DE102022122217A1

DE102022122217A1 - Vorrichtung zur Zucht und Pflege von Pflanzen

Info

Publication number: DE102022122217A1
Application number: DE102022122217.9A
Authority: DE
Inventors: David Burkhardt; Stefan Elsner; Jan Philipp Michaelis
Original assignee: Green Loop Ug Haftungsbeschraenkt
Current assignee: Green Loop Ug Haftungsbeschraenkt
Priority date: 2022-09-01
Filing date: 2022-09-01
Publication date: 2024-03-07

Abstract

Die Erfindung ist eine Vorrichtung zum hydroponischen Anbau von Blattsalaten und Kräutern im Wohnraum.
Die Herstellung und Auslieferung von Blattsalaten und Kräutern kostet viel Energie, z.B. für Transport und beheizte Gewächshäuser. Außerdem werden Abfälle erzeugt, z.B. durch Verpackungen oder durch bei Transport und Lagerung verdorbene Lebensmittel. Frische und Nährstoffgehalt können unter der Auslieferungskette leiden.
Es gibt hydroponische Vorrichtungen, mit denen sich Blattsalate und Kräuter auch im Wohnraum mit geringem Aufwand anbauen und ernten lassen. Diese weisen aber selten die nötige Systemgröße für einen Haushalt auf oder sind vom Formfaktor nicht einfach in den Wohnraum zu integrieren. Wasserversorgung, Düngung und Bestrahlung bis zur erntereifen Pflanze müssten autonom geregelt werden und eine größere Robustheit gegenüber Schimmelpilzen, Algen und Schädlingen wäre erstrebenswert.
Die Erfindung betrifft eine kreisförmige Vorrichtung, bestehend aus einem Rad (a), in welchem mehrere Aufnahmen für Pflanzen (b) angeordnet sind. Dieses Rad rotiert mit darin enthaltenen Pflanzen um seinen Mittelpunkt. Im Mittelpunkt des Rades befindet sich vorzugsweise eine Strahlungsquelle bzw. Leuchte (d), welche vorzugsweise mittels LEDs elektromagnetische Strahlung im für Pflanzen relevanten Spektralbereich erzeugt.
Die Vorrichtung lässt sich an einer Wand anbringen und enthält ferner eine automatische Versorgung mit Nährstofflösung für Pflanzen.

