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Die bautechnische Architektur von Sportarenen führt sehr häufig zu einem geringen Lichteinfall in den Stadionkörper. Die im Stadion verlegten Rasenplätze bekommen dadurch zu wenig Licht. Der Sportrasen braucht für seine Photosyntheserate und für Wachstum eine bestimmte Lichtmenge. Die zur Verfügung gestellte Lichtmenge muss über dem Lichtkompensationspunkt der Rasenpflanze liegen. Der Lichtkompensationspunkt einer Pflanze gibt an, ab welcher Beleuchtungsstärke das durch den Calvin-Zyklus fixierte Kohlenstoffdioxid und das bei ihrer Atmung ausgeschiedene Kohlenstoffdioxid gerade gleich sind.
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Die Sportarenen werden immer stärker ausgelastet. Es finden im Abstand von meist wenigen Tagen Sportveranstaltungen statt oder es werden andere Großveranstaltungen auf dem Rasen durchgeführt, weshalb in diesen Fällen der Sportrasen abgedeckt werden muss. Die vielen Veranstaltungen nehmen dem Sportrasen die Zeit zur Regeneration. Zudem führt das Problem der geringen Verfügbarkeit von Licht zu Schäden an der Rasenpflanze.
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Seit mehreren Jahren werden nun verstärkt Kunst-Lichtquellen über den Rasenflächen angeordnet, um den Rasen mit Licht zu versorgen. Als Lichtquellen dienen dazu Natrium-Hochdruckdampflampen. Diese Lampen werden mit Anschlussleistungen von 400 W–1000 W betrieben. Natrium-Hochdruckdampflampen sind durch ihr Emissionsmaximum gut als Zusatzbelichtung (Assimilationslicht) im Zierpflanzenanbau geeignet. Diese Lampen verfügen neben einer Verbreiterung der Na-Emissionslinien im gelben Bereich (590 nm) auch über eine Linie im roten (670 nm) Bereich, wie aus der 1 zusehen ist. Die Photosyntheserate der Rasenpflanzen findet abhängig von der Planzenart im Bereich von 445–460 nm (blau) und bei 630–670 nm (rot) statt, wie es in der 2 dargestellt ist.
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Die derzeit eingesetzten Natrium-Hochdruckstrahler haben eine Reihe von nachteiligen Eigenschaften, die sich auf die Qualität des Sportrasens und auf die Energiebilanz der Sportarena auswirken.
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Beispielsweise werden von der Anschlussleistung von 1000 W nur etwa 8–10% in sichtbares Licht umgewandelt. Der Rest der eingebrachten Energie wird in Wärmestrahlung umgewandelt. Von den etwa 8–10% des sichtbaren Lichtes wird dann wiederum nur der Teil, der sich im Bereich von 630 nm–665 nm befindet, von dem Rasen für die Photosynthese genutzt.
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Der in Wärmestrahlung umgewandelte Anteil der eingesetzten Energie kann den Rasen im Boden zusätzlich zu einer Rasen-Heizung im Winter erwärmen. Die Wärmestrahlung wird dabei durch eine Rasentragschicht aus Quarzsand gespeichert und erhöht damit das Temperaturmomentum an der Rasenwurzel und am Rasenblatt. Dieses Temperaturverhalten ist an kalten Wintertagen vorteilhaft, in der meisten Zeit der künstlichen Bestrahlung jedoch schlecht für die Rasenwurzel. Die Rasenwurzel benötigt mehr Wasser oder drosselt das Wachstum, wodurch das Rasenblatt verbrennen kann. Die mit Natrium-Hochdruckdampf betriebenen Rasenwachstums-Strahler sind während der Bestrahlungszeit meist auf mobilen Lichtträgereinheiten angebracht, wobei die Lichtträgereinheiten in Zeitabständen über den Rasen bewegt und positioniert werden. Während dieser Zeit kann der Rasen weder gedüngt noch bewässert werden, da die Natrium-Hochdruckdampflampen nicht in ihrer Leistung gedrosselt bzw. gedimmt werden können und sie daher die gesamte Einschaltzeit mit der gesamten Wärmestrahlung, die sie abgeben (bei 1000 W ca. 900 W) auf den Sportrasen brennen. Die Rasentragschicht aus Quarz speichert die Wärme und die Rasenblätter verbrennen ohne ausreichende Bewässerung. Zudem wird zur Aufbesserung der Rasenfläche immer wieder Rasen-Saatgut aufgebracht. Dieses Saatgut ist der Abwärme der Lichteinheiten ausgesetzt und keimt dadurch teilweise nicht richtig aus.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile der zuvor beschriebenen herkömmlichen Belichtungssysteme zu überwinden, insbesondere soll eine intelligente Lichtbestrahlung zur Verfügung gestellt werden, die nur so viel Energie einsetzt wie gerade notwendig ist, um die Voraussetzung für das Rasenwachstum unter energetisch optimalen Bedingungen zu ermöglichen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Lichtbestrahlung optimal auf die Umgebungstemperatur und/oder die lichtspektrale Zusammensetzung, welche gerade vor Ort benötigt wird, einzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Qualität des Rasens im Jahresverlauf über 12 Monate und insbesondere in den Wintermonaten zu erhalten.
