DE202012010714U1

DE202012010714U1 - Vorrichtung zur Ermittlung und Steuerung des optimalen Erntezeitpunktes für Wasserpflanzen in Beckenzucht

Info

Publication number: DE202012010714U1
Application number: DE202012010714U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-11
Filing date: 2012-11-11
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2022-11-12

Abstract

Vorrichtung zur Ermittlung des optimalen Erntezeitpunktes für Wasserpflanzen, die aufweist: mindestens eine Zucht-Wanne/Becken (1), mindestens einen Sensor zur Gewichtsermittlung (10), mindestens einen Sensor zur Flüssigkeits-Füllstandsermittlung (8), mindestens ein Ventil (6) für den Flüssigkeitszulauf (4) und mindestens einen Sensor zur Erfassung der zugeführten Flüssigkeit (5) in die Zucht-Wanne/Becken (1) sowie eine Auswerte- und Steuerelektronik (11) zur Ermittlung des optimalen Erntezeitpunktes, wobei sich Wasserpflanzen (3) in der Zucht-Wanne/Becken (1) befinden bzw. ausgesät sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung des optimalen Erntezeitpunktes für Wasserpflanzen, die in Wannen oder Becken gezüchtet werden.
Das Interesse an der Nutzung von Wasserpflanzen als Biomasselieferant nimmt stetig zu. Ihr Vorteil liegt zum einem in der Tatsache, dass dadurch der konventionelle Nahrungsmittelanbau nicht beeinträchtigt wird, und zum anderen darin, dass durch die Produktion (Aufzucht) in Wannen oder Becken auch ein Standort in Gebäuden oder Gewächshäusern möglich ist, wodurch die Zucht witterungsunabhängig und ganzjährig möglich wird.
Solche Lösungen werden unter anderem in der DE 10 2009 033 574 B4 und in der DE 10 2010 047 146 B3 beschrieben.
Das generelle Problem bei diesen Anwendungen liegt jedoch in der Ermittlung des optimalen Erntezeitpunktes.
Aus dem Stand der Technik sind folgende Verfahren/Vorrichtungen zur Ernte bekannt: In der DE 10 2009 033 574 B4 wird zwar ein täglicher Ernterhythmus angestrebt, jedoch hängt die optimale Ausbeute stark von den Wachstumsbedingungen ab (Nährstoffe, Licht, klimatische Verhältnisse etc.).
Bei der DE 10 2010 047 146 B3 und DE 10 2010 027 369 B4 erfolgt die Ernte durch Ausspülen. Wie dieser Vorgang allerdings aktiviert wird, wird hierbei nicht näher beschrieben. Möglicherweise durch in Augenscheinnahme des Bedienpersonals.
In der DE 10 2010 055 287 A1 wird die Ernte kontinuierlich durchgeführt, wobei die Wasserpflanzen in einer langsamen Strömung, die diese Pflanzen transportiert, gezüchtet werden. Auch hier hängt die optimale Ausbeute stark von den Wachstumsbedingungen ab (Nährstoffe, Licht, Fließgeschwindigkeit etc.).