Description

Agrarprodukte wie Blattgemüse sind ein wesentlicher Teil der Ernährungsweise vieler Menschen weltweit. Frisches Blattgemüse ist ein wichtiger Vitamin-, Antioxidantien- und Ballaststoff-Lieferant und lässt sich mit verhältnismäßig geringem Ressourcenaufwand und in kurzer Zeit herstellen. Durch steigende Bevölkerungszahlen, die Auswirkungen des Klimawandels und zunehmende Verstädterung ist die Versorgung mit frischem Blattgemüse in Ballungszentren allerdings gefährdet.
Durch die geringe Haltbarkeit sind die logistik- und lagerungsbedingten Verluste bei Blattgemüse schon vor Erreichen des Einzelhandels sehr hoch. Die Verschlechterung der Ernährungsqualität wird meist nur an optischen Anzeichen des Produkts bestimmt, beginnt aber bei Blattgemüse bereits direkt nach dem Erntezeitpunkt. Der Verlust an wichtigen Inhaltsstoffen, wie z.B. Vitaminen, setzt sich auch durch Lagerung im Einzelhandel und beim Verbraucher fort. Eine Minimierung der Zeitspanne zwischen Ernte und Konsum und Verbesserung der Logistik und der Lagerungsbedingungen ist also im Interesse des Verbrauchers und der Gesellschaft, um eine bessere Ernährung und Gesundheit zu ermöglichen.
Für die ganzjährige Versorgung wird z.B. in Deutschland ein Großteil des Blattgemüses bereits in Gewächshäusern angebaut. Für eine Produktion in Ballungszentren ist der Flächenbedarf von Freilandanbau oder klassischen Gewächshäusern allerdings hoch.
Um den Ertrag zu steigern, werden häufig Pestizide und Herbizide eingesetzt, welche Rückstände in den Lebensmitteln hinterlassen und die Anbaufläche und das Grundwasser langfristig schädigen.
Mit technischen Hilfsmitteln wie Kunstlicht, hydroponischer Nährstoffversorgung und vertikaler Stapelung lässt sich eine Verbesserung der Flächenausnutzung erreichen. Diese Mittel, umgangssprachlich als „Vertical Farming“ zusammengefasst, werden bereits weltweit in industriellem Maßstab eingesetzt. In diesen Systemen kann meist auf den Einsatz von Herbiziden und Pestiziden verzichtet werden, da alle Umgebungsfaktoren wie Licht, Belüftung, Bewässerung, Düngemittel und Substrat genau überwacht und gesteuert werden und eine Belastung mit fremden Keimen und Bakterien aus der Umwelt vermindert werden kann. Außerdem ist damit auch der ganzjährige Anbau möglich. Die Agrarprodukte aus dieser Produktion werden heutzutage in vielen Ländern bereits in Supermärkten verkauft. Bevor ein solches Agrarprodukt allerdings den Privathaushalt erreicht, sind weiterhin Verpackung, Logistik und die Lagerung im Einzelhandel notwendig. Der Anbau im privaten Garten löst zwar das Verpackungs- und Logistikproblem, ist aber für die meisten Pflanzen nicht ganzjährig möglich und auch aufgrund der Urbanisierung und des hohen Zeitaufwandes für viele Menschen in Ballungszentren keine Option.
Durch die Verlagerung des Anbaus von Blattgemüse in den Privathaushalt lässt sich die Zeit zwischen Ernte und Konsum auf ein Minimum verringern. Wenn der private Konsument die Lebensmittel unmittelbar vor dem Konsum in der eigenen Wohnung erntet, verbessert sich also die Qualität. Verpackung und Transport fallen sogar gänzlich weg. Bei einem System, welches den Anbau in der Wohnung ermöglicht, sollten sich die Kosten und der Energieverbrauch pro Pflanze nicht wesentlich vom industriellen Vertical Farming unterscheiden - vorausgesetzt die Methoden aus der Industrie lassen sich herunterskalieren.
Stand der Technik
Für den Haushaltsgebrauch existieren verschiedene Lösungen für die Anzucht von Pflanzen. Meist werden dabei Vorrichtungen verwendet, die einem Blumentopf ähneln und über hydroponische Bewässerung und Nährstoffversorgung sowie künstliche Strahlungsquellen verfügen.
Es sind Vorrichtungen bekannt, welche in Verbindung mit einem speziellen Substrat die Anzucht von Salat und Kräutern im Haushalt ermöglichen. Hierbei enthält beispielsweise das Substrat ( EP 3 087 828 B1 ) den für das Wachstum notwendigen Dünger in fester, aber wasserlöslicher Form und stellt diesen über einen geplanten Wachstumszeitraum der Pflanze zur Verfügung ( US D760, 118 S ).
Durch die kleine Systemgröße können bei diesen Vorrichtungen jedoch meist nicht ausreichend Salate und Kräuter für den Gesamtbedarf eines Haushalts produziert werden. Durch den im Substrat gebundenen Dünger ist eine gleichbleibende Nährstoffversorgung nicht gegeben und die Pflanzen müssen ggf. vorzeitig abgeerntet werden, bzw. können nicht nachwachsen, sobald der Dünger erschöpft ist.
Eine weitere bekannte Vorrichtung zur Anzucht von Pflanzen ist in Patent EP 2 923 561 81 beschrieben. In dieser Erfindung wird dargestellt, dass Salate und Kräuter zu verschiedenen Wachstumsphasen unterschiedlich viel Strahlung von unterschiedlichen Wellenlängen für ein möglichst effizientes und schnelles Wachstum benötigen.
In der Patentschrift wird der Lebenszyklus von Blattgemüse, Kräutern und Blumen in sechs Phasen unterteilt. Für jede dieser Phasen wird eine Zusammenstellung aus Strahlen mit verschiedenen Wellenlängen beschrieben. Diese Zusammenstellung ermöglicht effizientes Wachstum bzw. Erhaltung (letzte Phase) aller Blattgemüse, Kräuter und Blumen, die mit diesem System nutzbar sind.
Die Unterteilung der Wachstumsphasen und die Anpassung der Beleuchtung an diese ist sinnvoll. Es ist jedoch mittlerweile Stand der Forschung, dass das Wachstum sehr viel effizienter erreicht werden kann, wenn die Beleuchtung auch noch an die Art der Pflanze angepasst wird. Hierbei ist die Zusammenfassung von Blattgemüse, Kräutern und Blumen zu einer einzigen Kategorie zu generell.
Für ein optimales, effizientes Wachstum muss die Beleuchtung an die Sorte und das Wachstumsstadium individuell angepasst werden (VIRSILE, Akvile; OLLE, Margit; DUCHOVSKIS, Pavelas. LED lighting in horticulture. In: Light Emitting Diodes for Agriculture. Springer, Singapore, 2017. S. 113-147).
Ein geschlossenes Anbausystem auf hydroponischer Basis in Form eines Unterbau-Schranks wird in den Patenten DE 10 2018 101 697 83 und DE 10 2018 101 698 B3 beschrieben. Das System ist luftdicht geschlossen und benötigt daher ein System zur Temperatur- und Feuchtigkeitssteuerung, Luftfilterung und Wiederaufbereitung des Wassers mittels UV-C Strahlen. Diese technischen Mittel sind vorgesehen, um unerwünschter Algen- und Schimmelbildung entgegen zu wirken. Geschlossene Räume mit hoher Luftfeuchtigkeit, hoher Photonenstrahlung und wenig Luftbewegung sind sehr anfällig für Schimmelbewuchs. Wachstumsparameter sind bei diesem System programmatisch steuerbar, so z.B. die Photonenstrahlung per LEDs und die Bewässerung und Nährstoffversorgung über eine Wasserpumpe und mehrere Düngerpumpen. Zum Pflanzen werden Saatmatten manuell eingesetzt, welche Samen für mehrere Pflanzen enthalten.
Die Nachteile eines solchen Systems sind insbesondere die Bauform, die hohen Kosten und die Komplexität. Das Format als Unterbau-Schrank erfordert die Berücksichtigung schon während der Planung der Küche oder umfassende Umbaumaßnahmen. Die technische Komplexität des Systems entsteht durch die Wasseraufbereitung und Klimatisierung. Verbraucher verzehren Blattgemüse üblicherweise pflanzenweise, bzw. in kleinen Mengen bei jeder zubereiteten Mahlzeit. Es wird also in regelmäßigen Abständen jeweils ca. eine Pflanze entnommen. Die Aufgabe eines Systems ist es, kontinuierlich erntereife Pflanzen zur Verfügung zu stellen. Das System erlaubt zwar das Ernten einzelner Pflanzen, allerdings kann erst nachgepflanzt werden, wenn alle Pflanzen aus einer Saatmatte abgeerntet wurden. Das System bietet also entweder nicht kontinuierlich erntereife Pflanzen oder läuft bei deutlich geringerer Kapazität als theoretisch möglich.
Es sind runde, offene Vorrichtungen zur Anzucht von Pflanzen bekannt. In US 6 604 321 82 wird eine Erfindung beschrieben, welche aus trommelförmigen bzw. zylindrischen Gestellen besteht, in denen Behältnisse für Pflanzen mit Substrat kreisförmig um eine in deren Mittelachse positionierte Strahlungsquelle gedreht werden. Eine ähnliche Vorrichtung ist auch in DE 10 2005 020 243 B3 und US 10 292 346 B2 beschrieben, wobei letztere zusätzlich vorgesehen ist zu mehreren gestapelt zu werden und eine Belüftungseinheit enthält. In DE 10 2005 020 243 B3 wird dagegen der im Vergleich zum Flächenanbau geringere Platzbedarf und eine bessere Ausnutzung der Strahlungsquelle hervorgehoben. Die Wasserversorgung wird bei diesen Vorrichtungen mittels Eintauchen der Behältnisse für Pflanzen in eine offenes, wannenförmiges Reservoir unterhalb der Radvorrichtung gelöst. Die Vorrichtungen sind für den industriellen Betrieb in größeren belüfteten und klimatisierten Räumen vorgesehen.
Ursprünglich für die bessere Ausnutzung der Abstrahlfläche von zylindrischen Metalldampflampen geplant, sorgt die kontinuierliche Bewegung der Pflanzen auch für eine Reihe an positiven Nebenwirkungen. So ist z.B. eine gute Sauerstoffversorgung der Wurzeln durch das ständige Aus- und Eintauchen des Wurzelballens gewährleistet. Die Vorrichtungen sind allerdings sehr groß und eignen sich dadurch nicht zur Integration in den Wohnraum. Durch die große Tiefe der Vorrichtungen und die relativ dazu kleinen offenen Deckflächen des zylindrischen Gestells sind einzelne Pflanzen nur schwierig von einer der beiden Seiten entnehmbar.