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Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Lichtstrahlervorrichtung zur Förderung des Rasenwachstums gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird eine Lichtstrahlervorrichtung zur Förderung des Rasenwachstums, insbesondere von Sportrasen, zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung mindestens eine LED-Platine und eine Steuer-/Regeleinheit, welche mindestens drei Kanäle umfasst, aufweist. Die Lichtstrahlervorrichtung kann dabei auf Lichtträgereinheiten angebracht und über den Rasen bewegt werden. Vorteilhafterweise sind diese Lichtträgereinheiten höhenverstellbar, wodurch die Lichtstrahlervorrichtung in einer Höhe von minimal 200 mm, bevorzugt von minimal 500 mm bis maximal 2500 mm, besonders bevorzugt bis maximal 1800 mm über der Rasenoberfläche angeordnet werden kann. Die genaue Positionierung der Lichtträgereinheiten kann dabei durch den Rasenpfleger manuell und/oder vollautomatisch erfolgen.
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Erfindungsgemäß verfügt die Lichtstrahlervorrichtung über eine LED-Platine, wobei diese mit integrierten Schaltkreisen und speziellen LED-Aufnahmen zum Aufnehmen von Einzel-LEDs ausgestattet sein kann.
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Weiter verfügt die erfindungsgemäße Lichtstrahlervorrichtung über eine Steuer-/Regeleinheit, welche beispielsweise als Steuerplatine ausgebildet sein kann. Die Steuer-/Regeleinheit überwacht das Temperaturverhalten der LEDs auf der Platine und regelt bei Übertemperatur die Leistung an den LEDs herunter.
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Die Steuer-/Regeleinheit kann über mehrere Kanäle verfügen, von denen je ein Kanal einer LED auf der LED-Platine angesteuert werden kann. Es können jedoch auch mehr als eine LED in entsprechender Schaltung, z. B. in Reihenschaltung, an einem Kanal betrieben werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtstrahlervorrichtung verfügt die Steuer-/Regeleinheit über mindestens sechs oder acht, bzw. über mindestens 10 oder 12 Kanäle.
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Die Kanäle eignen sich dazu, die einzelnen Wellenspektren von 0–100% zu regeln. Diese Regelung macht es möglich, dass exakt dasjenige Lichtspektrum (Wellenlängen) zugeschaltet werden kann, welches der Rasen braucht, um optimal wachsen zu können. Zum Beispiel braucht der Rasen mehr Rotlichtanteile (630–660 nm) in der Keimungsphase oder wenn er schneller wachsen soll, oder er braucht mehr Blau-Lichtanteile (440–460 nm), um stärkere Zellstrukturen auszubilden, da stärkere Zellstrukturen die Belastbarkeit des Sportrasens erhöhen.
