DE2532986A1

DE2532986A1 - Verfahren und vorrichtung fuer hydrokulturen

Info

Publication number: DE2532986A1
Application number: DE19752532986
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Julinot
Original assignee: CITY GREEN HYDROPONICS Ltd
Current assignee: CITY GREEN HYDROPONICS Ltd
Priority date: 1975-05-07
Filing date: 1975-07-23
Publication date: 1976-11-18
Also published as: US4016677A; AU8362075A; JPS51129740A

Description

Oipl.-lng. H-. MITSCHERLICH Ο-⁸ MÖNCHEN 22

rv I I tr /~iiki^^u>iAmki SteinsdorfstraBe 10

D.pl.-lng. K. GUNSCHMANN ._2966M Dr. rer. not. W. KÖRBER Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS 23. JuIi 1975 PATENTANWÄLTE

City Green Hydroponics Ltd.
6471 Northam Drive
Mississauga, Ontario
Kanada L4V1J2

P at entanmeldung

Verfahren und Vorrichtung für Hydrokulturen

Die Erfindung betrifft ein Bewässerungsveriahren und eine Bewässerungsvorrichtung zum Gebrauch bei Hydrokulturen.

Hydrokulturvorrichtungen zum Züchten von Gemüse, Obst und anderen Kulturpflanzen sind bereits bekannt. Eine solche Vorrichtung weist zweckmäßig eine Gewächskammer auf, die eine Füllung aus einem stückigen Material enthält, in dem die zu züchtende Pflanze wächst, und dieser Kammer wird kontinuierlich oder periodisch eine Nährlösung zugeführt, welche die Nährstoffe für die Pflanzen enthält; die Nährlösung wird in einer Menge zugeführt, die ausreicht, um die stückige Füllung des Behälters feucht zu halten, und es wird zugelassen, daß die überschüssige Nährlösung aus der Gewächskammer abläuft.

Bekanntlich werden auf dem Gebiet der Hydrokultur bereits verschiedene Arten von stückigem Füllmaterial verwendet, und man wählt gewöhnlich Materialien, axe chemisch neutral und für Wasser aufnahmefähig oder nicht aufnahmefähig sind.

Auch die Eigenschaften der Nährlösungen sind bereits bekannt. Die Nährlösungen enthalten Mineralsalze und andere Stoffe, die zum Züchten von Nutzpflanzen benötigt werden. Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Nährlösung der Oberseite der Füllung aus stückigem Material zuzuführen oder sie in diese'

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Füllung einzuleiten oder die Zuführung von der Unterseite der Füllung aus zu bewirken. Um das Auftreten von Pflanzenkrankheiten, das Wachstum von Algen auf der Oberseite der stückigen Füllung und eine Schädigung der wachsenden Pflanzen möglichst zu vermeiden, ist es vorzuziehen, die Nährlösung der Gewächskammer nicht von oben her zuzuführen, sondern sie in den mittleren oder den unteren Teil der Gewächskammer einzuleiten; die Erfindung ist insbesondere auf eine derartige Vorrichtung gerichtet.

Das Zuführen der Nährlösung zum unteren Teil der Gewächskammer ist bereits in den US-Patentschriften 2 983 076 (Morill) und 2 24-1 699 beschrieben worden, die in der US-Patentschrift 3 323 253 (Robins) zitiert sind. Gemäß diesen US-Patentschriften ist die Gewächskammer auf der Oberseite eines Behälters angeordnet, und die Nährlösung wird dadurch von unten nach oben in die Gewächskammer gepumpt, daß der Luftdruck in dem Behälter erhöht wird, um die Lösung in die Gewächskammer hineinzudrücken. Hierbei muß der Behälter natürlich im wesentlichen luftdicht ausgebildet sein, damit der Luftdruck in dem Behälter tatsächlich so weit ansteigen kann, daß die Nährlösung nach oben gedrückt wird.

Daher läßt sich eine solche Vorrichtung nur unter großem Kostenaufwand herstellen und betreiben, und außerdem ist es nur unter Schwierigkeiten möglich, den Zustand der Nährlösung visuell zu prüfen.

Das Zuführen der Nährlösung zum unteren Teil der Gewächskammer ist auch in der US-Patentschrift 2 870 574 (Sheridan) beschrieben, gemäß welcher die Gewächskammer auf der Oberseite eines zusammendrückbaren, die Nährlösung enthaltenden Behälters angeordnet ist. Dieser Behälter, der aus Kunststoff oder Gummi hergestellt sein müßte, soll mit der Hand zusammengedrückt werden, um die Nährlösung nach oben in die Gewächskammer zu drücken. Dies ist jedoch erstens nur bei sehr kleinen Gewächskammern, z.B. bei Blumentöpfen, möglich, und zweitens besteht immer die Gefahr, daß der flexible, zusammendrückbare

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Behälter undicht wird, was insbesondere dann einen Nachteil darstellt, wenn solche Hydrokulturvorrichtungen in Wohnungen benutzt werden sollen.

Eine Zufuhr der Nährlösung zum unteren Teil der Gewächskammer ist auch in den US-Patentschriften 3 323 353 (Robins) und 3 451 162 (Rasmussen) beschrieben. Bei diesen beiden Erfindungen sind Pumpen vorhanden, die dazu dienen, die Flüssigkeit aus dem Behälter nach oben in die Gewächskammer zu drücken, woraufhin die Flüssigkeit wieder abläuft, wobald die Pumpe außer Betrieb gesetzt worden ist.