Eine vollständige Abschirmung der Wurzeln und Substrate gegen Streulicht von außen ist nicht vorgesehen, was für eine Unterbringung im Wohnraum empfehlenswert ist. Streulicht kann das Wurzelwachstum hemmen und die Bildung von unerwünschten Organismen wie Algen fördern.
Unklar ist bei diesen Vorrichtungen ebenfalls, ob nicht auch Nährstofflösung bei der Rotation entlang der Pflanzenstiele herunterläuft und beim Trocknen Rückstände von Dünger auf den Pflanzen, Pflanzenhalterungen sowie der Lichtquelle hinterlässt.
Aus der Druckschrift US 2017 0 055 472 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, welche ebenfalls auf einen zylindrischen bzw. trommelförmigen Aufbau setzt, bei dem aber zusätzlich Pflanzenmagazine automatisch bzw. prozessgesteuert entnommen und ausgetauscht werden können. Das reduziert den Bedienaufwand, weil ein automatisches Nachpflanzen ermöglicht wird, aber eine automatisierte einzelne Entnahme von Pflanzen ist durch das Mehrfachmagazin nicht möglich, was nicht zum typischen Nutzungsintervall in einem Privathaushalt passt.
Eine weitere bekannte Vorrichtung wurde von der Firma „Manufacture OGarden Inc.“ entwickelt. Hier wurde ebenfalls ein rotierendes Verfahren adaptiert und nun in ein Produkt für den Privathaushalt überführt.
Hier wird wie in der vorstehend beschriebenen Erfindung die gesamte Trommel in eine Flüssigkeit oder Nährstofflösung in einem darunter positionierten wannenförmigen Reservoir eingedreht und es gibt eine zentrale Lichtquelle. Weil dabei auch Licht direkt auf die Nährstofflösung fällt, begünstigt dies auch das Wachstum von unerwünschten Organismen, wie etwa Algen, Bakterien oder Schädlingen. Ebenfalls können hier durch die Rotation und abfließende Flüssigkeit Düngerrückstände auf den Pflanzerzeugnissen und der Vorrichtung entstehen, welche ein gründliches Waschen der Erzeugnisse erforderlich machen.
Das Produkt umfasst außerdem einen Unterschrank, der die Wanne für Flüssigkeit, einen beleuchteten Schrank für Keimlinge sowie einen elektrischen Antrieb und Auflagerollen für das Rad aufnimmt und benötigt damit einen verhältnismäßig großen Stellplatz im Wohnraum.
Die Pflanzen sind nicht einzeln entnehmbar oder pflanzbar, sondern in Gruppen, was nicht dem üblichen Konsum im Privathaushalt entspricht (NIBART, Pierre, 2019. OGarden Smart: Grow An Indoor Garden of 90 Fruits & Veggies [online] 12.02.2019 [Zugriff am: 29.08.2019]. Verfügbar unter: https://www.kickstarter.com/projects/ogarden/ogarden-smart/description).
Die bekannte Vorrichtung FarmBot (ARONSON, Rory L. FarmBot. Humanity's open-source automated precision farming machine. 2013) zielt auf die Automatisierung von Aussaat und Bewässerung sowie Überwachung des Wachstumsprozesses ab. Dieses Projekt zeigt die Komplexität, welche eine Automatisierung mit herkömmlicher Anbauweise im Freien und mit Erde mit sich bringt. Um alle Pflanzen auf der Anbaufläche anfahren und sensorisch vermessen zu können, werden große Schienensysteme und mehrere Motoren für die unterschiedlichen Achsen benötigt. Mittels Kamera wird Unkraut entdeckt und entfernt. Die Bewässerung erfolgt pro einzelner Pflanze. Aufgrund der herkömmlichen Anbauweise im Freien gibt es auch hier die Nachteile eines hohen Flächen- sowie Wasserbedarfs durch Versickerung sowie einer schwer zu kontrollierenden Umgebung, das heißt von Bodenqualität, Sonnenlicht, Wetter und Niederschlag, externen Schädlingen, etc. Für den Privathaushalt sind daher Lösungen zu bevorzugen, bei denen mehr Umgebungsparameter direkt kontrolliert werden, wie Bewässerung, Düngung, Bestrahlung, etc., vorzugsweise aber mit geringerer mechanischer Komplexität, um eine größere Robustheit und einen geringeren Herstellungsaufwand zu erzielen.
Aufgabe der Erfindung
Die Erfindung ist eine Vorrichtung zur hydroponischen An- und Aufzucht von Pflanzen, vorrangig Blattgemüse, Salat und Kräuter, welche sich durch einen geringen Platzbedarf einfach in den Wohnraum integrieren lässt. Besonders bevorzugter Vorteil des Systems ist, dass alle Prozesse wie Wasserversorgung, Düngung und Bestrahlung bis zur erntereifen Pflanze autonom und mit minimalem manuellen Aufwand sowie geringer mechanischer Komplexität ablaufen.
Vorzüge der Erfindung konzentrieren sich auch auf eine robuste Regelung der Nährstoffversorgung mit konstruktiver Vorbeugung von Pflanzenschäden wie Fäule, Algen, Schädlingen. Insbesondere soll auch die Kontamination der Pflanzerzeugnisse mit Düngerrückständen konstruktiv vermieden werden.
Pflanzensorten, die sich besonders für den Anbau in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignen, sind zum Beispiel Blattsalate wie Romana-Salat, Endivie, Eichblattsalat, Lollo Rosso, Lollo Bionda, Spinat, aber auch Gewürzkräuter wie z.B. Petersilie, Basilikum Genovese, Koriander, Rauke, Schnittlauch, Salbei, Dill, Bärlauch, Melisse, Kapuzinerkresse, Liebstöckel, Schabzigerklee und exotische Gewächse wie z.B. Red Giant Salat, Thai-Basilikum, Zitronenbasilikum, Mizuna und viele mehr.
Zusätzlich gibt es auch mehrmonatige Pflanzen wie zum Beispiel Mini-Kirschtomaten, Chilis oder Walderdbeeren, die sich für die Anzucht in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignen.
Erfindungsgemäß wird es dem Verbraucher ermöglicht, kontinuierlich frisches Blattgemüse zu produzieren. Dabei können Ressourcen für Transport, Verpackung, Lagerung, Herbizide und/oder Pestizide eingespart werden. Außerdem kann die Erfindung eine Systemgröße aufweisen, die den Bedarf an Blattgemüse eines typischen Haushalts deckt. Die Erfindung lässt sich in verschiedene Wohnraumkonzepte integrieren, auch als Nachrüstung, ohne dass dafür etwa Schrankelemente im Unterbau oder Überbau entfernt werden müssten. Der benötigte Stellplatz für die Installation einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Haushalt ist sehr gering, geringer als zum Beispiel bei einem Hochbeet oder Blumenkasten.
Lösung der Aufgabe
Die erfindungsgemäße Vorrichtung verfügt über einen ringähnlichen Pflanzenträger (a) („Rad“). In diesem Rad sind mehrere Aufnahmen für Pflanzen (b) angeordnet bzw. befestigt. Das Rad ist an einem strukturellen Element (c) durch eine Lagerung (c3) drehbar aufgehängt, sodass das Rad um seinen geometrischen Mittelpunkt rotierbar ist. Für die Rotation des Rades ist ein Antrieb (c1) vorgesehen. Die Pflanzen, die in den Aufnahmen (b) angezogen und gepflegt werden können, sind dabei nach innen, also zur gedachten Rotationsachse des Rades, gerichtet. Die Pflanzen drehen sich also mit der Umdrehung des Rades um dessen Mittelpunkt.
Ein Vorteil der ringförmigen Anordnung ist die Möglichkeit, die Wasser- und Nährstoffversorgung der Pflanzen allein durch Rotation und damit Eintauchen der Pflanzen zu lösen. Dazu ist das Rad (a), in dem die Pflanzen angeordnet sind, nach außen geschlossen, so dass eine Flüssigkeit (a2) im unteren Bereich des Rades eingefüllt werden kann. Dadurch wird kein zusätzliches, separates Reservoir benötigt, in das das Rad bzw. die einzelnen Pflanzen eingetaucht werden. Stattdessen bildet der untere Bereich des Rades das Reservoir (a1) zur Versorgung der Pflanzen.
Eine gute Sauerstoffversorgung der Wurzeln wird dadurch gewährleistet, dass die Pflanzen, die bei der Rotation des Rades (a) nicht mehr auf bzw. nahe der Nullposition (a3) stehen, auch nicht mehr in das Reservoir (a1) eingetaucht sind. So durchläuft jede Pflanze bei der Rotation des Rades durch Eintauchen und wieder Herausholen einen Zyklus der Nährstoff- und Sauerstoffzufuhr, wobei die im unteren Bereich des Rades eingefüllte Flüssigkeit bei der Drehung durch Schwerkraft immer im unteren Bereich des Rades, also in dem Reservoir, verbleibt.
Die eingesetzten Aufnahmen für Pflanzen (b) sind zum Mittelpunkt des Rades hin mit einer Abdeckfläche (b3) versehen, welche das Reservoir (a1) so gegenüber Umwelteinflüssen wie z.B. Licht, Staub und Schmutz abschirmt. Neben der Lichtabschirmung wirkt auch die häufige Bewegung durch die Rotation vorbeugend gegen Algenwachstum und Schimmelpilze.
Die Aufnahmen für Pflanzen (b) verfügen über Halterungen für Substrat (b2), in die Setzlinge bzw. Pflanzen (b1) eingesetzt werden können.
Um das Wachstum der Setzlinge bzw. Pflanzen (b1) zu begünstigen, verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über mindestens eine Strahlungsquelle (d), welche so angeordnet ist, dass diese photosynthetisch aktive, elektromagnetische Strahlung in Richtung der Setzlinge bzw. Pflanzen (b1) emittiert. Vorzugsweise kann dabei die Zusammensetzung und Intensität der Strahlung programmgesteuert individuell auf die Pflanzenart und das Alter bzw. Wachstumsstadium der Pflanze abgestimmt werden. Zusammen mit der Nährstoffversorgung sind somit alle wichtigen Umgebungsbedingungen für die Pflanze gegeben, um Wachstum zu ermöglichen.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Abbildungen beschrieben. Die Abbildungen zeigen ein vorzugsweises Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung oder ihrer Baugruppen.