Bei der WO 2010/043 323 A2 wird die Ernte durch in die Pflanzwannen eingebaute Lichtsensoren gesteuert. Diese innenliegenden Sensoren sollen die Ernte auslösen, sobald der Bewuchs an der Wasseroberfläche zu wenig bzw. kein Licht mehr durchläßt. Der Nachteil dieser Methode liegt unter anderem in der möglichen Verschmutzung des Sensors durch Partikel/Schwebeteilchen im Wasser und der dadurch hervorgerufenen Fehlfunktion. Des weiteren kann es auch zu Fehlinterpretationen bzgl. des Bewuchses kommen, falls der Bewuchs in der Pflanzwanne nicht homogen erfolgt und verteilt ist. Um Anlagen zur Erzeugung von Biomasse aus Wasserpflanzen rentabel und kostengünstig zu betreiben und die Biomasse im größeren Mengen kontinuierlich produzieren zu können, sollten die notwendigen Prozesse weitestgehend automatisch und betriebssicher ausgeführt werden.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Ermittlung des optimalen Erntezeitpunktes für Wasserpflanzen, beispielsweise Lemnacea (Wasserlinsen), zur Verfügung zu stellen, mit der die Ernte automatisiert, relativ kostengünstig und möglichst wartungsarm realisiert wird und dadurch der Stand der Technik verbessert wird.
Dies wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 umgesetzt. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile können insbesondere in den folgenden Aspekten bestehen:
Es kann ein Vorteil der vorliegenden Erfindung sein, dass die Zucht-Wanne/Becken mit mindestens jeweils einem Sensor zur Gewichts- und einem Sensor zur Füllstandserfassung ausgestattet ist. Durch die mittels Sensor erfaßten Meßwerte wird bei Erreichen oder Überschreiten vorgegebener Schwellenwerte der optimale Erntezeitpunkt durch Abgleich ermittelt und angezeigt.
Diese Art der Sensorik ist zudem – im Vergleich zu optischen Sensoren – unempfindlich gegenüber Verschmutzung.
Die Füllstandserfassung dient lediglich zur Erhaltung eines Referenz-Flüssigkeitsfüllstandes in der Zucht-Wanne/Becken. Wird dieser Füllstand unterschritten, so wird automatisch neue Flüssigkeit der Zucht-Wanne/Becken über einen entsprechenden ventilgesteuerten Zulauf zugeführt, so dass eine gleichbleibende und kontinuierliche Versorgung der Wasserpflanzen gewährleistet wird.
Des weiteren kann es von Vorteil sein, dass Sensoren zur Gewichtserfassung entweder unterhalb an den Rändern oder zentral unter der Zucht-Wanne/Becken angeordnet sind. Durch diese Anordnung wird abhängig von Zucht-Wannen-/Beckengröße ein aussagekräftiges Messergebnis erzielt.
Es kann weiterhin vorteilhaft sein, dass die Zucht-Wanne/Becken an einer oder mehrerer Aufhängungen montiert ist. Dadurch könnte das Gewicht der gesamten Zucht-Wanne/Becken über die Zugkräfte (Federwaage) ermittelt werden. Dies wäre eine relativ kostengünstige Variante.
Außerdem kann es ein Vorteil sein, dass die Zucht-Wanne/Becken auf mindestens einer Feder gelagert steht. Zur Gewichtserfassung würde hier die auf die Feder wirkende Gewichtskraft ermittelt werden.
Auch kann es bei dieser Federlagerung von Vorteil sein, dass die Gewichtszunahme und die dadurch bedingte Absenkung der Zucht-Wanne/Becken mit mindestens einem montierten Schiebewiderstand erfasst wird. Hierbei wird der Schleifer des Schiebewiderstandes durch die Gewichtskraft der Zucht-Wanne/Becken verschoben und führt somit zu einem auswertbaren Messergebnis.
