DE102022124658A1 - Vorrichtung zur Anzucht und Aufzucht von Pflanzen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anzucht und Aufzucht von Pflanzen, insbesondere eine automatisierte Vorrichtung zur Aufzucht verschiedenster Arten von angezüchteten Pflanzen unter Verwendung eines Aeroponics-Verfahrens.Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufzucht von Pflanzen (P) umfasst ein Aufzuchtpanel (10) mit einer Vielzahl von Öffnungen (12) zum Einsetzen von Pflanzen (P), wobei das Aufzuchtpanel (10) eine Sprossseite (S) und eine Wurzelseite (W) für die Pflanzen (P) aufweist; ein Fördersystem (20) zum Transport des Aufzuchtpanels (10) entlang eines Aufzuchtpfades (A); ein aeroponisches Sprühsystem (30), dazu eingerichtet, das Aufzuchtpanel (10) auf der Wurzelseite (W) mit einer Nährstofflösung (NSL) zu versorgen, wobei das Aufzuchtpanel (10) und das Fördersystem (20) ausgebildet sind, ein Besprühen oder Kontaminieren der Sprossseite (S) mit der Nährstofflösung (NSL) zu verhindern; ein Beleuchtungssystem (40), dazu eingerichtet, das Aufzuchtpanel (10) auf der Sprossseite (S) zu beleuchten, wobei das Aufzuchtpanel (10) und das Fördersystem (20) ausgebildet sind, ein Beleuchten der Wurzelseite (W) zu verhindern; wobei das aeroponische Sprühsystem (30) und das Beleuchtungssystem (20) als feststehende Komponenten entlang des Aufzuchtpfades (A) angeordnet sind und das Aufzuchtpanel (10) durch das Fördersystem (20) an diesen vorbeitransportiert wird.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anzucht und Aufzucht von Pflanzen, insbesondere ein automatisierte Vorrichtung zur Aufzucht verschiedenster Arten von angezüchteten Pflanzen unter Verwendung eines Aeroponics-Verfahrens.
• Stand der Technik
• Das Grundprinzip des aeroponischen Anbaus besteht darin, Pflanzen hängend in einer geschlossenen oder halbgeschlossenen Umgebung zu züchten, indem die herabhängenden Wurzeln und der untere Stängel der Pflanze mit einer zerstäubten oder versprühten, nährstoffreichen Wasserlösung besprüht werden (R.J. Stoner and J.M. Clawson, „A High Performance, Gravity Insensitive, Enclosed Aeroponic System for Food Production in Space“; Principal Investigator, NASA SBIR NAS10-98030 (1997-1998)). Es werden somit weder Erde oder ein Nährboden für die Aufzucht benötigt und die Wurzeln der Pflanzen können passend zum jeweiligen Entwicklungsstand unmittelbar mit Nährstoffen und der benötigten Menge an Feuchtigkeit versorgt werden. Aeroponische Anbauverfahren sind daher ideal für eine Aufzucht auch unter schwierigen Bedingungen geeignet, etwa wenn kein nährstoffreicher und fruchtbarer Boden für eine konventionelle Aufzucht zur Verfügung steht. Damit bieten sich solche Aufzuchtverfahren auch für neuartige Pflanzkonzepte wie etwa die vertikale Landwirtschaft (engl. „vertical farming“) an, bei der zur optimalen Raumnutzung bei einem begrenztem Platzangebot anstatt herkömmlicher zweidimensionaler Anbauflächen dreidimensionale Anbauvolumen genutzt werden können.
• Es existieren bereits eine ganze Vielzahl unterschiedlicher Vertical-Farming-Systeme auf dem Markt. Die US 2018/014471 A1 beschreibt hierzu beispielsweise ein geschlossenes System aus langen Kammern, die während des Aufzuchtprozesses weitertransportiert werden. Aus der US 2017/142912 A1 sind bewegliche Panels mit integrierter Sprüheinrichtung zum Anbau von Pflanzen bekannt. Die beiden hier nur beispielhaft genannten Vertical-Farming-Systeme sind jedoch sehr komplex aufgebaut und verursachen relative hohe Kosten sowohl zu ihrer Herstellung als auch im laufenden Betrieb, so dass insbesondere für eine Anwendung aeroponischen Aufzuchtsysteme in Entwicklungs- und Schwellenländer deren Komplexität verringert und diese somit vor allem für den Massenmarkt tauglich gemacht werden müssen.
• Offenbarung der Erfindung
• Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Anzucht und Aufzucht von Pflanzen bereitzustellen, welche einen besonders kompakten und einfachen Aufbau gegenüber dem Stand der Technik aufweist und zu einem verbesserten Aufzuchtergebnis führt.
• Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufzucht von Pflanzen, umfassend ein Aufzuchtpanel mit einer Vielzahl von Öffnungen zum Einsetzen von Pflanzen, wobei das Aufzuchtpanel eine Sprossseite und eine Wurzelseite für die Pflanzen aufweist; ein Fördersystem zum Transport des Aufzuchtpanels entlang eines Aufzuchtpfades; ein aeroponisches Sprühsystem, dazu eingerichtet, das Aufzuchtpanel auf der Wurzelseite mit einer Nährstofflösung zu versorgen, wobei das Aufzuchtpanel und das Fördersystem ausgebildet sind, ein Besprühen oder Kontaminieren der Sprossseite mit der Nährstofflösung zu verhindern; ein Beleuchtungssystem, dazu eingerichtet, das Aufzuchtpanel auf der Sprossseite zu beleuchten, wobei das Aufzuchtpanel und das Fördersystem ausgebildet sind, ein Beleuchten der Wurzelseite zu verhindern; wobei das aeroponische Sprühsystem und das Beleuchtungssystem als feststehende Komponenten entlang des Aufzuchtpfades angeordnet sind und das Aufzuchtpanel durch das Fördersystem an diesen vorbeitransportiert wird.
• Bei einem Aufzuchtpanel (auch als Aufzuchtplatte oder Aufzuchtflächenelement bezeichnet) kann es sich insbesondere um eine im Wesentlichen flächig ausgebildete Struktur handeln. Eine solche Struktur weist hierbei eine entsprechende Vorder- und eine Rückseite auf. Das Aufzuchtpanel weist eine Vielzahl von Öffnungen zum Einsetzen von Pflanzen auf, wobei die Pflanzen jeweils mit den Wurzeln in eine Richtung eingesetzt werden können. Entsprechend wird diejenige Seite, an der sich die Wurzeln befinden, als Wurzelseite und diejenige Seite, an der sich die Sprossen befinden als Sprossseite bezeichnet. Mit anderen Worten, auf der Sprossseite des Aufzuchtpanels sollen sich bestimmungsgemäß der Hauptteil der Sprossachse und die Blätter der Pflanze befinden, während sich auf der Wurzelseite der Hauptteil der Wurzel der Pflanze befinden soll. Bevorzugt kann das Aufzuchtpanel aus einem stoffbespannten Rahmen bestehen, wobei die Pflanzen in Öffnungen des Spannstoffes eingesetzt oder unmittelbar darin eingepflanzt werden.
• Die Öffnungen können zu beiden Seiten asymmetrisch ausgebildet sein, so dass die Wurzelseite und die Sprossseite des Aufzuchtpanels auch ohne eingesetzte Pflanzen aufgrund der Form unterschieden werden können. Die Aufzuchtpanels können als ebene Struktur oder mit einer form- und stabilitätsgebenden Geometrie ausgebildet sein, jedoch eine im Wesentlichen flächige Erscheinungsform besitzen. Das Aufzuchtpanel kann vorzugsweise aus Kunststoff, Metall, oder einem anderen wasser- und/oder feuchtigkeitsbeständigen Material ausgebildet sein.
• Bevorzugt sind die Öffnungen vertikal zu einer Oberfläche des Aufzuchtpanels oder an einer gewinkelten Geometriefläche des Aufzuchtpanels befindlich angeordnet, wobei der Anordnungswinkel mindestens 30°, bevorzugt 45° und höchstens 60° beträgt. Die Öffnungen können in einer runden, ovalen, oder schlitzartigen Geometrie ausgestaltet sein.
• Als Aufzuchtpfad wird die durch das Fördersystem innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgegebene Trajektorie eines vom Fördersystem transportierten Aufzuchtpanels bezeichnet. Die Aufzuchtpanels können frei schwingend oder starr an dem Fördersystem befestigt sein. Bevorzugt kann das Fördersystem an einem Traversensystem als Halterung angeordnet sein. Das Traversensystem kann auch als auch Halterung für das Sprüh- und Beleuchtungssystem genutzt werden.
• Das aeroponische Sprühsystem kann eine Vielzahl von einzelnen Sprüheinrichtungen entlang des Aufzuchtpfades umfassen. Vorzugsweise werden durch das Sprühsystem Tröpfchen der Nährstofflösung mit der Größe von 20-200 µm erzeugt. Eine Erzeugung der Tröpfchen kann dabei bevorzugt durch eine Vernebelung von der unter Druck stehenden Flüssigkeit oder durch eine Vernebelung mittels Druckluft erfolgen. Die Sprühparameter an verschiedenen Abschnitten der Vorrichtung können somit unterschiedlich geregelt bzw. eingestellt werden. Die Sprüheinrichtungen können die Nährstofflösung vorzugsweise in elektronisch oder mechanisch gesteuerten Intervallen versprühen. Der Begriff Nährstofflösung wird im Rahmen dieser Anmeldung als generischer Sammelbegriff für eine flüssigkeitsbasierte Versorgung der Pflanzen verwendet. Insbesondere soll darunter auch das reine Lösungsmittel für die Lösung von Nährstoffen ohne eine zusätzliche Nährstoffbeigabe verstanden werden. Insofern soll im Rahmen dieser Anmeldung also beispielsweise auch reines oder destilliertes Wasser als Nährstofflösung mit einem verschwindenden Nährstoffgehalt verstanden werden.
• Das Beleuchtungssystem kann bevorzugt aus horizontal oder vertikal angeordneten Beleuchtungselementen, insbesondere von einzelnen LED-Leuchtelementen, erfolgen. Die Hauptbeleuchtungsrichtung des Beleuchtungssystems sollte dabei vorzugsweise unmittelbar auf die Sprossseite der Pflanzen ausgerichtet sein. Die Beleuchtungsparameter an verschiedenen Abschnitten der Vorrichtung können somit unterschiedlich geregelt bzw. eingestellt werden.