1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung auf eine erfindungsgemäße hydroponische Vorrichtung von vorne.
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung in Vorderansicht auf eine erfindungsgemäße hydroponische Vorrichtung.
3a-h zeigt acht schematische Schnittdarstellungen einer Aufnahme für Pflanzen (b) der erfindungsgemäßen Vorrichtung von vorne, in aufeinander folgenden Rotationszuständen.
4 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung auf einen Teil der erfindungsgemäßen hydroponischen Vorrichtung, wobei Elemente nicht eingezeichnet sind bzw. transparent dargestellt werden, um die Formgebung der Abdeckfläche (b3) samt ihren Wandungen (b9 und b10) aufzuzeigen.
5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung von der rechten Seite, also mit der Vorderseite der Vorrichtung nach links zeigend.

Das Rad (a) wird über eine oder mehrere vorzugsweise genutete Rollen (c4) aufgehängt, welche drehbar gelagert an einem strukturellen Element befestigt sind. In diese Rolle bzw. Rollen wird das Rad (a) vorzugsweise mit einer radial weiter innen liegenden Kante, im Folgenden Innenkante genannt, eingehängt. Vorzugsweise wird hierfür die Innenkante der Rückfläche des Rades (a) verwendet (siehe 4). Technisch möglich ist aber auch die Ansteuerung der Kante an der Vorderfläche des Rades, beider Kanten gleichzeitig, oder an einer der Außenflächen des Rades. Mindestens eine Rolle (c4) wird durch einen Motor (c2), beispielsweise einen DC-Motor, Asynchronmotor, Schrittmotor oder Servomotor, angetrieben sodass diese Rolle bzw. Rollen durch einen Kraft-, Form- oder Reibschluss eine Rotation auf das Rad (a) übertragen. Um das Rad in einer senkrechten Ebene zu führen und drehbar zu lagern, sind vorzugsweise zusätzlich zur angetriebenen Rolle eine oder mehrere Stützrollen (c5) oder Gleitflächen am strukturellen Element angebracht.
Der Antriebsmotor (c2) wird vorzugsweise so angesteuert, dass programmgesteuert jede Aufnahme für Pflanzen (b) im Rad (a) an eine Nullposition (a3) bewegt werden kann. An dieser Position können die Pflanzen beispielsweise sensorisch oder optisch durch eine Kamera erfasst, vermessen und analysiert werden. Die Möglichkeit, das Rad (a) programmgesteuert um bestimmte Winkel zu drehen, kann beispielsweise per Schrittmotor, Servomotor, Asynchronmotor, über Encoderscheiben oder Endschalter gelöst werden. Vorzugsweise verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über einen Codierschalter, eine Lichtschranke oder einen Magnet-Kontakt, der bei der Rotation des Rades auslöst und so eine absolute Zählung der Motorschritte und somit Positionierung der einzelnen Pflanzpositionen ermöglicht. Löst der Schalter beispielsweise einmal pro Umdrehung aus und sind die Aufnahmen für Pflanzen (b) in gleichem Abstand zueinander im Rad (a) angeordnet, können die Motorschritte für eine volle Umdrehung des Rades durch die Anzahl der Pflanzpositionen geteilt werden, um den genauen Wert in Motorschritten zu bestimmen, der für die Positionierung einzelner Pflanzen benötigt wird. Somit kann auf die Auslösung eines Kodierschalters oder Sensors an jeder einzelnen Aufnahme für Pflanzen (b) verzichtet werden.
Um die Pflanzen im ringähnlichen Pflanzenträger (a) zu befestigen, sind Aufnahmen für Pflanzen vorgesehen. Diese Aufnahmen können beispielsweise Gefäße für mindestens eine Pflanze sein, welche jeweils mindestens eine Halterung für Substrat (b2) und vorzugsweise mindestens einen Hohlraum für Wurzeln (b4) enthalten, welcher vorzugsweise durch Trennwände (b12) definiert ist, die an den Aufnahmen für Pflanzen befestigt sind, jedoch durchlässig für Nährstofflösung, bzw. nicht vollständig geschlossen sind.
Diese Aufnahmen für Pflanzen (b) sind vorzugsweise separat entnehmbar, um Pflanzen separat ernten zu können. Jede Aufnahme ist beispielsweise über eine Arretierung im Rad befestigt. Eine entsprechende Arretierung kann durch eine Stufe mit einem Hinterschnitt im Rad (a) realisiert sein, in den die Aufnahme für Pflanzen (b) eingehakt wird, zum Beispiel über einen federnd ausgelegten Haken. Möglich sind jedoch auch andere Arretierungen wie etwa Gewinde, Magnete, Bajonettverschlüsse, etc.
Da die meisten Pflanzsubstrate für Blattgemüse aus flexiblem Material bestehen, wie zum Beispiel gepresste Kokosfaser oder Steinwolle, ist die Halterung für Substrat vorzugsweise als Klemmung ausgeführt. Je nach Form des Substrats ist die Halterung dabei ähnlich geformt wie das Substrat, also jeweils zylindrisch, konisch, quaderförmig oder pyramidal, nur etwas enger und nach mindestens einer Seite offen, so dass Substrat von dieser Seite eingesetzt werden kann und durch Reibung in der Halterung gehalten wird. Alternativ ist eine mehrteilige Halterung möglich, die nach Einlegen von Substrat zugeklappt wird und somit auch ohne Reibung bzw. Klemmung Substrat halten kann.
Es ist zudem mindestens eine Öffnung für den Keimling bzw. das Blattwachstum oder die Pflanze vorgesehen sowie mindestens eine zweite Öffnung für Wurzelwachstum. An diese Öffnung für Wurzeln schließt sich der Hohlraum (b4) an, sodass Wurzeln direkt aus dem Substrat in den Hohlraum (b4) hineinwachsen können. Bei einer Rotation des Rades (a) wird der Hohlraum immer dann mit Flüssigkeit aus dem Reservoir geflutet, wenn die jeweilige Aufnahme für Pflanzen sich über die Nullposition (a3), also durch das Reservoir, dreht. Durch die Rotation wird außerdem eine abwechselnde Versorgung der Wurzeln mit Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoffdioxid aus der Umgebungsluft sowie Nährstofflösung aus dem Reservoir (a1) sichergestellt.
Dieser Hohlraum (b4) kann in einer weiteren Ausführung auch so geformt sein, dass Flüssigkeit vom Eintauchen im Reservoir (a1) aus über die volle Rotation mitgeführt werden kann. Dafür muss der Hohlraum (b4) auch nach unten geschlossen sein, sodass nur an der Vorder- oder Rückseite eine Öffnung als Zu- und/oder Ablauf dient. Diese Flüssigkeit kann Pflanzen mit im Hohlraum verzweigten Wurzeln als Nährstoffquelle dienen, die sonst nur in einem begrenzten Rotationswinkel durch Eintauchen mit Wasser versorgt sind.
Um das Reservoir (a1) gegenüber Streulicht abzuschirmen, welches in Kombination mit Nährstoffen und Feuchtigkeit z.B. aus dem Reservoir zu Algenbildung führen könnte, verfügen die Aufnahmen für Pflanzen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise über Abdeckflächen (b3), welche das Rad bis an seine innere Mantelfläche abdecken. Diese Abdeckflächen enthalten Öffnungen (b7) für Pflanzen bzw. Setzlinge, die direkt über den Halterungen für Substrat (b2) in den Aufnahmen für Pflanzen angeordnet sind. Die Abdeckflächen können auch einteilig mit Halterung für Substrat und Hohlraum für Wurzeln ausgeführt sein.
In der vorzugsweisen Ausführung der Vorrichtung, welche eine Innenkante des Rades (a) mit einer Rolle (c4) antreibt, sind die Abdeckflächen (b3) so angeordnet, dass ein Antriebsspalt (b13) zwischen der angetriebenen Innenkante des Rades und den Abdeckflächen frei bleibt, in der die angetriebene Rolle Platz findet (siehe 5). Damit in dieser Ausführung kein Streulicht durch den Spalt fällt, gibt es vorzugsweise eine zusätzliche feststehende Abdeckfläche, die vorzugsweise am strukturellen Element angebracht ist und mit den Abdeckflächen der Aufnahmen für Pflanzen überlappt.
Sowohl das Substrat der Pflanze (b1) als auch deren Wurzeln können durch ihre Kapillarwirkung Flüssigkeit aufsaugen, welche bei der Rotation des Rades (a) wieder abtropfen, bzw. an der Pflanze herunterlaufen würde. Dies könnte zu Rückständen von Wasser und Düngemittel auf den Erzeugnissen und auf der Vorrichtung führen.
Um ablaufende Flüssigkeit aus den Substraten bzw. eingesetzten Pflanzen aufzufangen und ein Herauslaufen von Flüssigkeit aus den Öffnungen für Pflanzen (b7) oder zwischen den Abdeckflächen zu verhindern, sind vorzugsweise folgende Merkmale vorgesehen:

