten Bewässerungskanalabschnitt (20, 21) verbindenden, dritten Bewässerungskanalabschnitt (22, 22') aufweist.
Verwurzelungssubstrat (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem ersten Bewässerungskanalabschnitt (20) und zumindest einem dritten Bewässerungskanalabschnitt (22, 22') und zwischen dem zweiten Bewässerungskanalabschnitt (21) und zumindest einem dritten Bewässerungskanalabschnitt (22, 22') ein Knotenpunkt befindet, bei welchem sich der Bewässerungskanal (13) verzweigt bzw. wieder zusammengeführt wird.
Hydroponisches, aquaponisches oder aeroponisches Pflanzsystem mit einem Pflanzgefäß, insbesondere einem Netztopf bzw. Pflanzkorb, und zumindest einem in das Pflanzgefäß einsetzbaren Verwurzelungssubstrat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder mit zumindest einem Verwurzelungssubstrat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und einer Haltevorrichtung (18), an der das zumindest eine Verwurzelungssubstrat (1) angeordnet ist und dazu dient, das Verwurzelungssubstrat (1) in ein Hydroponisches, aquaponisches oder aeroponisches Pflanzsystem zu integrieren.
Verwendung des Verwurzelungssubstrats (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Anzuchtsubstrat oder Wachstumssubstrat.