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Das Lichtspektrum aus dem Tag (siehe hierzu Normlichtkurve D65) verändert sich über den Tag und während des Jahresverlaufs. Die spektrale Zusammensetzung des natürlichen Lichts, das auf den Sportrasen fällt, kann durch die erfindungsgemäße Lichtstrahlervorrichtung so ergänzt werden, wie es der Rasen für die jeweilige Wachstumsphase benötigt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtstrahlervorrichtung weist diese mindestens eine LED und/oder eine UV-LED und/oder eine OLED (organische Leuchtdiode) auf, welche beispielsweise bevorzugt Wellenlängen im blauen, roten und/oder im UV-Spektralbereich aufweisen. Bevorzugt weist jedoch die erfindungsgemäße Lichtstrahlervorrichtung mindestens eine UV-LED mit Peak bei 395 nm, und/oder mindestens eine LED mit Peak bei 440 nm und/oder mindestens eine LED mit Peak bei 660 nm, auf.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtstrahlervorrichtung wird diese mit acht LED-Platinen mit jeweils 40 W ausgestattet. Zusammen mit einem Netztransformator ergibt sich eine maximale Anschlussleistung von ca. 350 W. Von diesen 350 W Anschlussleistung werden mindestens ca. 15% in für die Synthese brauchbares Licht umgewandelt. Das emittierte Licht ist dabei auf die Photosyntheserate der Pflanze abgestimmt und wird voll in Biomasse umgesetzt, d. h. Längenwachstum, Wurzelwachstum, Verwurzelung und Stärkung der Zellstrukturen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtstrahlervorrichtung verfügt diese zudem über einen IR-Wärmestrahler, welcher beispielsweise in Form eines Wärmestrahlstabs ausgebildet sein kann. Dieser IR-Wärmestrahler kann in den Wintermonaten zugeschaltet werden und kann damit die Blatttemperatur des Rasens erhöhen, was neben der Wurzeltemperatur für den Rasen wichtig ist. Der IR-Wärmestrahler kann dabei an die Steuer-/Regeleinheit der erfindungsgemäßen Lichtstrahlervorrichtung angeschlossen werden oder an eine separate Steuer-/Regeleinheit angeschlossen sein und über diese gesteuert werden.
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Die erfindungsgemäße Lichtstrahlervorrichtung kann zudem über einen IR-tastenden Messkopf-Temperaturgeber verfügen. Der IR-Temperaturgeber tastet mittels eines IR-Strahls die Rasenoberfläche ab und meldet die erfasste Temperatur der Steuer-/Regeleinheit der erfindungsgemäßen Lichtstrahlervorrichtung. Die Steuer-/Regeleinheit vergleicht dann diesen Wert, welcher im Bereich von 0–10 V liegen kann, mit einem hinterlegten Soll-Wert und gibt dann – je nach Soll-Ist-Abgleich – einen Stellwert in ein Ausgangssignal. Das Ausgangssignal kann wiederum zwischen 0 und 10 V liegen. Dieses Ausgangssignal wird wiederum von einem DMX-Umsetzer (Digital Multiplexer), welcher ebenfalls Bestandteil der erfindungsgemäßen Lichtstrahlervorrichtung sein kann, von 0–10 V auf DMX umgesetzt. Hierbei entsprechen 0–10 V einem Wert von 1–255. Über den DMX-Umsetzer wird ein Wert von 0–255 auf einen Leistungsdimmer, welcher ebenfalls von der erfindungsgemäßen Lichtstrahlervorrichtung umfasst werden kann, übertragen. Der Leistungsdimmer kann dabei ein Phasenanschnittsdimmer oder ein Phasenabschnittsdimmer sein. Der Leistungsdimmer regelt dann die abzugebende Leistung des IR-Wärmestrahlers.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtstrahlervorrichtung kann die Steuer-/Regeleinheit zusätzlich auf dem gleichen Weg auch Lichtintensitäten aufnehmen und so dafür sorgen, dass genau das gewünschte Lichtspektrum in der gewünschten Intensität und bedarfsgerechten Zusammensetzung für den Einsatz zur Rasenbestrahlung mit Kunstlicht verwendet wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtstrahlervorrichtung kann diese in Verbindung mit einem Spektrometer so betrieben werden, dass nur das jeweilige Lichtspektrum ausgestrahlt wird, das dem Rasen aktuell fehlt oder für eine bestimmte Rasenzone gerade gewünscht ist, zum Beispiel Licht für Schnellkeimung nach Aussaat in stark beanspruchten Spielfeld-Bereichen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtstrahlervorrichtung kann diese einzeln an einer Einzelaufhängung oder an einer beliebigen Trageinheit befestigt und betrieben werden. Die erfindungsgemäße Lichtstrahlervorrichtung ist jedoch auch mit weiteren Strahlern zu einem System kombinierbar. Neben der technischen Flexibilität sind auch energetische Vorteile der erfindungsgemäßen Lichtstrahlervorrichtung gegenüber konventionellen Beleuchtungssystemen mit Gasdruckentladungslampen herauszustellen.