Durch einen zwischen der Abdeckfläche (b3) und der Halterung für Substrat angeordneten Ablaufspalt (b6) kann Flüssigkeit aufgefangen werden, anstatt durch die Öffnungen für Pflanzen (b7) abzulaufen bzw. abzutropfen. Dazu sind die Öffnungen (b7) in den Abdeckflächen vorzugsweise etwas kleiner im Durchmesser als die Halterungen für Substrate (b2). Um die aufgefangene Flüssigkeit (b15) zu speichern, ist an den Öffnungen je eine Wandung (b9) angeschlossen, unterhalb derer sich der Ablaufspalt befindet. Zusammen mit zusätzlichen Wandungen (b10) an den Außenkanten der Abdeckflächen ergeben sich so halboffene Auffangbehälter (b5), welche verhindern, dass in den Spalten (b6) aufgefangene Flüssigkeit (b15) an den Abdeckflächen entlang läuft und an anderer Stelle austritt, etwa durch Spalte zwischen den Abdeckflächen und dem Rad, oder untereinander, oder durch eine der Öffnungen für Pflanzen (b7).

Weiterhin sind die Wandungen der Abdeckflächen an den angularen Seiten (b11), also zur jeweils benachbarten Aufnahme für Pflanzen, vorzugsweise nach innen geneigt und verlängert, also in Richtung der Mitte der jeweiligen Aufnahme für Pflanzen, so dass sich ein Hohlraum ergibt, der auch noch Flüssigkeit auffangen kann, wenn sich die jeweilige Aufnahme für Pflanzen auf oder nahe der 9-Uhr Position (3c) oder auf oder nahe der 3-Uhr Position (3g) befindet. Dadurch wird sichergestellt, dass aufgefangene Flüssigkeit (b15) aus den halboffenen Behältern erst wieder abgegeben wird, wenn sie zurück in den äußeren Radumfang bzw. das Reservoir laufen kann, also wenn sich die Aufnahmen für Pflanzen per Rotation in der unteren Hälfte des Rades befinden. Durch diese Ausführung der Abdeckflächen ist es nicht notwendig, dass Spalte zwischen einzelnen Abdeckflächen der Aufnahmen für Pflanzen oder zwischen den Abdeckflächen und dem Rad flüssigkeitsundurchlässig zusätzlich abgedichtet werden müssen.
Die 3a-h zeigen verschiedene Zustände einer vorzugsweisen Aufnahme für Pflanzen während der Umdrehung im Rad mit Zuständen des Ablaufspaltes und Auffangbehälters.
Das strukturelle Element (c) verbindet Radantrieb und Aufhängung des drehbaren Rades. Außerdem kann es als Befestigung einer oder mehrerer Strahlungsquellen (d) dienen, einen oder mehrere Tanks (c6) zum Nachfüllen eines Reservoirs (a1) aufnehmen und Platz bieten für elektronische Komponenten wie Platinen, Sensoren, Netzteile sowie eine Wandhalterung (c10).
Eine mögliche Wandhalterung (c10) ist vorzugsweise so umgesetzt, dass sie aus einer Wandmontageplatte (c11) mit einem Haken bzw. einer Tragschiene besteht, welche zuvor an der Wand angebracht werden kann sowie einer gegenteilig geformten Aufnahme für die Montageplatte (c12), bzw. Aussparung im strukturellen Element, welche in den Haken bzw. die Schiene eingehängt wird.
Vorzugsweise verfügt eine solche Wandhalterung über einen Feststellmechanismus, zum Beispiel einen Arretierstift (c13) oder Dübel, der durch auf einer gedachten Achse angeordnete Löcher in strukturellem Element (c) und Wandmontageplatte (c11) eingesetzt wird und damit ein unabsichtliches Herausheben aus letzterer blockiert.
Der Feststellmechanismus kann dabei von vorne zugänglich sein und zusätzlich beim Einhängen als visuelle Zentrierhilfe dienen, indem die Wandmontageplatte durch das Loch angepeilt werden kann, auch wenn die Vorrichtung beim Einhängen so gehalten wird, dass diese größtenteils verdeckt ist.
Der Pegel der Nährstofflösung im Reservoir (a1) wird vorzugsweise über einen geeigneten Sensor, zum Beispiel einen Schwimmerschalter (c7), überwacht, der am strukturellen Element befestigt ist. Der Zustand des Sensors kann somit für die Steuerung eines Ventils (c9) am Tank (c6) verwendet werden, zum Beispiel ein elektronisch angesteuertes Magnetventil, oder ein direkt mechanisch durch den Schwimmer betätigtes Ventil.
Zur Sicherheit gegenüber einem Ausfall des Sensors und damit Überlaufen des Reservoirs und möglichen Folgeschäden im Wohnraum ist vorzugsweise eine zusätzliche, also redundant ausgelegte Schutzschaltung für eine Notabschaltung des Tankventils (c9) vorgesehen. Diese kann zum Beispiel über die Messung der Leitfähigkeit zwischen zwei Elektroden auf Höhe des maximalen Füllstands erfolgen.
In dem Reservoir können zusätzliche Sensoren zur Messung von Wasserqualität und Nährstoffgehalt, z.B. pH- und EC-Wert, Wassertemperatur, etc. integriert werden, indem diese am strukturellen Element befestigt werden.
Die Sensoren sind vorzugsweise innerhalb des Antriebsspalts (b13) positioniert, sodass diese direkt im Reservoir messen können, ohne die Rotation zu blockieren. Durch die darüber angeordneten Abdeckflächen (b3) sind die Sensoren von vorne nicht sichtbar.
Das erfindungsgemäße Reservoir (a1) im Rad (a) wird vorzugsweise aus mindestens einem nachfüllbaren Tank (c6) gespeist oder durch einen externen Wasseranschluss. Ein solcher Tank kann zum Beispiel Teil des strukturellen Elements sein, indem dieses in Monocoque-Bauweise ausgeführt ist und so einen Hohlraum bildet, in den Flüssigkeit gefüllt werden kann.
Ein solcher Tank verfügt außerdem vorzugsweise über einen Sensor, zum Beispiel einen Tankgeber mit Schwimmer oder einen kapazitiven Füllstandssensor, um an das rechtzeitige Nachfüllen zu erinnern und den Verbrauch des Wassers zu überwachen. So können beispielsweise auch Fehlerzustände wie ein fehlerhaftes Magnetventil erkannt werden, wenn der Füllstand des Tanks bei einem geschlossenen Soll-Zustand des Ventils verhältnismäßig stark sinkt. Der Zulauf (c8) vom Tank in das Reservoir (a1) im Rad (a) wird vorzugsweise über ein Magnetventil und Gravitation gelöst. Denkbar ist aber auch eine Pumpe, zum Beispiel eine Umwälzpumpe, Peristaltikpumpe, Membranpumpe oder Zahnradpumpe. Die Leitung des Zulaufs (c8) verläuft vorzugsweise vom Tank (c6) durch den Antriebsspalt (b13) in das Reservoir (a1) im Rad (a).
Nährstoffe können entweder vor dem Befüllen des Tanks (c6) in Wasser gelöst werden oder über getrennte Nährstofftanks dosiert werden. Dafür können eine oder mehrere Dosierpumpen verwendet werden, zum Beispiel peristaltisch und mit daran angeschlossenen Nährstofftanks, welche Nährstoffkonzentrate vorzugsweise in das Reservoir (a1), einen Tank (c6) oder eine geeignete Mischkammer dosieren können.
Das Nachfüllen des Tanks kann über einen Tankeinfüllstutzen (d3) gelöst sein, welcher vorzugsweise durch die Beleuchtungsvorrichtung (d) hindurch verläuft. Der Tankeinfüllstutzen verfügt über ein Gefälle, sodass die eingegossene Flüssigkeit in den Tank fließt. Im Gegensatz zu einer Einfüllöffnung in der Rückwand bzw. direkt am Tank hat diese Ausführung den Vorteil, dass die Flüssigkeit an einer zentralen und einfach zugänglichen Stelle eingefüllt werden kann. So könnte beispielsweise eine Einfüllöffnung im Bereich zwischen Rad und Beleuchtungsvorrichtung (d) schwer zugänglich sein, da diese im Wachstumsbereich der Pflanzen liegen würde. Auch eine seitliche Einfüllöffnung ist denkbar, jedoch ebenfalls schwieriger zugänglich und kann bei Wandmontage von seitlichen Objekten wie z.B. Schränken oder Wänden blockiert werden.
Die Öffnung des Tankeinfüllstutzens ist vorzugsweise durch eine frontale Abdeckung der Leuchte (d4) verdeckt, um z.B. vor Streulicht und Staub zu schützen. Die Abdeckung kann in dieser Ausführung beispielsweise mit einem Scharnier so gelagert sein, dass diese zur Seite hin aufklappbar ist.
Unterhalb des Zulaufes in den Tank kann sich eine Öffnung im Tank befinden, welche als Überlauf (c14) dient. Diese kann als Teil der Einfüllöffnung oder als separate Öffnung ausgeführt sein und so angeordnet sein, dass überlaufende Flüssigkeit so an der Tankwand hinabgeleitet wird, dass diese im Rad aufgefangen wird. Dadurch kann ein Abtropfen bzw. Herauslaufen von zu viel eingefüllter Flüssigkeit aus der Vorrichtung, z.B. auf Boden oder Wand, vermieden werden.