• Das Aufzuchtpanel und das Fördersystem sind ausgebildet, ein Besprühen oder Kontaminieren der Sprossseite mit der Nährstofflösung aus dem aeroponischen Sprühsystem zu verhindern. Ein Übertrag der Flüssigkeit in die Sprosszone soll dadurch verhindert werden. Bei dem Aufzuchtpanel können beispielsweise die Öffnungen derart ausgebildet sein, dass diese schräg innerhalb des Aufzuchtpanels angeordnet sind, so dass der Rand der Öffnungen als Blende dienen kann. Die Öffnungen können auch eine Dichtung im Bereich der Pflanzendurchführung aufweisen, welche einen Flüssigkeitsdurchtritt verhindert. Das Fördersystem kann eine entsprechende Abdichtung um das transportierte Aufzuchtpanel herum aufweisen.
• Das Aufzuchtpanel und das Fördersystem sind weiterhin ausgebildet, ein Beleuchten der Wurzelseite durch das Beleuchtungssystem zu verhindern. Dies kann im Prinzip ebenfalls durch die voranstehend rein beispielhaft aufgeführten Mittel zur Verhinderung eines Übertrags der Flüssigkeit in die Sprosszone erfolgen. Ein weiteres Beispiel ist die Integration eines optischen Filterelements zum Herausfiltern der Beleuchtungsstrahlung sowohl in den Öffnungen des Aufzuchtpanels als auch innerhalb des Fördersystems.
• Das aeroponische Sprühsystem und das Beleuchtungssystem sind als feststehende Komponenten entlang des Aufzuchtpfades angeordnet. Das Aufzuchtpanel wird durch das Fördersystem an diesen vorbeitransportiert. Dies hat gegenüber den im Stand der Technik beschriebenen Aufzuchtsystemen den Vorteil, dass das Aufzuchtpanel keinerlei aktive technische Komponenten umfasst und als preisgünstiges passives Element einfach in die Vorrichtung eingesetzt bzw. darin ersetzt werden kann. Zudem müssen das aeroponische Sprühsystem und das Beleuchtungssystem nicht mit bewegt werden, was die Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung wesentlich vereinfacht und zu einem kompakteren Systemaufbau führt.
• Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin eine Steuerungseinrichtung, dazu eingerichtet, Steuerungsparameter des aeroponisches Sprühsystems und/oder des Beleuchtungssystems abhängig von der Position des Aufzuchtpanels entlang des Aufzuchtpfades anzupassen. Steuerungsparameter des aeroponischen Sprühsystems können dabei insbesondere die Zusammensetzung der Nährstofflösung und/oder Variablen zur Menge der Nährstofflösung und zur Zeitsteuerung des aeroponischen Sprühsystems sein. Mögliche Steuerungsparameter des Beleuchtungssystems können die Beleuchtungsstärke, eine Zeitsteuerung, das abgegebene Lichtspektrum und/oder eine Einstrahlrichtung sein. Die Steuerungseinrichtung kann neben den aufgeführten Steuerungsoptionen auch zur Durchführung weiter Steuerungsaufgaben ausgebildet sein. Insbesondere kann die Steuerungseinrichtung auch die Steuerung des Fördersystems, d. h. zur Steuerung des Transports des Aufzuchtpanels durch die Vorrichtung, übernehmen. Die Steuerungseinrichtung kann eine Steuerung vorzugsweise auf Basis individueller, bevorzugt in ein Computernetzwerk eingebundener, weiterer Steuerungs- und Messgeräte vornehmen.
• Bevorzugt ist der Aufzuchtpfad geschlossen, vorzugsweise mäanderförmig oder spiralartig auslaufend, ausgebildet. Ein geschlossener Aufzuchtpfad hat den Vorteil, dass gemeinsame Positionen zum Einbringen und zur Entnehmen der Pflanzen vorgesehen sein können. Es können somit in einem Arbeitsschritt aufgezogene Pflanzen entnommen und zur Aufzucht vorgesehene angezüchtete Pflanzen eingesetzt werden. Ein mäandrierender Aufzuchtpfad kann dabei besonderes kompakt und raumnutzend realisiert werden. Bei einem spiralartig auslaufenden Aufzuchtpfad kann es sich insbesondere um eine konzentrische Anordnung aus miteinander verbundenen Kreisringabschnitte mit zunehmenden Radius und einer radialen Zuführung zum Zentrum der Kreisstruktur handeln. Das Ziel ist hierbei stets eine optimale Anpassung an eine bestimmte verfügbare Raumgeometrie.
• Vorzugsweise weist das Aufzuchtpanel bei einer bestimmungsgemäßen Anordnung innerhalb des Fördersystems mindestens ein senkrecht zum Aufzuchtpfad ausgerichtetes flexibles Biegeelement zur vereinfachten Passage von Kurvenabschnitten entlang des Aufzuchtpfades auf. Bei einem Biegeelement kann es sich beispielsweise um eine Gummiverbindung zwischen zwei aneinander grenzende Abschnitte eines ansonsten starr und verwindungssteif ausgebildeten Aufzuchtpanels handeln.
• Vorzugsweise ist das Aufzuchtpanel modular aus mehreren miteinander verbindbaren Einzelelementen zusammengesetzt. Dies ermöglicht insbesondere eine einfache Anpassung der Größe des Aufzuchtpanels. Weiterhin können dadurch auch unterschiedliche Ausführungsformen, beispielsweise hinsichtlich der Größe und Anordnung der Öffnungen variabel miteinander kombiniert werden. Die Einzelelemente bilden dann in einem Verbund ein Aufzuchtpanel als Gesamtelement aus.
• Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin ein Ablauf- und/oder Recyclingsystem, dazu eingereicht, überschüssige Nährstofflösung von der besprühten Wurzelseite des Aufzuchtpanels aufzufangen. Durch das Ablauf- und/oder Recyclingsystem kann sichergestellt werden, dass es zu keiner Ansammlung und unbeabsichtigter Verteilung von Nährstofflösung innerhalb der Vorrichtung kommt. Ein Recyclingsystem hat dabei den Vorteil, dass die Nährstofflösung zum Besprühen wiederverwendet werden kann, wodurch ein besonders effizienter und ressourcenschonender Betrieb der Vorrichtung erreicht werden kann.
• Das Ablauf- und/oder Recyclingsystem kann überschüssige Flüssigkeit auf der Sprühseite bevorzugt dadurch auffangen, dass sich unterhalb der Sprühseite ein Ablaufkanal befindet, wobei dessen Oberkante in etwa auf Höhe der Unterkante des in die Vorrichtung bestimmungsgemäß angeordneten Aufzuchtpanels angeordnet ist. Der Ablaufkanal kann mit zunehmender Entfernung vom Aufzuchtpanel abgesenkt ausgebildet sein, was zu einer Ansammlung von Flüssigkeit im Absenkbereich führt. Der Ablaufkanal kann zudem in einer Achse parallel zum Aufzuchtpfad ein seitliches Gefälle aufweisen.
• Vorzugsweise sind zumindest einige der Öffnungen des Aufzuchtpanels zum direkten Einstecken von Pflanzen ausgebildet. Insbesondere können die Öffnungen mit fest verbauten Elementen ausgestattet sein, die ein schonendes Einklemmen von Keimlingen ermöglichen. Nachdem beispielsweise Samen angezüchtet wurden und sich bereits erste Wurzeln ausgebildet haben, können die Jungpflanzen jeweils händisch oder maschinell in die Öffnungen des Aufzuchtpanels eingesteckt werden. Das so bestückte Aufzuchtpanel kann anschließend in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt und mit dem Fördersystem verbunden werden. Die Öffnungen können dabei vorzugsweise trichterförmig ausgebildet sein, wobei die Wurzeln durch das engere Ende austreten sollen.
• Vorzugsweise weisen zumindest einige der Öffnungen des Aufzuchtpanels Halterungen zur Aufnahme von Pflanzeinsätzen auf. Im Gegensatz zu einem direkten Einstecken von Pflanzen in die Öffnungen des Aufzuchtpanels bietet die Verwendung von Pflanzeinsätzen den Vorteil, dass die Pflanzen mit den Pflanzeinsätzen in das Aufzuchtpanel eingesetzt und auch wieder aus diesem entfernt werden können. Dadurch wird die Handhabung der Pflanzen vereinfacht. Die Halterungen können bevorzugt aus Kunststoff, Metall, oder einem anderen wasser- und/oder feuchtigkeitsbeständigen Material ausgebildet sein.
• Vorzugsweise sind die Pflanzeinsätze als trichterförmige Pflanzgefäße bzw. mit einer trichterförmigen Geometrie ausgebildet. Die Pflanzeinsätze können über einen Haken zur kippfreien Arretierung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verfügen. Bevorzugt ist, dass ein Einsetzen in das Aufzuchtpanel der Vorrichtung nach der Anzucht einer Pflanze ab dem Durchdringen einer Wurzel der Pflanze an einem Ende des Pflanzgefäßes erfolgt. Eine trichterförmige Ausbildung ermöglicht ein einfaches Bestücken der Pflanzgefäße, wobei die Wurzeln durch das engere Ende austreten sollen. Insbesondere sollen die Wurzeln der darin wachsenden Pflanzen weiter in die Wurzelseite ragen können, wobei durch die Geometrie des Pflanzgefäßes ein Abstand der Wurzeln vom Aufzuchtpanel gewährleistet werden kann.
• Vorzugsweise sind die Pflanzeinsätze zur Anzucht mit einer Agarlösung aus mindestens 0,5 %, bevorzugt 1 % bis 3 %, als Pflanzsubstrat befüllt. Die Substratlösung kann hauptsächlich aus Wasser bzw. destilliertem Wasser bestehen und ist bevorzugt mit Pflanzennährstoffen, Salzen und/oder Phytohormonen angereichert. Der Pflanzeneinsatz kann somit sowohl zur Anzucht als auch zur Aufzucht der Pflanzen verwendet werden. Dadurch können die notwendigen Arbeitsschritte bei der Bereitstellung und Bestückung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Pflanzen reduziert und insgesamt der Aufzuchtprozess vereinfacht werden. Vorzugsweise werden auf die Pflanzeinsätze Saatgut oder aus einer Stammlösung herangezüchtete Kalli ausgebracht. Eine Anzucht von Pflanzen kann bevorzugt auch durch Ausdifferenzierung mittels Phytohormonen erfolgen.
• Vorzugsweise handelt es sich bei dem Fördersystem um ein Hängefördersystem, dazu ausgebildet, das Aufzuchtpanel mit einem Fahrschlitten entlang einer dem Aufzuchtpfad folgenden Führungsschiene zu transportieren. Das Aufzuchtpanel kann dabei vorzugsweise in den Fahrschlitten an Haken oder ähnlichem eingehängt werden.