Es kann weiterhin vorteilhaft sein, dass der Schiebewiderstand/die Schiebewiderstände an eine Messbrücke angeschlossen ist/sind. Dies ermöglicht eine schnelle und genaue Auswertung der Messgröße.
Durch eine entsprechende Auswerte- und Steuerelektronik kann dann der Gewichtszuwachs durch Pflanzenwachstum ermittelt und die Ernte zum optimalen Erntezeitpunkt automatisch eingeleitet werden. Somit kann der Wachstumsverlauf dokumentiert, der Erntertrag optimal gesteigert und gleichzeitig der Personalaufwand entsprechend reduziert werden.
Vorteilhaft kann auch eine Auswertung der Gewichtszunahme über die Zeit sein, da dadurch eventuell auftretende Probleme in der Nährstoffversorgung der Pflanzen oder wachstumsbeeinträchtigende Faktoren quantitativ ermittelt werden können.
Des weiteren kann es von Vorteil sein, dass die vorliegende Erfindung in Modulbauweise (Zucht-Wanne/Becken und Rahmen/Aufhängung mit Sensorik) ausgeführt wird, so dass die Anlagengröße leicht erweitert werden kann. Zudem können einzelne Module zur Wartung oder Reparatur schnell gewechselt werden, ohne den Gesamtbetrieb zu beinträchtigen.
Einzelheiten, Vorteile und Weiterentwicklungen der Erfindung werden anhand der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Messwerterfassung zur Bestimmung des optimalen Erntezeitpunktes sowie eine mögliche Positionierung der Sensoren
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Anordnungsmöglichkeit für den Sensor zur Gewichtsermittlung
3 eine schematische Darstellung einer Anordnungsmöglichkeit für den Sensor für Zugkräfte bei einer aufgehängten Zucht-Wanne/Becken-Konstruktion
4 eine schematische Darstellung einer weiteren Anordnungsmöglichkeit für den Sensor für Zugkräfte bei einer aufgehängten Zucht-Wannen-/Becken-Konstruktion
5 eine schematische Darstellung einer Anordnungsmöglichkeit für die Auflagefedern incl. Schiebewiderstand zur Wegmessung bei einer aufgelegten Zucht-Wannen-/Becken-Konstruktion
6 eine schematische Darstellung einer Anordnungsmöglichkeit für die Zugfederincl. Schiebewiderstand zur Wegmessung bei einer aufgehangenen Zucht-Wannen-/Becken-Konstruktion
1 zeigt die Seitenansicht einer mit Flüssigkeit (2) gefüllten Zucht-Wanne/Becken (1) mit an deren Wasseroberfläche befindlichen Wasserpflanzen (3). Des weiteren werden die Sensoren (8, 10) zur Ermittlung des optimalen Erntezeitpunktes dargestellt. Am Boden dieser Wanne (1) sind mindestens zwei Sensoren (10) zur Gewichtsermittlung montiert. Der Füllstandssensor (8) erfaßt den Flüssigkeitsstand in der Wanne (1). Sollte der Füllstandssensor (8) einen zu geringen Pegelstand feststellen, so wird dieser mittels Datenleitung (18) an die Auswerte- und Steuerelektronik (11) gemeldet. Die Auswerte- und Steuerelektronik (11) öffnet daraufhin mittels Steuerleitung (19) ein Ventil (6), durch das zusätzliche Flüssigkeit (7) über den Flüssigkeitszulauf (4) in die Zucht-Wanne/Becken (1) strömt, und zwar solange, bis der Füllstandssensor (8) den vorgegeben Referenzwert wieder erreicht hat. Mit dem Durchflußzähler (5) wird die zugeführte Flüssigkeitsmenge erfaßt und mittels Messleitung (9) der Auswerte- und Steuerelektronik (11) gemeldet. Der gemessene Sensorwert (10) bzgl. Gewichtszunahme durch Pflanzenwachstum wird ebenfalls mittels Messleitung (9) der Auswerte- und Steuerelektronik (11) zugeführt. Dort werden die verschiedenen Messwerte abgeglichen, berechnet und gegebenenfalls der Erntevorgang eingeleitet.
2 zeigt die Seitenansicht einer mit Flüssigkeit (2) gefüllten Zucht-Wanne/Becken (1) mit an deren Wasseroberfläche befindlichen Wasserpflanzen (3). Am Boden dieser Wanne (1) ist zentral ein Sensor (10) zur Gewichtsermittlung befestigt.
3 zeigt die Seitenansicht einer mit Flüssigkeit (2) gefüllten Zucht-Wanne/Becken (1) mit an deren Wasseroberfläche befindlichen Wasserpflanzen (3). Diese Wanne (1) ist an mindestens zwei Aufhängungen (13) montiert. Diese Aufhängungen (13) sind wiederum zentral an einen Zugkraft-Sensor (12) zur Gewichtskraftermittlung befestigt.
4 zeigt die Seitenansicht einer mit Flüssigkeit (2) gefüllten Zucht-Wanne/Becken (1) mit an deren Wasseroberfläche befindlichen Wasserpflanzen (3). Diese Wanne (1) ist an mindestens zwei Aufhängungen (13) montiert. Diese Aufhängungen (13) sind wiederum jeweils an einem Zugkraft-Sensor (12) zur Gewichtskraftermittlung befestigt.
5 zeigt die Seitenansicht einer mit Flüssigkeit (2) gefüllten Zucht-Wanne/Becken (1) mit an deren Wasseroberfläche befindlichen Wasserpflanzen (3). Unter dem Boden dieser Zucht-Wanne/Becken (1) sind mindestens zwei Federn (14) montiert, auf denen die Zucht-Wanne/Becken (1) steht. Die Zunahme des Füllgewichtes in der Zucht-Wanne/Becken (1) bewirkt, dass Kraft F (16) auf die Federn (14) ausgeübt wird. Das dadurch bedingte Absenken der Zucht-Wanne/Becken (1) bzw. Zusammendrücken der Federn (14) wird dann von mindestens einem an der Zucht-Wanne/Becken (1) montierten Schiebewiderstand (15) erfaßt. Dieser gemessene Wert wird dann über eine Messbrücke (17) mittels Datenleitungen (18) der Auswerte- und Steuerelektronik (11) zugeführt.
6 zeigt die Seitenansicht einer mit Flüssigkeit (2) gefüllten Zucht-Wanne/Becken (1) mit an deren Wasseroberfläche befindlichen Wasserpflanzen (3). Diese Zucht-Wanne/Becken (1) ist an mindestens zwei Aufhängungen (13) montiert. Diese Aufhängungen (13) sind wiederum zentral an mindestens einer Feder (14) befestigt. Durch Zunahme des Füllgewichtes in der Zucht-Wanne/Becken (1) wirkt die Kraft F (16) auf die Feder (14). Das dadurch bedingte Absenken der Zucht-Wanne/Becken (1) bzw. Auseinanderziehen der Feder (14) wird dann von mindestens einem an der Zucht-Wanne/Becken (1) montierten Schiebewiderstand (15) erfaßt. Dieser gemessene Wert wird dann über eine Messbrücke (17) mittels Datenleitungen (18) der Auswerte- und Steuerelektronik (11) zugeführt.
Bezugszeichenliste