Vorzugsweise werden alle Sensoren und Aktoren im System sowie die Strahlungsquelle (d) und der Antrieb (c1) durch eine zentrale Steuereinheit gesteuert, beispielsweise durch einen Mikrocontroller oder eingebetteten Computer. Teile der Prozesssteuerung können durch externe Berechnungen und Aktionen ergänzt werden, bzw. auf Servern im Internet erfolgen. Dazu verfügt die Steuerung der Vorrichtung vorzugsweise dauerhaft oder zeitweise über eine aktive Internetverbindung.
Um die Datenlage für eine genaue Auswertung des Wachstums der Pflanzen zu ergänzen, können außerdem verschiedene Umgebungsbedingungen wie z.B. Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Luftdruck, Sonnenlichteinstrahlung auf die Vorrichtung, etc. sensorisch gemessen und verarbeitet werden.
Durch das rotierende System können Sensormessungen für jede einzelne Pflanze an einer einzigen Position, vorzugsweise der Nullposition (a3), stattfinden, zum Beispiel Größe und Masse der Pflanze, wobei nur eine einzige Bewegungsachse benötigt wird, um jede Pflanze zu erreichen.
Eine oder mehrere Kameras, bzw. ein oder mehrere Bildsensoren, können verwendet werden, um beispielsweise die Positionsbestimmung und Phänotypisierung, Wachstumsanalyse und Abschätzung der Biomasse der einzelnen Pflanzen innerhalb des Rades programmgesteuert zu erfassen. Diese eine oder mehrere Kameras werden vorzugsweise an der Strahlungsquelle (d) angebracht, vorzugsweise mit Bildwinkel in Richtung der Nullposition (a3). Durch fortlaufende Aufnahmen in regelmäßigen Zeitabständen kann das Pflanzenwachstum bis zur Erntereife kontrolliert werden. Außerdem kann über eine programmgesteuerte Bildanalyse und Ansteuerung des vorzugsweisen elektrischen Antriebs des Rades eine Feinjustierung gegenüber der Nullposition (a3) erfolgen. Des weiteren können regelmäßige Pflanzenaufnahmen auch zu Zeitrafferdarstellungen kombiniert werden, welche der Visualisierung und Analyse des Pflanzenwachstums dienen können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung verfügt vorzugsweise über mindestens eine Strahlungsquelle (d), die sich nahe der horizontalen Achse befindet, um die das Rad (a) rotiert. Die Strahlungsquelle (d) ist vorzugsweise an dem strukturellen Element (c) befestigt. Diese Strahlungsquelle (d) erzeugt die Strahlung vorzugsweise mittels energieeffizienter LEDs.
Die Strahlungsquelle bzw. Strahlungsquellen (d) können in mehrere separat ansteuerbare Segmente (d1) unterteilt sein und aus Modulen aufgebaut sein. Ein Segment oder Modul kann dabei aus einem oder mehreren Strahlungs-Emittern, wie z.B. LEDs bestehen. Vorzugsweise emittiert ein Segment in einem begrenzten Abstrahlwinkel auf genau die dem jeweiligen Segment zugewandte Aufnahme für Pflanzen (b). Dies kann beispielsweise über optische Linsen, Fresnelscheiben, Prismen oder Reflektoren gelöst werden. Der Abstrahlwinkel des Segments ist so ausgelegt, dass auch höher gewachsene Pflanzen im Emissions-Kegel liegen.
Die emittierte Strahlung jedes Segments ist vorzugsweise speziell für die Anzucht von Pflanzen optimiert. Dazu können beispielsweise LEDs in verschiedenen Farben als Emitter verwendet werden. Neben weißem Licht bzw. Breitspektrum-Strahlung kann monochromatisches Licht in mehreren verschiedenen Wellenlängen verwendet werden, welche nach Stand der Technik als für das Pflanzenwachstum besonders relevant angesehen werden (zum Beispiel blau, rot und infrarot).
Dabei können die verschiedenen monochromatischen Emitter, wie auch der weiße Emitter jedes Segments (d1), getrennt angesteuert und in der Leistung geregelt werden. Das Mischverhältnis der einzelnen Wellenlängen, also die spektrale Zusammensetzung, kann somit auf die Art und das Wachstumsstadium der Pflanze sowie auf die Umgebungsbedingungen abgestimmt werden. Die Zusammensetzung des Spektrums pro Pflanzensorte und Zeit wird im Folgenden auch als Lichtrezept (d2) bezeichnet.
Die Lichtrezepte (d2) werden aus erhobenen Daten ermittelt und programmgesteuert in dem jeweiligen Segment (d1), das der Pflanze zugewandt ist, eingestellt. Bei Rotation des Rades (a) und damit der Rotation der Pflanzen um die nicht mitrotierende Strahlungsquelle (d) kann das abgestimmte Spektrum jeweils erneut in dem dann der Pflanze zugewandten Segment (d1) eingestellt werden. So kann sichergestellt werden, dass die spektrale Zusammensetzung jederzeit für die jeweils dem Segment (d1) zugewandte Pflanze optimiert ist. Somit kann trotz Rotation für jede einzelne Pflanze ein an Sorten und Wachstum angepasster Bestrahlungszyklus von Aufzucht bis zur Ernte programmgesteuert ablaufen.
Zusätzlich zu individuellen Lichtrezepten (d2) können auch tageszeitabhängige, sonnenstandsabhängige, standortabhängige oder nutzersteuerbare Lichtzyklen verwendet werden, um eine angenehme Integration in den Wohnraum zu ermöglichen.
Die Vorrichtung kann zudem über eine Annäherungs-, Bewegungs- oder Präsenzerkennung verfügen, welche beispielsweise über einen PIR-Sensor, HF-Sensor oder eine Erkennung bestimmter Bluetooth- oder WiFi-Geräte in Funkreichweite realisiert ist. Eine entsprechende Präsenzerkennung kann beispielsweise verwendet werden, um das Licht bei Anwesenheit einer Person im Wohnraum auf ein Ambiente-Licht zu dimmen. Verschiedene Lichteinstellungen können beispielsweise über eine mit der Vorrichtung verbundene Smartphone-App konfiguriert werden.
In der vorzugsweisen Ausführung, mit einer Strahlungsquelle an zentraler Stelle, ist an dieser vorzugsweise mindestens ein elektrischer oder elektronischer Taster, Schalter, oder kapazitiver oder resistiver Touch-Sensor positioniert. Diese Positionierung ist für ein solches Eingabeelement besonders günstig, da sie sich weder an rotierenden Teilen wie dem Rad (a) befindet, noch durch Pflanzen oder Setzlinge verdeckt werden kann.
Die Vorderseite der Abdeckung der Leuchte (d4) kann als Schalter fungieren, indem diese beispielsweise über ein Federblech einen Schalter betätigt oder als Elektrode(n) eines kapazitiven Touch-Sensors ausgeführt ist.
Über diesen Schalter bzw. Touch-Sensor können verschiedene Funktionen wie z.B. Anhalten/Fortsetzen der Rotation und/oder Flüssigkeitszufuhr, Anzeige des Tankfüllstands oder Umschalten der Lichteinstellung direkt an der Vorrichtung ausgeführt werden. Die Strahlungsquelle dient dabei nicht nur als Energiequelle für die Pflanzen, sondern auch als Ambiente-Licht sowie als Kommunikations-Schnittstelle zum User. So kann das Licht beispielsweise auch einen Fehler- oder Alarmzustand, wie z.B. einen leeren Tank signalisieren. In die Strahlungsquelle bzw. Leuchte ist vorzugsweise ein Temperatursensor integriert, um die Temperatur laufend zu überwachen und die LEDs bei zu hohen Temperaturen herunterzudimmen oder abzuschalten.
Die Vorrichtung verfügt weiterhin über eine zentrale Steuereinheit, über die beispielsweise die Sensoren und Aktoren in der Vorrichtung programmgesteuert angesteuert werden können oder Regelkreise realisiert werden können. Zudem kann die Steuereinheit externe Schnittstellen zu anderen Geräten bereitstellen. So kann diese beispielsweise eine Verbindung zu einem Cloud-Backend herstellen, sodass die Vorrichtung aus der Ferne gesteuert werden kann, Sensordaten kontinuierlich erfasst werden können („Monitoring“) sowie laufend Software-Updates oder neue Lichtrezepte bereitgestellt werden können. Eine Konfiguration, Überwachung und Steuerung der Vorrichtung kann auch über andere Drittanwendungen, wie z.B. eine Smartphone-App oder eine Web-Anwendung erfolgen.
Bezugszeichenliste