• Vorzugsweise ist das Fördersystem zum Transport von mindestens zwei hintereinander angeordneten Aufzuchtpanels eingerichtet. Besonderes bevorzugt sind entlang des gesamten Aufzuchtpfades eine Vielzahl von Aufzuchtpanelen hintereinander angeordnet. Der Transport der Aufzuchtpanels kann dabei insbesondere derart eingestellt sein, dass die Aufzucht nach einem oder mehreren Umläufen entlang eines geschlossenen Aufzuchtpfades beendet ist und die fertig aufgezogenen Pflanzen bzw. die zugehörigen Pflanzeinsätze unmittelbar entnommen werden können.
• Vorzugsweise werden die Aufzuchtpanels durch das Fördersystem mit gleichbleibendem Abstand und einheitlicher Geschwindigkeit entlang des Aufzuchtpfades transportiert. Da das Sprühsystem und das Beleuchtungssystem ortsfest fixiert sind, so dass der Transport der Aufzuchtpanels von diesen unabhängig ist, werden die Aufzuchtpanels an den jeweiligen Sprüh- und Beleuchtungselementen in einer gleichbleibenden Geschwindigkeit vorbeigeführt.
• Vorzugsweise sind jeweils unmittelbar hintereinander angeordnete Aufzuchtpanels über Verbindungselemente miteinander verbindbar, wobei die Verbindungselemente ausgebildet sind, ein Besprühen oder Kontaminieren der Sprossseite der Aufzuchtpanels mit der Nährstofflösung und ein Beleuchten der Wurzelseite der Aufzuchtpanels zu verhindern. Die Verbindungselemente können dabei den obenstehend bereits beschriebenen Schutzmechanismen beim Aufzuchtpanel und dem Fördersystem entsprechen. Insbesondere können die Aufzuchtpanels durch die Verbindungselemente an ihren jeweils gegenüberliegenden vertikalen Seitenkanten miteinander verbunden sein, wobei diese Verbindung scharnierartig um eine vertikale Achse beweglich ist, wodurch die Aufzuchtpanele in einem variablen Winkel zueinander beweglich sein sollen. Bevorzugt kann dabei durch die Verbindung an den vertikalen Seitenkanten eine Kraftübertragung zwischen verbundenen Aufzuchtpanelen erfolgen. Die Anzahl der Antriebe im Fördersystem kann durch eine entsprechende Mitnahme miteinander verbundener Aufzuchtpanele reduziert werden.
• Erfindungsgemäß wird somit insbesondere eine automatisierte Vorrichtung zur Anzucht und Aufzucht von Pflanzen unter Verwendung des Aeroponics-Verfahrens, insbesondere eine automatisierte Vorrichtung zur Aufzucht verschiedenster Arten von Pflanzen, das über statische Einrichtungen zum automatisierten Besprühen der Wurzeln verfügt, sowie einer statischen Beleuchtungsanlage, einem Hängeförderer zum Weitertransport von Aufzuchtpanels, sowie sich in Bewegung befindlichen Aufzuchtpanels, in denen mittels Pflanzeinsätzen Pflanzen zur Aufzucht eingesteckt werden können, bereitgestellt.
• Die Vorrichtung hat die Aufgabe, Pflanzen während der Aufzucht mit Licht, Wasser und notwendigen Nährstoffen zu versorgen, und diese dabei entlang eines vorgegebenen Aufzuchtpfades zu transportieren. Der Weitertransport geschieht bevorzugt durch einen Hängeförderer im Fließbandprinzip, wobei Jungpflanzen bei einem geschlossenen Aufzuchtpfad (d. h. die Aufzuchtpanels werden in einem geschlossenen Kreislauf wieder an den Anfang des Systems zurücktransportiert) am Beginn des Systems eingesetzt werden können, und, aufgrund einer bevorzugt gleichmäßigen und an die Wachstumszeit der Pflanzen angepassten Fördergeschwindigkeit, die ausgewachsene Pflanzen an einer anderen Stelle (dem Ende der Vorrichtung) geerntet werden können.
• Durch die damit statischen Punkte zum Einbringen und Entnehmen der Pflanzen, sowie eine platzsparende Bauweise der Vorrichtung, kann ein erhöhter Ertrag pro Grundfläche, sowie durch optimierte Aufzuchtbedingungen ein schnelleres Pflanzenwachstum erreicht werden.
• Eine besonders hohe Wirtschaftlichkeit kann erreicht werden, indem die Aufzuchtpanels eingesetzt werden, die eine Aufzucht der Pflanzen unter konstantem Weitertransport ermöglichen, ohne dass durch die Aufzuchtpanels Wasser, Nährstofflösung, Dampf, oder andere Medien zur Bewässerung der Pflanzen transportiert werden müssen. Stattdessen befindet sich das aeroponische Sprühsystem fixiert auf der Wurzelseite der Aufzuchtpanels, und bewegt sich also nicht mit den Aufzuchtpanelen mit. Die Aufzuchtpanele sind daher nicht wie im Stand der Technik mit dem Sprühsystem verbunden.
• Aufgrund des Transports der Aufzuchtpanele vorbei am Sprühsystem wird ermöglicht, dass eine Variation von Nährstofflösung und Variablen zur Menge und Zeitsteuerung, etc. über den Aufzuchtzyklus der Pflanzen hinweg möglich ist, die für alle in der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgezogenen Pflanzen gleich ist: Die Steuerung der einzelnen Sprüheinrichtungen des Sprühsystems bleibt beständig, kann jedoch für jede der Sprüheinrichtung unterschiedlich sein. Dadurch, dass sich die Aufzuchtpanele weiterbewegen, kann insbesondere gewährleistet werden, dass alle Pflanzen über den Aufzuchtzyklus hinweg die gleichen Veränderungen erfahren.
• Analog gilt dasselbe auch für das Beleuchtungssystem, bei dem insbesondere die Beleuchtungsstärke, die Zeitsteuerung, das abgegebene Lichtspektrum und/oder Richtung verändert werden können.
• Ein technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass somit ausschließlich das Gewicht der Pflanzen und der Aufzuchtpanels durch die Vorrichtung weitertransportiert werden muss, und somit die benötigte Energie zum Transport gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen reduziert wird. Zudem wird die technische Komplexität reduziert und ein geringerer Materialverbrauch erreicht.
• Es findet erfindungsgemäß eine Trennung von Wurzel- und Sprosszone statt. Durch diese physische Trennung kann verhindert werden, dass Licht von der beleuchteten Sprosszone in die unbeleuchtete Wurzelzone gelangt. Dies kann das Wachstum von unerwünschten Algen und Mikroorganismen einschränken.
• Die Aufzuchtpanele besitzen Öffnungen, in denen die Pflanzen beispielsweise mithilfe von Pflanzeinsätzen eingesteckt werden können. Dies hat zum Vorteil, dass eine weitgehend substratfreie Aufzucht ermöglicht wird, also keine Erde, Steinwolle, oder andere Substrate zum Einsatz kommen müssen. Dadurch ist eine günstigere und ressourcenschonendere Aufzucht möglich. Bevorzugt wird lediglich Nähragar in den Pflanzeinsätzen verfüllt und in der Anzuchtphase der Pflanzen eingesetzt. Dieser kann ausgewaschen werden bzw. baut sich natürlich ab, und ist während der späteren Aufzuchtphase innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht mehr von großer Relevanz. Eine Anzucht von Keimlingen in einem Agarsubstrat kann beispielsweise durch das Ausbringen von Saatgut auf die Oberfläche oder durch Einstecken in das Agarsubstrat bzw. das Ausbringen der undifferenzierten Kalli erfolgen.
• Die Öffnungen der Aufzuchtpanele können versetzt voneinander angeordnet sein (optimierte Kreispackung), um eine höhere Packungsdichte für die Pflanzen zu erreichen. Die Öffnungen können dabei bevorzugt als runde, pastillen- oder schlitzförmige Öffnungen ausgebildet sein.
• Bei einer Ausbildung des Fördersystems als Hängefördersystem können die Aufzuchtpanele bevorzugt über Haken oder ähnliches an dem Hängefördersystem angeordnet werden. Dies hat den Vorteil einer einfachen Installation der Aufzuchtpanele.
• Die Aufzuchtpanele können mit Geometrien ausgestattet sein, um eine höhere Steifigkeit zu gewährleisten. Weiterhin können diese an den Kanten über Verbindungselemente verfügen, die eine Verbindung der einzelnen Aufzuchtpanele ermöglicht. Damit kann erreicht werden, dass die physische Trennung zwischen Wurzel- und Sprossseite auch an den Verbindungsstellen zwischen den Aufzuchtpanelen aufrechterhalten werden kann. Die Aufzuchtpanele können in ihrer Breite und Ausbildung variieren. Die Aufzuchtpanele können bevorzugt mindestens einen eingebrachten, vertikalen Falz als flexibles Biegeelement aufweisen. Dies ermöglicht einen einfacheren Transport der Panels in Kurvenbereichen und kleinere Kurvendurchmesser, was einer kompakten Bauweise der Anlage zuträglich ist. Zudem kann so die Anzahl der zur Verbindung mit dem Hängefördersystem benötigten Schlitten reduziert werden.
• Die besonderen Vorteile der Erfindung gegenüber dem bekannten Stand der Technik sind somit eine konsequente Umsetzung des Fließbandprinzips bei der Aufzucht von Pflanzen, wobei eine besonders hohe Effizienz erreicht werden kann, ein geringeres Transportgewicht gegenüber wasserführenden Systemen, wodurch eine Reduzierung der technischen Komplexität, des Materialverbrauchs, der Kosten, des Energieverbrauchs, sowie eine einfachere Ernte und Instandhaltung erreicht werden können. Es kann eine Anordnung mehrerer Pflanzen bei optimierter Packungsdichte umgesetzt werden, wodurch ein höherer Ertrag pro Fläche und geringerer Overhead von Material erreicht werden kann. Zudem lässt sich ein geringerer Materialverbrauch durch in die Aufzuchtpanele direkt eingebrachte Geometrien erzielen, wodurch eine höhere Steifigkeit bei geringem Materialverbrauch erreicht werden kann.
• Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den in den jeweiligen Unteransprüchen genannten Merkmalen.
• Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
• Im Folgenden sind weitere konkrete Ausgestaltungen der einzelnen Elemente der Vorrichtung sowie des zugehörigen Anzucht- und Aufzuchtverfahrens aufgeführt.
• Pflanzeinsätze
• Die Pflanzeinsätze können vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere Polypropylen, ausgebildet sein. Um Durchdringen von Licht zu verhindern, sind dabei insbesondere dunkel und lichtdicht eingefärbte Materialien bevorzugt. Es können jedoch auch verschiedene Materialien miteinander kombiniert werden. Besonders bevorzugt sind weiterhin biologisch abbaubare oder die zumindest teilweise Verwendung von recycelten Materialien.