1: Zuchtwanne/Becken
2: Wasser
3: Wasserpflanzen
4: Flüssigkeitszulauf
5: Durchflussmesser
6: Ventil/Absperrhahn
7: Flüssigkeit
8: Füllstandsmesser
9: Messleitungen
10: Sensoren zur Gewichtsermittlung
11: Auswerte- und Steuerelektronik
12: Sensor für Zugkräfte
13: Aufhängung
14: Federlagerung
15: Schiebewiderstand
16: Wegmessung/Kraft
17: Meßbrücke
18: Datenleitung
19: Steuerleitung

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

DE 102009033574 B4 [0003, 0005]
DE 102010047146 B3 [0003, 0006]
DE 102010027369 B4 [0006]
DE 102010055287 A1 [0007]
WO 2010/043323 A2 [0008]

Claims

Vorrichtung zur Ermittlung des optimalen Erntezeitpunktes für Wasserpflanzen, die aufweist: mindestens eine Zucht-Wanne/Becken (1), mindestens einen Sensor zur Gewichtsermittlung (10), mindestens einen Sensor zur Flüssigkeits-Füllstandsermittlung (8), mindestens ein Ventil (6) für den Flüssigkeitszulauf (4) und mindestens einen Sensor zur Erfassung der zugeführten Flüssigkeit (5) in die Zucht-Wanne/Becken (1) sowie eine Auswerte- und Steuerelektronik (11) zur Ermittlung des optimalen Erntezeitpunktes, wobei sich Wasserpflanzen (3) in der Zucht-Wanne/Becken (1) befinden bzw. ausgesät sind.
Vorrichtung zur Ermittlung des optimalen Erntezeitpunktes für Wasserpflanzen gemäß Anspruch 1, wobei mindestens ein Sensor (10) zur Gewichtsermittlung zentral unterhalb der Zucht-Wanne/Becken (1) angeordnet ist.
Vorrichtung zur Ermittlung des optimalen Erntezeitpunktes für Wasserpflanzen gemäß Anspruch 1 und 2, wobei mindestens zwei Sensoren zur Gewichtsermittlung (10) am Rand unterhalb der Zucht-Wanne/Becken (1) angeordnet sind.
Vorrichtung zur Ermittlung des optimalen Erntezeitpunktes für Wasserpflanzen gemäß Anspruch 1 bis 3, wobei mindestens ein Sensor zur Gewichtsermittlung (12) zentral oberhalb der Zucht-Wanne/Becken (1) angeordnet ist und die Zucht-Wanne/Becken (1) mittels Aufhängungen (13) daran befestigt ist.
Vorrichtung zur Ermittlung des optimalen Erntezeitpunktes für Wasserpflanzen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei Sensoren zur Gewichtsermittlung (12) an zwei gegenüberliegenden Seiten oberhalb der Zucht-Wanne/Becken (1) angeordnet sind und die Zucht-Wanne/Becken (1) jeweils mittels Aufhängung (13) daran befestigt ist.
Vorrichtung zur Ermittlung des optimalen Erntezeitpunktes für Wasserpflanzen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zucht-Wanne/Becken (1) auf mindestens einer Feder (14) gelagert steht und eine Gewichtsänderung der Zucht-Wanne/Becken (1) bzw. die damit verbundene Absenkung über mindestens eine Wegmessung/einen Schiebewiderstand (15) erfasst wird, die/der mit der Zucht-Wanne/Becken (1) mechanisch in Verbindung steht.
Vorrichtung zur Ermittlung des optimalen Erntezeitpunktes für Wasserpflanzen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswertung der Widerstandsänderung mindestens eines Schiebewiderstandes (15) über eine Meßbrücke (17) erfolgt.
Vorrichtung zur Ermittlung des optimalen Erntezeitpunktes für Wasserpflanzen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ermittelten Meßwerte des Schiebewiderstandes (15) bzw. der Meßbrücke (17) an eine Auswerte- und Steuerelektronik (11) mittels Datenleitungen (18) übertragen werden.
Vorrichtung zur Ermittlung des optimalen Erntezeitpunktes für Wasserpflanzen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die der Zucht-Wanne/Becken (1) über einen Flüssigkeitszulauf (4) zugeführte Flüssigkeitsmenge (7) über einem Durchflussmesser (5) o. ä. ermittelt und mittels Messleitung (9) an eine Auswerte- und Steuerelektronik (11) übertragen wird.
Vorrichtung zur Ermittlung des optimalen Erntezeitpunktes für Wasserpflanzen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flüssigkeitsmenge in der Zucht-Wanne/Becken (1) durch Ermittlung des Füllstandes (8, 18) automatisch über die Auswerte- und Steuerelektronik (11) durch Steuerung des Zulaufventils (6) mittels Steuerleitung (19) konstant gehalten wird.
Vorrichtung zur Ermittlung des optimalen Erntezeitpunktes für Wasserpflanzen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerte- und Steuerelektronik (11) aufgrund der erfaßten Parameter den optimalen Erntezeitpunkt ermittelt und den Erntevorgang aktiviert.
Vorrichtung zur Ermittlung des optimalen Erntezeitpunktes für Wasserpflanzen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerte- und Steuerelektronik (11) aufgrund der ermittelten Parameter in Verbindung mit der Aufzuchtzeit eine quantitative Aussage treffen kann, ob die Pflanzen gut mit Nährstoffen versorgt oder im Wachstum gehemmt sind.
Vorrichtung zur Ermittlung des optimalen Erntezeitpunktes für Wasserpflanzen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Zucht-Wanne/Becken (1) und die vollständige Sensorvorrichtung (1–19) ein Modul/Baugruppe darstellen, das zu Gruppen erweitert und zusammengeschaltet werden kann.