(a): Ringähnlicher Pflanzenträger („Rad“)
(a1): Reservoir
(a2): Flüssigkeit
(a3): Nullposition
(b): Aufnahmen für Pflanzen
(b1): Setzlinge bzw. Pflanzen
(b2): Halterung für Substrat
(b3): Abdeckfläche
(b4): Hohlraum für Wurzeln
(b5): halboffener Auffangbehälter
(b6): Ablaufspalt
(b7): Öffnung für Pflanzen
(b9): Wandung
(b10): Außenwandungen
(b11): angulare Seiten der Abdeckflächen
(b12): Trennwände
(b13): Antriebsspalt
(b14): ablaufende Flüssigkeit
(b15): aufgefangene Flüssigkeit
(c): Strukturelles Element zur Verbindung von Antrieb und Lagerung
(c1): Antrieb
(c2): elektrischer Motor
(c3): Lagerung
(c4): Rolle, vorzugsweise genutet
(c5): Stützrollen
(c6): ein oder mehrere Tanks
(c7): Schwimmerschalter
(c8): Zulauf
(c9): Ventil
(c10): Wandhalterung
(c11): Wandmontageplatte
(c12): Aufnahme für Montageplatte
(c13): Arretierstift
(c14): Überlauf
(d): Strahlungsquelle / Leuchte / Beleuchtungsvorrichtung
(d1): Segment
(d2): Lichtrezept
(d3): Tankeinfüllstutzen
(d4): Abdeckung der Leuchte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 3087828 B1 [0008]
US D760118 S [0008]
EP 292356181 [0010]
DE 10201810169783 [0014]
DE 102018101698 B3 [0014]
US 660432182 [0016]
DE 102005020243 B3 [0016]
US 10292346 B2 [0016]
US 20170055472 A1 [0020]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

VIRSILE, Akvile; OLLE, Margit; DUCHOVSKIS, Pavelas. LED lighting in horticulture. In: Light Emitting Diodes for Agriculture. Springer, Singapore, 2017. S. 113-147 [0013]