• Anstelle von herkömmlichen Substraten für die Anzucht, können die Pflanze mit den Pflanzeinsätzen in bzw. auf Agar angezogen werden. Hierzu können die Pflanzeinsätze einfach mit Agar gefüllt werden. Nach der Anzucht können die Pflanzen in den jeweiligen zur Anzucht benutzten Pflanzeinsätze in die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. die Aufzuchtpanele eingesetzt werden.
• Die Pflanzeinsätze erfüllen dabei mehrere Funktionen. Im Wesentlichen ermöglichen diese eine einfache Handhabung und ein Bewegen von Keimlingen, wobei eine einheitliche Geometrie bzw. Formung ein automatisiertes Handling der Pflanzeneinsätze während der Anzucht und insbesondere zum Einsetzen der Pflanzen in die Aufzuchtpanele unterstützt.
• Durch eine einheitliche Geometrie bzw. Formung kann auch ein fester Sitz der Pflanzen in den Öffnungen der Aufzuchtpanele sichergestellt werden.
• Insbesondere eine trichterförmige Geometrie mit einer großen oberen Öffnung und einer kleineren unteren Öffnung ist dabei bevorzugt. Durch die obere Öffnung kann ein einfaches Einsetzen von Saatgut erfolgen. Durch die untere Öffnung können dann die Wurzeln der Pflanzen wachsen. Entsprechend bilden die Pflanzeinsätze dann ebenfalls eine Sprossseite und eine Wurzelseite aus, die bei bestimmungsgemäßem Verwenden in der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den jeweiligen Seiten der Aufzuchtpanele in Übereinstimmung gebracht werden können.
• Die untere Öffnung der Pflanzeinsätze kann mit einem herausbrechbaren Stopfen verschlossen bzw. über eine Sollbruchstelle verbunden sein. Der Stopfen kann dabei manuell oder automatisch geöffnet werden. Die Geometrie der unteren Öffnung ist vorzugsweise derart bemessen, dass diese von den Wurzeln vollständig ausgefüllt wird, und sich die wachsenden Pflanzen fest darin verankern. Somit kann eine Verankerung der Pflanzen auch sichergestellt werden, wenn der Agar ausgetrocknet ist.
• Die Pflanzeinsätze verfügen vorzugsweise über einen Rand. Dieser soll ein Hindurchfallen durch die Öffnungen der Aufzuchtpanels verhindern. Der Rand sollte dabei beim Einsetzen in die Aufzuchtpanele die Öffnung überlappen. Der Rand kann somit auch einen Einfall von Licht in den Wurzelraum unterbinden, wodurch ein Wachstum von bestimmten Mikroorganismen verhindert werden kann.
• Zusätzliche Haken an den Pflanzeinsätzen ermöglichen eine Arretierung in den, vorzugsweise schräg gestellten, Öffnungen der Aufzuchtpanele. Dadurch kann ein Kippen der Pflanzeinsätze verhindert werden, sollte sich deren Schwerpunkt aufgrund des Pflanzenwachstums nach vorne verlagern. Anstatt der Haken können jedoch auch beliebige andere Halterungsarten (z. B. Schnapphaken, Presspassung, loser Sitz etc.) für eine Befestigung in den Öffnungen der Aufzuchtpanele vorgesehen sein.
• Die Pflanzeinsätze können zur besseren Unterscheidung in unterschiedlichen Farben bereitgestellt werden. Abhängig von den aufzuziehenden Pflanzen können auch Pflanzeinsätze mit unterschiedlichen Volumina und Durchmessern verwendet werden. Bevorzugt kann die Länge der Pflanzeinsätze variiert werden, um die Wurzeltiefe innerhalb des Pflanzeinsatzes zu verändern.
• Wie bereits beschrieben, können die Pflanzeinsätze mit Agar vorgefüllt werden. Zur Haltbarmachung und Verhinderung von Austrocknung des Nähragars vor der späteren Öffnung und Aussaht können die Formen versiegelt werden. Hierzu können entsprechende Methoden aus dem Stand der Technik verwendet werden. Vorzugsweise kann eine Versiegelung mittels Heißsiegeltechnik (Industriestandard) erfolgen. Dabei können im Prinzip alle gängigen Folien aus dem Verpackungsbereich, insbesondere Polypropylen mit Barriereeigenschaften gegen Wasserdampf oder Aluminium, verwendet werden.
• Die Pflanzeinsätze können anschließend durch einfaches Abziehen der Siegelfolie und durch Abknicken/Aufdrehen des unteren Verschlusses zur Verwendung vorbereitet werden, wobei nach Entfernung der Siegel unmittelbar eine Bestückung mit Samen erfolgen kann. Damit sind die Einsätze produktsteril und können inklusive pflanzenspezifischen Agar-Substrat-Gemisch abgefüllt und verkauft werden.
• Die Pflanzeinsätze ermöglichen somit ein einfaches Handling von Pflanzen und Keimlingen innerhalb und außerhalb der erfindungsgenmäßen Vorrichtung sowie einen langfristig sicheren Halt der Pflanzen im System. Diese stellen somit ein Adapter zwischen dem biologischen System (Pflanzen) und mechanischem System (Aufzuchtpanel) bereit. Durch eine bevorzugte 45°-Stellung und der Tiefe der Pflanzeinsätze werden die Wurzeln von der Wand des Aufzuchtpanels entfernt gehalten. Dadurch kann die Nährstoffaufnahme im aeroponischen System maximiert werden.
• Anzucht
• Für die Produktion von Nutzpflanzen existieren automatisierte Kultivierungssysteme in horizontaler oder vertikaler Bauart, welche unter Verwendung künstlicher Beleuchtungs-, Bewässerungs- und Transportsysteme eine effiziente Pflanzenzucht ermöglichen. Für die Bestückung der Systeme werden stets Jungpflanzen benötigt, welche zuvor separat herangeführt werden müssen. Häufig wird hierbei auf konventionelle (erdbasierte) Methoden bzw. auf den Einsatz von Steinwolle zurückgegriffen.
• Bei erdbasierten Aufzuchtverfahren kommt es jedoch häufig zu einer Verschmutzung von Pumpen, Düsen und Medien insbesondere in Vertical-Farming-Systemen. Ein Anzucht auf Steinwolle hat insbesondere Nachteil durch eine fehlende biologische Nachhaltigkeit, die notwendige Entsorgung sowie der Gefahr der Verstopfung von Düsen.
• Weiterhin bieten bisherige Methoden keine geeigneten Schnittstellen für die Automatisierung und prozesstechnische Anbindung der Pflanzenkeimung und Aufzucht erntefähiger Nutzpflanzen. Bei der Jungpflanzenaufzucht stellt die Qualität des Saatguts und die damit einhergehende Auskeimungsrate den wichtigsten Qualitäts- und Erfolgsfaktor dar. Die Auskeimung der Samen bedingt grundsätzlich andere Umgebungsparameter (Licht, Feuchtigkeit, Nährstoffe) im Vergleich zur adulten Pflanze. Des Weiteren benötigt die Entwicklung einer Jungpflanze bis zum Keimblattstadium einen ähnlichen Zeitraum, wie die Aufzucht einer ertragsproduzierenden adulten Pflanze. Hinzu kommen Ertragsausfälle infolge von Schimmelsporen auf dem Saatgut, geringen Auskeimungsraten und verfahrensbedingter Zerstörung von Gewebestrukturen der Zielpflanzen während des Pikierens.
• Eine Verbesserung genannter Nachteile kann durch den Einsatz von Agar-basierten Nährmedien gewährleistet werden. Hierzu wurde ein Verfahren entwickelt, welches unter Verwendung definierter Nährlösungen und Prozessschritte den gesamten Prozess der Jungpflanzenanzucht effizient und automatisierbar gestaltet und weiterhin eine direkte Schnittstelle zu den erfindungsgemäßen Anzuchtpanelen darstellt.
• 1) Bereitstellung von Agar-basierten Nährmedien
• Für die Bereitstellung geeigneter Medien für die Keimung und Jungpflanzenaufzucht kann ein Nährmedium hergestellt werden, welches in Anlehnung an ein in der Literatur beschriebenes Nährmedium (T. Murashige and F. Skoog, „A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures“, Physiologia plantarum 15.3 (1962)) formuliert ist. Das Nährmedium wird hierbei mit einer definierten Konzentration eines Nähragars versetzt und anschließend auf einen pH-Wert von 5,7 eingestellt (Lösung A). Die Lösung wird anschließend autoklaviert (121 °C für 45 min) und danach kontinuierlich auf mind. 50 °C temperiert. Zusätzlich kann eine Nährmedien-freie Agarlösung hergestellt und autoklaviert werden (Lösung B). Die Agarkonzentration der Lösungen kann variabel auf die Anforderungen der Zielkulturen angepasst und beträgt vorzugsweise 0,5-5 %.
• 2) Bereitstellung von Pflanzgefäßen mit Agarfüllung
• Als Pflanzgefäße können insbesondere 3D-gedruckte Modelle (Herstellung vorzugsweise mit einem SLA-Drucker) verwendet werden. Die Pflanzgefäße können jedoch auch mit einem beliebigen anderen Verfahren, z. B. mittels eines Spritzgussverfahrens, hergestellt werden. Die vorzugsweise trichterförmigen Pflanzeinsätze können entsprechend der voranstehenden Beschreibung ausgebildet sein. Vorzugsweise verfügen diese über je eine Öffnung auf der Ober- und Unterseite, welche abhängig vom Anwendungsgebiet spezifisch variiert und angepasst werden kann. Auf der Rückseite der Formen befinden sich vorzugsweise Vertiefungen, sodass eine Fixierung in den Aufzuchtpanelen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleistet werden kann.
• Die untere Öffnung der Pflanzgefäße ist vorzugsweise zunächst verschlossen und kann durch einen automatisierbaren Prozessschritt geöffnet werden. Für die Befüllung der Gefäße mit Lösung A bzw. B ist jedoch zunächst eine geschlossene Form bevorzugt. Die Gefäße werden vor Verwendung mit 70 % Ethanol sterilisiert, wobei weiterführend auch produktsterile Verpackungen in Kombination mit Strahlensterilisation angewendet werden können. Nach der vollständigen Entfernung des Ethanols bzw. Entfernung der Produktverpackung können die Pflanzgefäße vollständig mit Lösung A befüllt werden.
• Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, eine Abschirmung von Lösung A durch eine Schichtung mit Lösung B zu erzielen. Hierzu können sowohl 2- (unten: Lösung A; oben Lösung B) bzw. 3-schichtige (unten: Lösung A; Mitte: Lösung B; oben: Lösung A) Agarsysteme angewendet werden. Die Überschichtung erfolgt vorzugsweise ca. 15 min nach dem Auskühlen der unteren Agarschicht. Die hergestellten Pflanzgefäße können anschließend direkt mit Pflanzensamen bestückt oder als Verbrauchsmaterial konserviert werden. Für die Konservierung ist nach dem vollständigen Auskühlen der Lösungen eine zusätzliche Versiegelung der Gefäße auf der Oberseite bevorzugt.
• 3) Aussaat bzw. Bestückung von Pflanzgefäßen
• Die Anfälligkeit für Ausbeuteverluste während der Keimung bedingt, dass das initiale Wachstum des Keimlings kontrollierte Umgebungsbedingungen benötigt. Entsprechende Parameter können exakt anhand einer Nährmatrix eingestellt werden. Durch die Variabilität in der Einstellung der Festigkeit des Nährmediums kann eine individuelle Ablagetiefe für die Samen angewendet werden.
• Ein Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass Samen auf die Nährmatrix (Lösung A) gesetzt und anschließend mit Lösung B überschichtet werden. Im Prozess werden die Samen der Pflanzen unabhängig von der Ablagetiefe anhand eines definierten Protokolls chemisch desinfiziert. Es können verschiedene Lösungen wie bspw. 70 %-iger Ethanol, 1-3 %-ige Natriumhypochloridlösung oder destilliertes Wasser eingesetzt werden. Dabei wird das Protokoll speziell auf die direkte Anzucht der Jungpflanzen angepasst. Im Anschluss an die Desinfektion können die Samen auf die Agarschicht der Pflanzgefäße gesetzt und unter sterilen Bedingungen angezogen werden.
• Die Bestückung der Oberfläche des Nähragars ist je nach Pflanzenart variabel. Bevorzugt ist vorgesehen, ca. 3-15 Samen pro Gefäß auszusähen, sodass die Ausbeute des Systems um Größenordnungen optimiert und das Risiko von Ernteausfällen minimiert werden kann. Nach Ausbringung der Samen kann die Unterseite der Pflanzgefäße geöffnet werden, sodass die entstehenden Wurzeln austreten und anschließend mit flüssigem Medium versorgt werden können. Analog kann das Verfahren auch mit konservierten Samen durchgeführt werden. Hierzu können physikalisch desinfizierte Samen verpackt und anschließend auf die Agarmatrix gesetzt werden. Die Samen befinden sich hierbei vorzugsweise in produktsterilen und wasserpermeablen Membranhüllen, welche bei Kontakt mit der Nährmatrix aufgelöst werden.
• Eine weitere alternative Ausführungsform des Verfahrens sieht eine Aufzucht von Jungpflanzen auf der Basis von Kalluskulturen vor. Die Aufzucht einer Kalluskultur erfolgt im Gegensatz zur samenbasierten Anzucht auf der Basis von sterilen Pflanzen. Die Kallusbildung sowie das Wachstum kann durch definierte Phytohormonkonzentration auf Nähragarmedien (Lösung A) erzielt werden. Die entstandenen Kalli werden weiterführend aufgeteilt und für die Kulturerhaltung bzw. für die Differenzierung auf angepasste Formulierungen von Lösung A mit spezifischem Phytohormongehalt überführt, wodurch die Nachzucht neuer Jungpflanzen unabhängig von Saatgütern und Sterilisationsprozessen etabliert werden kann. Die kallusbasierte Jungpflanzenaufzucht kann ebenfalls unter Verwendung der voranstehend beschrieben Pflanzgefäße durchgeführt werden und ermöglicht analog zur samenbasierten Anzuchtmethode die Anzucht mehrerer Jungpflanzen in einem Pflanzgefäß.
• 4) Keimung und Jungpflanzenaufzucht in Pflanzgefäßen
• Nach Ausbringung der Samen bzw. Kalli auf die Agarmatrix können die Pflanzgefäße in angepasste Haltevorrichtungen überführt und unter artspezifischen Bedingungen kultiviert werden, bis die Wurzeln die Nährmatrix auf der Unterseite des Pflanzgefäßes durchdringen. Bevorzugt befinden sich zu diesem Zeitpunkt die Pflanzgefäße nach wie vor in einem vom Aufzuchtsystem der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgetrennten Bereich.
• Die Nutzung einer funktionalisierbaren gelbasierten Nährmatrix mit eingebetteten Substraten gewährleistet eine effiziente Auskeimung mit schneller und widerstandsfähiger Wurzel- und Sprossbildung. Nach der Auskeimung bzw. Differenzierung von Wurzel und Spross kann der Keimling innerhalb der Pflanzgefäße in ein vertikales Pflanzsystem, insbesondere eine erfindungsgemäße Vorrichtung, überführt werden.
• 5) Überführung von Jungpflanzen in vertikales Pflanzsystem
• Ein Problem der traditionellen Landwirtschaft stellt das Pikieren von Pflanzen dar. Dies gilt insbesondere für Pflanzen, welche nicht als Direktsaat ausgesäht, sondern als Stecklinge vorgezüchtet werden müssen. Während des Umsetzens werden Bestandteile der Wurzeln verletzt, wodurch Jungpflanzen physiologischen Stress erleiden und zum Teil ausfallen. Die Automatisierung zur Überführung der Vorkultur in weiterführende Anzuchtsysteme stellt aufgrund der Empfindlichkeit der Wurzeln und des Sprosses ein Problem dar. Diese soll mittels der pflanzenumschließenden Nährmatrix innerhalb der speziell konstruierten Pflanzgefäße überwunden und das Risiko für verfahrensbedingte Ertragsverluste minimiert werden.
• Die Wurzeln befinden sich nach der Überführung in das Aufzuchtsystem auf der Wurzelseite der Aufzuchtpanele und können weiterführend mit Nährlösungen versorgt werden (Sprühsystem). Die Pflanzgefäße sollen dabei eine feste Verankerung der Pflanzen innerhalb der Aufzuchtvorrichtung gewährleisten. Der verbleibende Agar kann je nach Einstellung der Luftfeuchtigkeit eingetrocknet bzw. beibehalten werden, wodurch eine kontinuierliche Nährstoffversorgung im oberen Wurzelbereich der Pflanzen gewährleistet werden kann. Die Beleuchtung der Jungpflanzen innerhalb des in vertikale Pflanzsystems erfolgt dann vorzugsweise ausschließlich über die Sprossseite.
• Das beschriebene Anzuchtverfahren ist insbesondere für landwirtschaftliche und pharmazeutische Nutzpflanzen geeignet und ermöglicht eine saisonal unabhängige, nachhaltige und kostengünstige Automatisierung und Parallelisierung der Saatgutkeimung und Jungpflanzenanzucht unter individuell optimierbaren Kulturbedingungen und stellt aus technisches Gesichtspunkten die notwendige und innovative Schnittstelle zu einem weiterführenden und automatisierten Aufzuchtsystem dar. Des Weiteren bietet das Anzuchtverfahren den Vorteil eines geschlossenen Systems, welches neben der Unabhängigkeit der Wetterbedingungen, eine vor Vandalismus und Diebstahl gesicherte Umgebung im Vergleich zur konventionellen Anzucht gewährleistet.
• Als bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens sind somit die Herstellung und Verpackung anwendungsbereiter Pflanzgefäße mit vorgefertigter Nährmatrix für Zielkulturen, die individuelle Möglichkeit zur Anfertigung von Nährmedien hinsichtlich der Zusammensetzung und Festigkeit sowie eine produktsterile Verpackung von Saatgut in wasserpermeablen Hüllen zur Saatgutkonservierung zu nennen. Weiterhin können die Verwendung von inerten Agarlösungen zur Verbesserung der Haltbarkeit der Nährmedien und die Einbettung von Samen in Nährmatrix und Überschichtung mit Inertmedium zur Gewährleistung der Nährstoffversorgung und Verminderung mikrobiologischer Kontaminationen vorgesehen sein. Eine Anzucht von Jungpflanzen kann auf Basis von Kalluskulturen erfolgen. Bevorzugt können die Jungpflanzenanzucht und Samenkeimung in angepassten Aufzuchtpanelen einer erfindungsgemäßen Aufzuchtvorrichtung erfolgen.
• Aufzuchtpanele
• Bei den Aufzuchtpanelen handelt es insbesondere um speziell geformte flächige Strukturen zum Transport der Pflanzen innerhalb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Diese können vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere ABS, ausgebildet sein. Die Aufzuchtpanele weisen vorzugsweise eine opake, insbesondere schwarze oder dunkelgraue, Farbe auf. Eine bevorzugte Dicke beträgt 2-3 mm, wobei die Aufzuchtpanele vorzugsweise in einem Thermoformverfahren hergestellt werden.
• Die Aufzuchtpanele weisen bevorzugt eine hohe Anzahl von Öffnungen auf, die als Aussparungen ausgestaltet sein können. Diese können das Einsetzen von Halterungen ermöglichen, in die die Pflanzen eingebracht werden können. Die Öffnungen sind vorzugsweise gleichmäßig angeordnet, wobei jedoch ein gegenseitiger Versatz in vertikaler Richtung bevorzugt ist. Dies ermöglicht ein maximal hohes Pflanzenwachstum, ohne eine Kollision und einer dadurch erfolgenden Begrenzung des Wachstums der Pflanzen untereinander. Somit können die Pflanzen im 3-dimensionalen Raum eine Anordnung einer dichtesten Kugelpackung einnehmen, um die Anzahl der Pflanzen für ein gegebenes Raumangebot zu maximieren. Durch eine modulare Anordnung der Öffnungen sind unterschiedliche Längen (Anzahl der Reihen mit Öffnungen) und Breiten möglich (Anzahl der Spalten mit Löchern). Insbesondere der vertikale Abstand der Öffnungen kann angepasst werden, wobei der horizontale Abstand vom Freiraum um die Öffnungen herum bestimmt wird. Weiterhin können bevorzugt der Durchmesser und/oder die Geometrie der Öffnungen verändert werden.
• Vorzugsweise weisen die Aufzuchtpanele ein Wellenmuster auf. Das Wellenmuster kann zur mechanischen Verstärkung der Aufzuchtpanele in vertikaler Richtung beitragen. Durch das Muster kann gleichzeitig ein leichter horizontaler Versatz zwischen den einzelnen Öffnungen der Aufzuchtpanele eingestellt werden, um so einen möglichst großen Freiraum für das Herabhängen der Wurzeln zu ermöglichen.