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Wie aus Tabelle 1 ablesbar ist, wird mit ca. 35% der Leistung einer Natrium-Hochdruckentladungslampe aus dem Stand der Technik (SdT) ca. das 3-fache an photosyntheseaktivem Licht mit der erfindungsgemäßen Lichtstrahlervorrichtung erzeugt. Tabelle 1
| Leuchtentyp | Anschlussleistung | Photosynthese verwertbares Licht bei 1.850 mm Lichtpunkthöhe |
| Natrium-Hochdruck Entladungslampe (SdT) | 1.000 Watt | ca. 65 μmol/m2s–1 |
| Erfindungsgemäße Lichtstrahlervorrichtung | 350 Watt | ca. 185 μmol/m2s–1 |
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Mittels der Lichtstrahlervorrichtung wird eine bedarfsgerechte Zusammensetzung von Lichtspektren und/oder -Intensitäten für den Einsatz zur Rasenbestrahlung mit Kunstlicht eingestellt und anschließend der Rasen mit dieser Zusammensetzung bestrahlt.
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Wenn die Lichtstrahlervorrichtung zusätzlich einen IR-Wärmestrahler (8), einen IR-tastenden Messkopf-Temperaturgeber, einen DMX-Umsetzer und einen Leistungsdimmer aufweist, wird gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Lichtstrahlervorrichtung die Rasenoberfläche vom IR-Temperaturgeber mittels eines IR-Strahls abgetastet und die erfasste Temperatur an die Steuer-/Regeleinheit übermittelt. Anschließend wird mit diesem Temperaturwert einen Soll-Ist-Abgleich durchführt, um damit einen Stellwert zu ermitteln, der in ein Ausgangssignal überführt wird. Das Ausgangssignal wiederum wird dann von einem DMX-Umsetzer auf DMX umgesetzt. Anschließend wird der umgesetzte Wert vom DMX-Umsetzer auf den Leistungsdimmer übertragen, der wiederum anschließend die abzugebende Leistung des IR-Wärmestrahlers regelt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtstrahlervorrichtung führt die Steuer-/Regeleinheit den Soll-Ist-Abgleich mit Werten von 0–10 V durch, wobei das Ausgangssignal zwischen 0 und 10 V liegen kann und/oder wobei der DMX-Umsetzer das Ausgangssignal von 0–10 V in Werte von 1–255 umsetzt. Der DMX-Umsetzer kann dann einen Wert von 0–255 auf den Leistungsdimmer übertragen.
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Wenn die Lichtstrahlervorrichtung zusätzlich ein Spektrometer aufweist, können gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtstrahlervorrichtung Lichtspektren gemessen werden und es wird anschließend nur das jeweilige Lichtspektrum ausgestrahlt, das dem Rasen aktuell fehlt oder gerade gewünscht wird.
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Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Lichtstrahlervorrichtung von Ausführungsbeispielen in Zeichnungen näher beschrieben. Die Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
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Es zeigen:
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1 ein Absorptionsspektrum einer Natrium-Hochdruckdampflampe aus dem Stand der Technik mit Peak bei 630 nm;
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2 ein Absorptionsspektrum einer Rasenpflanze mit Peak bei 440 nm und 640 nm;
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3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtstrahlervorrichtung in Draufsicht von unten;
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4 eine schematische Darstellung der Schnittebene B-B aus 3 in seitlicher Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtstrahlervorrichtung.
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3 sowie 4 zeigen eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtstrahlervorrichtung in einer schematischen Darstellung als Draufsicht von unten sowie als Längsschnitt im Bereich B-B. Zu sehen sind mehrere LED-Platinen 5 sowie die Steuer-/Regeleinheit 7. Weiter zu sehen ist ein Netzteil 6, sowie ein IR-Wärmestrahler 8.