Claims

Vorrichtung zur Pflege von Pflanzen, insbesondere zur Aufzucht, Wässerung und Beleuchtung, gekennzeichnet durch: a. Einen ringähnlichen Pflanzenträger (a) i. ausgeführt als innen offener zylindrischer Hohlkörper mit zwei Deckflächen und einer äußeren Mantelfläche, wobei 1. mindestens eine der Deckflächen über mindestens eine Öffnung verfügt, welche vorzugsweise kreisförmig oder regelmäßig polygonal ausgeführt ist und 2. beide Deckflächen mit der Mantelfläche verbunden sind und 3. alle Flächen des Pflanzenträgers über Radien, Fasen oder Kurven auch fließend miteinander verbunden sein können, beispielsweise torusförmig, also mit kreisbogenförmigem Profil, ii. wobei der ringähnliche Pflanzenträger so aufrecht positioniert ist, dass der Teil unterhalb der Öffnung eine Flüssigkeit (a2) halten kann und somit als Reservoir (a1) verwendbar ist. b. Eine oder mehrere Aufnahmen für Pflanzen (b), die in der radialen Innenseite des Pflanzenträgers (a) angeordnet sind. c. Einen Antrieb (c1) und Lagerung (c3) für den ringähnlichen Pflanzenträger (a), sodass sich der Pflanzenträger mitsamt den Aufnahmen für Pflanzen (b) um eine horizontale oder nicht senkrechte, durch den Mittelpunkt des Pflanzenträgers verlaufende, gedachte oder mechanisch ausgeführte Achse drehen kann, wodurch die Aufnahmen für Pflanzen (b) mittels Drehung in eine in dem Pflanzenträger befindliche Flüssigkeit (a2) eingetaucht und aus dieser wieder herausgeholt werden können, wobei die Flüssigkeit durch die Schwerkraft bei einer Drehung des Pflanzenträgers (a) immer im unteren Bereich des Pflanzenträgers (a) verbleibt. d. Eine oder mehrere Strahlungsquellen (d), welche photosynthetisch aktive elektromagnetische Strahlung in Richtung einer oder mehrerer Aufnahmen für Pflanzen (b) emittieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Aufnahmen für Pflanzen (b) a. einzeln oder zu mehreren entnehmbar sind und b. über mindestens eine Abdeckfläche (b3) mit mindestens einer Öffnung für Pflanzen (b7) verfügen, welche den innen offenen Hohlkörper des ringähnlichen Pflanzenträgers mindestens teilweise abdeckt, bzw. verschließt und c. über mindestens eine Halterung für Substrat (b2) verfügen, welche vorzugsweise so positioniert ist, dass eingesetztes Substrat die Flüssigkeit in dem Reservoir (a1) im Laufe einer vollständigen Rotation des ringähnlichen Pflanzenträgers berührt bzw. in diese eingetaucht werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die über ein strukturelles Element (c) verfügt, welches eine dezentrale Lagerung und einen Antrieb trägt, welche über mindestens eine genutete Rolle (c4) verfügen, in welche der ringähnliche Pflanzenträger aus Anspruch 1 so eingehängt ist, dass eine oder mehrere Kanten des Trägers (a) in der oder den Nuten hängt. Dabei wird mindestens eine dieser Rollen direkt oder indirekt durch mindestens einen elektrischen Motor (c2) angetrieben, sodass diese Rolle bzw. Rollen durch einen Kraft-, Form- oder Reibschluss eine Rotation auf den ringähnlichen Pflanzenträger (a) übertragen.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abdeckflächen (b3) der Aufnahmen für Pflanzen (b) so ausgeformt sind, dass sie über einen halboffenen Auffangbehälter (b5) verfügen, sodass ablaufende Flüssigkeit (b14), beispielsweise aus Wurzeln oder Substrat, aufgefangen (b15) werden kann und wieder in das Reservoir (a1) im unteren Bereich des ringähnlichen Pflanzenträgers (a) abgegeben werden kann, wenn die Aufnahmen für Pflanzen (b) um eine horizontale oder nicht senkrechte Achse gedreht werden. Dieser halboffene Auffangbehälter ist vorzugsweise realisiert, indem: a. die Öffnungen für Pflanzen (b7) in den Abdeckflächen (b3) in Bezug auf den ringähnlichen Pflanzenträger (a) in Richtung der radialen Außenseiten, also in Richtung des Hohlkörpers des ringähnlichen Pflanzenträgers mit einer vorzugsweise verrundeten oder angeschrägten Wandung (b9) verlängert sind, wobei Wandung (b9) und Halterung für Substrat (b2) übereinander angeordnet, aber nicht direkt miteinander verbunden sind, sodass ein Ablaufspalt (b6) gegeben ist, sowie b. an die Abdeckflächen (b3) rundherum ebenfalls Außenwandungen (b10) angeschlossen sind, welche in Bezug auf den ringähnlichen Pflanzenträger (a) in etwa radial nach außen, also in Richtung des Hohlkörpers des ringähnlichen Pflanzenträgers verlaufen, welche i. ähnlich hoch sind wie die Wandungen der Öffnungen für Pflanzen und ii. deren Wandungen mindestens an den angularen Seiten (b11) der Abdeckflächen nach innen gekrümmt verlaufen, also in Richtung der Halterung für Pflanzsubstrat gekrümmt, das heißt in einem Winkel zwischen radial und tangential zum ringähnlichen Pflanzenträger.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den Aufnahmen für Pflanzen (b) oder im ringähnlichen Pflanzenträger (a) Trennwände (b12) zu den jeweils benachbarten Pflanzen vorhanden sind, welche das Wurzelwachstum zu diesen begrenzen, jedoch nicht vollständig abdichten, sodass ein Flüssigkeitsaustausch im Pflanzenträger weiterhin gegeben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche über eine Flüssigkeitszufuhr zur Speisung des Reservoirs im ringähnlichen Pflanzenträger verfügt. Das Reservoir wird vorzugsweise durch einen oder mehrere Tanks (c6), direkt oder indirekt, z.B. über eine oder mehrere Mischkammern, Schlauchleitungen und/oder über einen externen Wasseranschluss gespeist, vorzugsweise programmgesteuert über ein Ventil (c9) oder eine Pumpe. a. Vorzugsweise wird der Flüssigkeitsfüllstand des Reservoirs (a1) über eine Sensorik, beispielsweise einen Schwimmerschalter (c7) programmgesteuert geregelt. Diese kann auch redundant ausgelegt sein, um ein Überlaufen der Flüssigkeit bei Ausfall eines Sensors zu verhindern. b. Vorzugsweise verfügt jeder Tank (c6) über eine Messapparatur für eine Bestimmung des Füllstands, welche programmgesteuert ausgelesen werden kann.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das strukturelle Element (c) über mindestens eines der folgenden Merkmale verfügt: a. einen Hohlkörper, der als Tank (c6) nach Anspruch 6 genutzt werden kann. b. eine Wandhalterung (c10), welche in die Rückseite des strukturellen Elements integriert ist oder über zusätzliche Halterungsteile an dieses adaptiert wird.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Tank (c6), der über einen Einfüllstutzen (d3) zum Nachfüllen von Flüssigkeit verfügt, welcher in Bezug auf den ringähnlichen Pflanzenträger vorzugsweise zentral angeordnet und nach vorne herausgeführt ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strahlungsquelle bzw. Strahlungsquellen (d) mindestens eines der folgende Merkmale besitzen: a. eine Programmsteuerbarkeit der Ein- und Ausschaltzeit. b. eine Programmsteuerbarkeit der Wellenlängen und/oder Intensitäten. c. eine Programmsteuerbarkeit der Wellenlängen und/oder Intensitäten auch von einzelnen Teilen bzw. Segmenten der Strahlungsquelle bzw. Strahlungsquellen, wobei die Anzahl der Teile bzw. Segmente vorzugsweise der Anzahl der Aufnahmen für Pflanzen oder einem Vielfachen dieser entspricht.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, welche über folgende Merkmale verfügt, über die direkt oder indirekt eine Steuerung oder Regelung von mindestens Flüssigkeitszufuhr, Rotation oder Licht erfolgt: a. eine Annäherungs-, Bewegungs- oder Präsenzerkennung, beispielsweise per PIR-Sensor, HF-Sensor, Bluetooth oder WiFi. b. mindestens einen elektrischen oder elektronischen Taster, Schalter, oder kapazitiven oder resistiven Touch-Sensor, welcher vorzugsweise zentral in Bezug auf den ringähnlichen Pflanzenträger positioniert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer zentralen Steuereinheit, die mindestens über eines der folgenden Merkmale verfügt: a. eine Programmsteuerung von Sensoren und Aktoren. b. eine oder mehrere kabelgebundene oder drahtlose Schnittstellen zu externen Geräten oder Software-Anwendungen, beispielsweise Mobilgeräte-Apps, PC-Anwendungssoftware oder Cloud-Software.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rotationswinkel des ringähnlichen Pflanzenträgers programmgesteuert ausgelesen und/oder eingestellt werden kann. Dies kann beispielsweise durch einen Schrittmotor in Kombination mit einem Schalter, Magnetkontakt oder einer Lichtschranke erfolgen, wobei diese mindestens bei jeder vollständigen Umdrehung des ringähnlichen Pflanzenträgers mechanisch, magnetisch oder optisch auslösen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Aufnahmen für Pflanzen im ringähnlichen Pflanzenträger über mindestens eines der folgenden Merkmale arretierbar sind: a. Der ringähnliche Pflanzenträger verfügt an der oder den Öffnungen der Deckflächen über einen oder mehrere Hinterschnitte, die als Kante oder mehrere Kanten ausgebildet sind, in welche die Aufnahmen für Pflanzen mittels an diese angeschlossene Haken, Hebel, Schieber oder Federn arretiert werden können. b. Der ringähnliche Pflanzenträger verfügt in mindestens einer der Deckflächen über konzentrisch auf dieser angeordnete oder umlaufende Ausbuchtungen bzw. Kavitäten, in welche die Aufnahmen für Pflanzen mittels an diese angeschlossene Haken, Hebel, Schieber oder Federn arretiert werden können. c. Der ringähnliche Pflanzenträger verfügt über konzentrisch angeordnete Haken, Hebel, Schieber oder Federn, mit welchen die Aufnahmen für Pflanzen durch Einhaken, Umlegen eines Hebels, Einschieben oder durch Haftreibung arretiert werden können.