• Vorzugsweise sind am oberen und unteren Ende der Aufzuchtpanele Versteifungselemente eingebracht, welche eine zusätzliche Versteifung ermöglichen können. Insbesondere am oberen Ende kann dadurch ein Bereich zwischen Aufhängelöchern versteift werden. Solche Aufhängelöcher können zur Befestigung an Fahrschlitten entlang einer dem Aufzuchtpfad folgenden Führungsschiene verwendet werden. Aufhängelöcher erlauben aufgrund der abgerundeten Geometrie im Zusammenspiel mit einem Fahrschlitten ein rotieren auf den zugehörigen Schlittenarmen, und so eine Bewegung um das Fördersystem, insbesondere in Kurvenabschnitten des Fördersystems. Die spezifische Art und Geometrie der einzelnen Aufhängungen bzw. die Befestigung an sich können jedoch auch an bestimmte Erfordernisse (z. B. bei einer Anwendung in Schwerelosigkeit) angepasst werden.
• Fördersystem
• Das Fördersystem dient zum Transport der Aufzuchtpanels entlang des Aufzuchtpfades. Es besteht vorzugsweise aus einem Gehäuse, einem Stepper- oder Servomotor zum Antrieb, einer mit dem Motor verbundenen Spindel, einer Linearachse zur Verhinderung eines Drehens um die Spindel. An der Spindel kann ein Fahrschlitten befestigt sein, der durch diese linear bewegt werden kann. Die Position des Fahrschlittens kann dabei rechnerisch durch die Gewindesteigung mal der Anzahl der geleisteten Umdrehungen ermittelt werden. Bevorzugt wird bei jedem Zurückziehen des Fahrschlittens die Position erneut genullt, um einen langsamen Drift des Positionszählers durch mechanische Toleranzen und Rundungsfehler bei der Berechnung zu vermeiden.
• Am Fahrschlitten kann ein Mitnehmer angeordnet sein, der in eine Richtung frei schwingen kann, und in die andere Richtung durch einen Anschlag am Schwingen gehindert ist. Dadurch kann der Fahrschlitten bei Bewegung in eine Richtung (Rückzugsrichtung) frei über Zapfen der Fahrschlitten hinweggleiten, währen diese bei Fahrt in die andere Richtung (Vortriebsrichtung) vom Mitnehmer weiterbewegt werden.
• Die Fahrschlitten umfassen daher vorzugsweise einen Grundkörper; den Mitnehmer, wobei dieser frei schwingend am Grundkörper befestigt ist; Befestigungselemente; einen Lasersensor zur Rotationserkennung des Mitnehmers; und einen Taster um den Nullpunkt des Fahrschlittens einzustellen.
• Durch Motor und Spindel kann somit ein Linearantrieb des Fahrschlittens erfolgen. Die Geschwindigkeit des Fahrschlittens ist von der Bewegungsrichtung abhängig und kann über eine Steuerungseinrichtung gesteuert werden. Die Bewegungsgeschwindigkeit in Rückzugsrichtung ist wesentlich schneller als in Vortriebsrichtung, um einen möglichst konstanten Vortrieb zu gewährleisten. Die Bewegungsgeschwindigkeit in Vortriebsrichtung entspricht vorzugsweise einer Soll-Vortriebsgeschwindigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Transportrichtung des Fördersystems kann durch die Orientierung bei der Montage bestimmt werden. Die Transportgeschwindigkeit ist dabei frei einstellbar.
• Eine Erkennung, ob der Mitnehmer am Zapfen eines Schlittens anliegt, kann vorzugsweise mittels eines Lasersensors erfolgen. Ein Laserstahl kann durch den Mitnehmer unterbrochen werden, wenn dieser nicht an einem Zapfen anliegt. Die Unterbrechung des Laserstrahls kann bevorzugt durch eine kleine Öffnung im Mitnehmer erfolgen, durch die der Laserstrahl transmittiert wird. Ist der Mitnehmer gekippt, wird auch die Öffnung gekippt, und eine Transmission wird somit unterbrochen.
• Vorzugsweise durchläuft das Fördersystem kontinuierlich dieselbe programmierte Schleife:
• 1) Schnelles Zurückziehen des Schlittens, bis der Taster berührt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass der Fahrschlitten den Nullpunkt erreicht hat.
• 2) Schnelle Bewegung in Transportrichtung, bis ein Kontakt mit einem Zapfen erkannt wird.
• 3) Verfahren des Fahrschlittens mit einer vorgegeben Transportgeschwindigkeit bis eine Endposition erreicht ist.
• 4) Im Falle eines geschlossenen Aufzuchtpfades kann unmittelbar mit Schritt 1) fortgefahren werden. Bei einem offenen Aufzuchtpfade muss zunächst ein Reset des Fördersystems vollzogen werden, bevor erneut mit Schritt 1) begonnen wird.
• Das vorgestellte Fördersystem hat einen sehr einfachen Aufbau und es besteht keine Notwendigkeit zur Integration eines direkten Antriebs. Dadurch kann ein flexibler Einsatz von Antriebskomponenten in beliebiger Anzahl ermöglicht werden. Insbesondere können die Anzahl und Position der jeweiligen Antriebsmodule auf die spezifischen Anforderungen des Anlagendesigns abgestimmt werden. Eine Synchronisierung der einzelnen Antriebsmodule über die erfindungsgemäße Vorrichtung hinweg (d. h. entlang des Aufzuchtpfads) ist nicht notwendig.
• Bei dem Fördersystem können Anpassungen insbesondere über die Länge des Transportmoduls, die Auswahl der verwendeten Motoren und die für den Antrieb und das Gehäuse verwendeten Materialien vorgenommen werden. Es können Spindeln mit verschiedenen Durchmessern und Steigungshöhen eingesetzt werden, um die Robustheit, die maximale Antriebskraft und die Antriebsgenauigkeit/-geschwindigkeit zu beeinflussen. Weiterhin kann die Anzahl der Antriebe pro Aufzuchtpanel variiert werden (Skalierung der Anlagengröße). Die Antriebe sind dabei vorzugsweise gleichmäßig über das gesamte Vorrichtungssystem verteilt, sodass ein einzelner Antrieb nur einen Bruchteil der Gesamtlast fortbewegen muss. Dies kann mittels der Maßgröße der Aufzuchtpanele geteilt durch die Anzahl der eingesetzten Antriebe ausgedrückt werden.
• Traversensystem
• Bei dem Traversensystem kann es sich um ein System zur Montage von speziell auf die Anforderungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgelegten Schienen als hängendes System handeln. Es kann sich dabei insbesondere um ein modulares System bestehend aus Schienen (Kunststoffextrusionen), Adaptern zum Zusammenfügen der Schienen, Stopfen zur Verstärkung der Verbindung der Schienen sowie optional Winkeln zur Montage an bevorzugt von einer Decke herausreichenden Balken handeln.
• Die Schienen sind dabei vorzugsweise als Hohlgeometrie für geringen Materialeinsatz bei hoher Stetigkeit ausgebildet. Vorzugsweise ist eine Rinne zur Führung von Rädern eines zugehörigen Fahrschlittens vorgesehen. Eine zusätzliche Vertikalwand kann zur Verhinderung eines Entgleisen der Fahrschlittens aus den Schienen des Traversensystems vorgesehen sein.
• Durch das vorgestellte Traversensystem ist keine zusätzliche Bodenführung der Aufzuchtpanele erforderlich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dann mit frei am Traversensystem hängenden Aufzuchtpanelen verwendet werden. Dadurch könne die Arbeiten in hohen Räumen auf einfache Art und Weise beliebig in Richtung der Z-Achse (d. h. nach unten in Richtung Boden) dimensioniert werden. Bereits bestehende Räumlichkeiten können dadurch genutzt werden und die erfindungsgemäße Vorrichtung flexibel an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden. Die Führung über ein Traversensystem ermöglicht zudem eine einfache Reinigung und den Abtransport von Flüssigkeiten, da diese aufgrund der Schwerkraft auf natürliche Weise von den Aufzuchtpanels ablaufen. Zudem wird der Transportmechanismus vor Verschmutzung geschützt, da dieser nicht überflutet werden kann. Auch die Arbeitssicherheit wird erhöht, da die gesamte Vorrichtung an der Decke montiert werden kann und somit für Anwender schwer erreichbar ist. Das Traversensystem bietet gleichzeitig eine optimale Infrastruktur zur verdeckten Verlegung von Kabeln, Schläuchen, etc. an.
• Fahrschlitten
• Die Fahrschlitten bestehen vorzugsweise aus einem Hauptelement, das zwei „Arme“ aufweist, die das Einhängen von Panels an Aufhängelöchern der Aufzuchtpanele ermöglichen soll und mindestens ein Rad, vorzugsweise mit einem integrierten Kugellager. Das Rad weist vorzugsweise ein Rillenprofil auf, das sein Gegenstück in einem zugehörigen Traversensystem hat. Bevorzugt ist die Lauffläche des Rades nach außen hin Richtung Zentrum geneigt. Damit weist das Rad selbstzentrierende Laufeigenschaften auf, die es mittig in einem Profil laufen lassen kann. Bevorzugt ist das Rad zweiteilig ausgebildet. Mittels eines schraubbaren Einsatzes kann ein darin eingelegtes Kugellager fixiert werden.
• Weiterhin kann der Fahrschlitten ein Element zum Durchstecken einer Befestigungsschraube, einen Anschlag für das Rad und einen Haken, der mit einem Vorsprung vertikal über der Zentrum des Rades angebracht ist, aufweisen. Zur Verstärkung des Fahrschlittens können Verstärkungsrippen, die für die Herstellung in einem 3D-Druck-Verfahren (FDM/FFF-Verfahren) optimiert sind, vorhanden sein. Der Haken des Hauptelements ist vorzugsweise über der Laufmitte des Rades angebracht, um so eine Führung mehrerer Schlitten mittels Verbindungselementen zu ermöglichen. Durch die zentrale Anbindung führt ein Ziehen/Schieben am Haken nicht zu einer Rotation um die vertikale Achse, da sich das Kraftzentrum vertikal über dem Auflagepunk des Rades befindet. Die Rotation um die Radachse wird durch das Gewicht eines eingehängten Aufzuchtpanels kompensiert. Der Haken kann eine zusätzliche Sicherung aufweisen, so dass ein versehentliches Herausrutschen der Verbindungselemente verhindert wird. Der Haken kann außerdem als Angriffspunkt für das Vortriebssystem genutzt werden.
• Die Fahrschlitten ermöglichen somit einen flexiblen und modularen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Durch die Räder können die Schlitten entlang eines den Aufzuchtpfad vorgebenden Profils geführt werden. Dies ermöglicht einen Vortrieb der Aufzuchtpanele und damit eine Automatisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
• Zur Anpassung der Fahrschlitten kann vorzugsweise der Abstand der Arme, der vertikale Abstand von Aufzuchtpanel zu Rad, sowie der Abstand zwischen Haken zu Rad variiert werden. Zusätzliche Optimierungen für höhere Festigkeit, sowie herstellungsspezifische Geometrieanpassungen können vorgenommen werden.
• Sprüheinrichtungen
• Die Sprüheinrichtungen weisen vorzugsweise Sprühdüsen mit kollidierenden Austrittsströmen auf, um eine feinere und gleichmäßigere Partikelverteilung zu gewährleisten und einen höheren Durchsatz von Nährstofflösung zu ermöglichen. Dabei wird eine Funktionsweise nach dem Venturi-Prinzip bevorzugt, sodass durch den austretenden Luftstrom bereits ein Ansaugen des Flüssigmediums sichergestellt wird, das jedoch auch per Pumpen zugeliefert werden kann. Durch die Strömungsdifferenz zwischen Luftstrom und zugeleiteter Nährstofflösung findet eine Zerstäubung bereits innerhalb der Düse statt. Das so erzeugte Tröpfchen/Luft-Gemisch wird durch den Luftstrom nach außen getragen und vorzugsweise über die Prellplatte abgelenkt, um einen gewünschten Sprühkegel zu erreichen. Eine bevorzugte Kanalgrößen liegt dabei bei größer als 3 mm, um ein Verstopfen zu verhindern und einen weitgehend störungsfreien Betrieb der Anlage zu gewährleisten. Zur Montage an einem vertikalen Führungsstab kann eine Befestigungsöffnung für die Aufnahme von Kabelbindern o. ä. vorhanden sein.
• Der Vorteil der beschriebenen Sprüheinrichtungen ist ein vollständig integrierter und verschleißfreier Sprühmechanismus. Dennoch wird ein einfacher Austausch von einzelnen Sprühdüsen ermöglicht. Das vorgestellte Funktionsprinzip ermöglicht die Erzeugung von gleichmäßigen und kleinen Partikelgrößen, um die Nährstofflösung optimal an in der Luft hängende Wurzeln zu bringen.
• Eine Anpassung der Sprüheigenschaften kann über die Ausgestaltung der Prellplatte, dem Durchmesser der Kanäle, dem Winkel der Austrittsöffnungen zueinander sowie der Länge und dem Durchmesser der Innengeometrie der Sprüheinrichtungen erfolgen. Weiterhin kann durch die Detailführung der Kanäle auf die Sprüheigenschaften Einfluss genommen werden.
• Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es zeigen:
• 1 eine beispielhafte Darstellung einer Teilansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
• 2 schematische Darstellungen des allgemeinen Aufbaus einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
• 3 eine schematische Darstellung des konzeptionellen Aufbaus einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
• 4 schematische Ansichten der a) Vorder- und b) Rückansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei hintereinander angeordneten beispielhaften Aufzuchtpanelen,
• 5 eine schematische Detaildarstellung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Traversensystems einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
• 6 schematische Detaildarstellungen eines beispielhaften erfindungsgemäßen Pflanzeinsatzes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
• 7 a) eine schematische Detaildarstellung des erfindungsgemäßen Mitnehmerprinzips sowie b) Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Mitnehmers einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
• 8 eine beispielhafte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrschlittens des Fördersystems einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in a) Gesamtansicht und als b) Schnittdarstellung, und
• 9 eine beispielhafte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Sprühdüse des aeroponischen Sprühsystems einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in a) Gesamtansicht und als b) Schnittdarstellung.
• Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
• 1 zeigt eine beispielhafte Darstellung einer Teilansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die gezeigte Vorrichtung zur Aufzucht von Pflanzen P umfasst ein Aufzuchtpanel 10 mit einer Vielzahl von Öffnungen 12 zum Einsetzen von Pflanzen P, wobei das Aufzuchtpanel 10 eine Sprossseite S und eine Wurzelseite W für die Pflanzen P aufweist; ein Fördersystem 20 zum Transport des Aufzuchtpanels 10 entlang eines Aufzuchtpfades A; ein aeroponisches Sprühsystem 30, dazu eingerichtet, das Aufzuchtpanel 10 auf der Wurzelseite W mit einer Nährstofflösung NSL zu versorgen, wobei das Aufzuchtpanel 10 und das Fördersystem 20 ausgebildet sind, ein Besprühen oder Kontaminieren der Sprossseite S mit der Nährstofflösung NSL zu verhindern; ein Beleuchtungssystem 40, dazu eingerichtet, das Aufzuchtpanel 10 auf der Sprossseite S zu beleuchten, wobei das Aufzuchtpanel 10 und das Fördersystem 20 ausgebildet sind, ein Beleuchten der Wurzelseite W zu verhindern; wobei das aeroponische Sprühsystem 30 und das Beleuchtungssystem 20 als feststehende Komponenten entlang des Aufzuchtpfades A angeordnet sind und das Aufzuchtpanel 10 durch das Fördersystem 20 an diesen vorbeitransportiert wird.
• Das Fördersystem 20 ist in der Darstellung zum Transport von mindestens zwei hintereinander angeordneten Aufzuchtpanels 10, 10' eingerichtet, wobei jeweils unmittelbar hintereinander angeordnete Aufzuchtpanele 10, 10' über Verbindungselemente 18 miteinander verbindbar sind, wobei die Verbindungselemente 18 ausgebildet sind, ein Besprühen oder Kontaminieren der Sprossseite S der Aufzuchtpanels 10, 10' mit der Nährstofflösung NSL und ein Beleuchten der Wurzelseite W der Aufzuchtpanels 10, 10' zu verhindern. Ein Teil des Fördersystems zusammen mit einem allgemeinen Haltesystem (Deckenhalterung) bildet das Traversensystem aus. Bei einem der gezeigten Aufzuchtpanele 10 ist angedeutet, dass dieses auch modular aus mehreren miteinander verbindbaren Einzelelementen 10a, 10b (zwei Einzelelemente) zusammengesetzt sein kann.
• 2 zeigt schematische Darstellungen des allgemeinen Aufbaus einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei ist unter a) eine Schrägansicht und unter b) eine Seitenansicht des Aufbaus dargestellt. Es ist in diesen Darstellungen deutlich zu erkennen, dass das aeroponische Sprühsystem 30 insbesondere auf der Wurzelseite W wirkt, und das Beleuchtungssystem 40 auf der dazu entgegengesetzten Sprossseite S wirken soll. Die beiden Darstellungen korrespondieren weitgehend mit der in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die einzelnen Bezugszeichen und deren Zuordnung zu einzelnen Merkmalen gelten daher entsprechend. Zusätzlich schematisch eingezeichnet sind gegenüber 1 weiterhin eine Steuerungseinrichtung 50 sowie ein Ablauf- und/oder Recyclingsystem 60.
• 3 zeigt eine schematische Darstellung des konzeptionellen Aufbaus einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen können hierbei beispielsweise in einer Halle oder einem Hangar aufgebaut und betrieben werden. Die Bezugszeichen und deren Zuordnung entsprechen denen der vorhergehenden Figuren.
• 4 zeigt schematische Ansichten der a) Vorder- und b) Rückansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei hintereinander angeordneten beispielhaften Aufzuchtpanelen 10, 10'. Die Öffnungen 12, in denen die Pflanzen P eingesetzt werden, sind hierbei deutlich zu erkennen. Die Durchgänge der Öffnungen 12 sind in der Darstellung mit der Wurzelseite W nach unten geneigt gezeigt, die gegenüberliegende Sprossseite S liegt damit bei jeder Öffnung 12 in vorgesehener hängender Lage der Aufzuchtpanele 10 etwas höher, so dass keine Nährstofflösung NSL beim Besprühen durch die Öffnungen 12 gelangen kann. Weiterhin sind in den Ansichten mehrere Fahrschlitten 24 in einer gemeinsamen Führungsschiene 22 laufend dargestellt.
• 5 zeigt eine schematische Detaildarstellung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Traversensystems einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. In der Darstellung ist eine an einem Fahrschlitten 24 in einer Führungsschiene 22 hängend angeordnete Aufzuchtpanele 10 gezeigt. Der Fahrschlittens 24 weist hierbei ein Rad auf, welches im Inneren einer C-förmig ausgebildeten Führungsschiene an deren Innenseite geführt wird.
• 6 zeigt schematische Detaildarstellungen eines beispielhaften erfindungsgemäßen Pflanzeinsatzes 70 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die gezeigte Öffnung 12 des Aufzuchtpanels weist eine Halterung 16 zur Aufnahme des Pflanzeinsatzes 70 auf. Der Pflanzeinsatz 70 kann in den Öffnungen 12 des Aufzuchtpanels 10 mit oder ohne Pflanze P angeordnet werden.
• 7 zeigt eine schematische a) Detaildarstellung des erfindungsgemäßen Mitnehmerprinzips sowie b) Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Mitnehmers einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
• 8 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrschlittens 24 des Fördersystems 20 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in a) Gesamtansicht und als b) Schnittdarstellung.
• 9 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Sprühdüse des aeroponischen Sprühsystems 30 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in a) Gesamtansicht und als b) Schnittdarstellung.
• Bezugszeichenliste

10, 10'

Aufzuchtpanels

10a, 10b

Einzelelemente

12

Öffnungen

14

Biegeelement

16

Halterungen

18

Verbindungselemente

20

Fördersystem

22

Führungsschiene

24

Fahrschlitten

30

aeroponisches Sprühsystem

40

Beleuchtungssystem

50

Steuerungseinrichtung

60

Ablauf- und/oder Recyclingsystem

70

Pflanzeinsätze

P

Pflanzen

S

Sprossseite

W

Wurzelseite

NSL

Nährstofflösung

A

Aufzuchtpfad

• 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
• US 2018014471 A1 [0003]
• US 2017142912 A1 [0003]

Claims (15)

1. Vorrichtung zur Aufzucht von Pflanzen (P), umfassend: ein Aufzuchtpanel (10) mit einer Vielzahl von Öffnungen (12) zum Einsetzen von Pflanzen (P), wobei das Aufzuchtpanel (10) eine Sprossseite (S) und eine Wurzelseite (W) für die Pflanzen (P) aufweist; ein Fördersystem (20) zum Transport des Aufzuchtpanels (10) entlang eines Aufzuchtpfades (A); ein aeroponisches Sprühsystem (30), dazu eingerichtet, das Aufzuchtpanel (10) auf der Wurzelseite (W) mit einer Nährstofflösung (NSL) zu versorgen, wobei das Aufzuchtpanel (10) und das Fördersystem (20) ausgebildet sind, ein Besprühen oder Kontaminieren der Sprossseite (S) mit der Nährstofflösung (NSL) zu verhindern; ein Beleuchtungssystem (40), dazu eingerichtet, das Aufzuchtpanel (10) auf der Sprossseite (S) zu beleuchten, wobei das Aufzuchtpanel (10) und das Fördersystem (20) ausgebildet sind, ein Beleuchten der Wurzelseite (W) zu verhindern; wobei das aeroponische Sprühsystem (30) und das Beleuchtungssystem (20) als feststehende Komponenten entlang des Aufzuchtpfades (A) angeordnet sind und das Aufzuchtpanel (10) durch das Fördersystem (20) an diesen vorbeitransportiert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Steuerungseinrichtung (50), dazu eingerichtet, Steuerungsparameter des aeroponisches Sprühsystems (30) und/oder des Beleuchtungssystems (40) abhängig von der Position des Aufzuchtpanels (10) entlang des Aufzuchtpfades (A) anzupassen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , wobei der Aufzuchtpfad (P) geschlossen, vorzugsweise mäanderförmig oder spiralartig auslaufend, ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aufzuchtpanel (10) bei einer bestimmungsgemäßen Anordnung innerhalb des Fördersystems (30) mindestens ein senkrecht zum Aufzuchtpfad (A) ausgerichtetes flexibles Biegeelement (14) zur vereinfachten Passage von Kurvenabschnitten entlang des Aufzuchtpfades (A) aufweist.
5. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aufzuchtpanel (10) modular aus mehreren miteinander verbindbaren Einzelelementen (10a, 10b) zusammengesetzt ist.
6. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend ein Ablauf- und/oder Recyclingsystem (60), dazu eingereicht, überschüssige Nährstofflösung (NSL) von der besprühten Wurzelseite (W) des Aufzuchtpanels (10) aufzufangen.
7. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einige Öffnungen (12) des Aufzuchtpanels (10) zum direkten Einstecken von Pflanzen (P) ausgebildet sind.
8. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einige der Öffnungen (12) des Aufzuchtpanels (10) Halterungen (16) zur Aufnahme von Pflanzeinsätzen (70) aufweisen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Pflanzeinsätze (70) als trichterförmige Pflanzgefäße ausgebildet sind und ein Einsetzen in das Aufzuchtpanel (10) der Vorrichtung nach der Anzucht einer Pflanze (P) ab dem Durchdringen einer Wurzel der Pflanze (P) an einem Ende des Pflanzgefäßes erfolgt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Pflanzeinsätze (70) zur Anzucht mit einer Agarlösung aus mindesten 0,5 %, bevorzugt 1 % bis 3 %, als Pflanzsubstrat befüllt sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei auf die Pflanzeinsätze (70) Saatgut oder aus einer Stammlösung herangezüchtete Kalli ausgebracht werden.
12. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Fördersystem (20) um eine Hängefördersystem handelt, dazu ausgebildet, das Aufzuchtpanel (10) mit einem Fahrschlitten (24) entlang einer dem Aufzuchtpfad (P) folgenden Führungsschiene (22) zu transportieren.
13. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fördersystem (20) zum Transport von mindestens zwei hintereinander angeordneten Aufzuchtpanels (10, 10') eingerichtet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Aufzuchtpanels (10, 10') durch das Fördersystem (20) mit gleichbleibendem Abstand und einheitlicher Geschwindigkeit entlang des Aufzuchtpfades (A) transportiert werden.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei jeweils unmittelbar hintereinander angeordnete Aufzuchtpanels (10, 10') über Verbindungselemente (18) miteinander verbindbar sind, wobei die Verbindungselemente (18) ausgebildet sind, ein Besprühen oder Kontaminieren der Sprossseite (S) der Aufzuchtpanels (10. 10') mit der Nährstofflösung (NSL) und ein Beleuchten der Wurzelseite (W) der Aufzuchtpanels (10, 10') zu verhindern.

Images