Bei dieser Anordnung ist das Treibrad der Pumpe ebenso wie eine zugehörige Dichtung und ein Lager der Treibradwelle ständig in die Nährlösung eingetaucht. Dies hat sich in der Praxis in vielen Fällen aus mehreren Gründen als nachteilig erwiesen. Die Nährlösung kann korrodierend wirken, da sie verschiedene Mineralsalze enthält, so daß das Treibrad, die Wellen und die benachbarten Dichtungen und Lager angegriffen werden können. Zweitens neigt die Nährlösung dazu, ^kleine Teilchen der stückigen Füllung der Gewächskammer mitzureißen, und diese Teilchen können sich zwischen dem Treibrad der Pumpe und der Wand des Pumpengehäuses festsetzen und schließlich sogar die Pumpe zum Stillstand bringen.

Bei der Vorrichtung nach der US-Patentschrift 3 323 353 (Robins) sind das Treibrad und der Antriebsmotor erheblich tiefer angeordnet als der Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter, und wenn an der Wellendichtung der Pumpe eine Undichtigkeit auftritt, könnten Teile der Nährlösung in den Elektromotor eindringen und zu Korrosion, elektrischen Kurzschlüssen und dergl. Anlaß geben.

Außerdem werden bei den beiden vorstehend beschriebenen bekannten Vorrichtungen in einem erheblichen Ausmaß im Inneren angeordnete Rohrleitungen benötigt, deren Herstellung und Wartung hohe Kosten verursacht.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hydrokulturvorrichtung zu schaffen, bei der es nicht erforderlich ist, irgendwelche hermetisch abgedichteten Behälter zu verwenden, die ferner nicht zusammendrückbar ist, so daß man keine empfindlichen Membranen oder flexible Materialien benötigt, bei der die Nährlösung der Gewächskammer ohne Benutzung von in die Flüssigkeit im wesentlichen vollständig eingetauchten Treibrädern zugeführt wird, die weiterhin so ausgebildet ist, daß es möglich ist, mehrere solche Vorrichtungen gemeinsam unter Benutzung ein und derselben Steuereinrichtung zu betreiben, so daß einer schon vorhandenen Anlage nach Bedarf weitere Hydrokulturbehälter beigefügt werden können, wobei die Anlage nach einem Baukastensystem aufgebaut ist, sowie eine Hydrokulturvorrichtung mit einem Behälter für die Nährlösung, zu dem ein Flüssigkeitsbehälter gehört, der mit einer Unterstützung kombiniert ist, welche es ermöglicht, eine stückige, vorzugsweise für Wasser aufnahmefähige Füllung oberhalb der Flüssigkeit in dem Behälter zu unterstützen, wobei die Flüssigkeit eine vorbestimmte Standhöhe aufweist.

Gemäß der Erfindung ist eine Flüssigkeitsleitung vorhanden, deren eines Ende in dem Behälter unterhalb der Oberfläche ' der Flüssigkeit angeordnet ist, während ihr anderes Ende einen Auslaß bildet, mittels dessen Flüssigkeit an die stückige Füllung der Gewächskammer abgegeben werden kann. Ferner ist eine Einrichtung vorhanden, die es ermöglicht, nacheinander kleine Luftmengen in den unteren Teil der Flüssigkeitsleitung so einzuleiten, daß Luftblasen entstehen, durch welche die Nährlösung aus dem Behälter zu der stückigen Füllung gefördert wird. Der Durchmesser der Flüssigkeitsleitung ist so gewählt, daß jede Luftblase den Lichtraum der Rohrleitung ausfüllt und beim Hochsteigen die darüber vorhandene Nährflüssigkeit nach oben drückt. Somit bewegen sich jeweils mehrere Luftblasen in der Flüssigkeitsleitung nach oben, wobei sich zwischen je zwei benachbarten Luftblasen eine bestimmte Menge der Nährlösung befindet, so daß diese Teilmengen durch die Luftblasen nach oben gefördert und der stückigen Füllung zugeführt werden. Man kann die Größe der Luftblasen und der zwischen ihnen vorhandenen Abstände

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so einregeln, daß sich jeweils optimale Ergebnisse erzielen lassen.

Der Strom, der durch die Luftblasen und die zwischen ihnen eingeschlossenen Flüssigkeitsmengen gebildet wird, steigt nach oben, um in das obere Ende des Bewässerungsrohrs einzutreten, das im Inneren der stückigen Füllung angeordnet ist, wo der Strom aus Abgabeöffnungen entweicht, so daß die Nährlösung die stückige Füllung befeuchtet, während die Luft aus der Füllung nach oben entweicht. Da die stückige Füllung vorzugsweise für Wasser aufnahmefähig ist, so daß das zugeführte Wasser festgehalten wird, ist die Füllung ständig mit Nährlösung befeuchtet, so daß ein idealer Nährboden für die zu züchtenden Pflanzen vorhanden ist.

die stückige Füllung in der bevorzugten Weise geeignet ist, Wasser in dem Sinne festzuhalten, daß sich die Nährlösung infolge einer Kapillarwirkung verteilt, genügen schon einige wenige Öffnungen im oberen Endabschnitt der Flüssigkeitsleitung, um die Flüssigkeit praktisch innerhalb der gesamten Füllung über und unter den Austrittsöffnungen der Flüssigkeitsleitung zu verteilen. Besitzt die stückige Füllung dagegen nur in einem geringen Ausmaß die Fähigkeit, Wasser festzuhalten, muß man die Flüssigkeitsleitung mit einer größeren Anzahl von Öffnungen versehen, damit sich die Nährlösung in der stückigen Füllung in der gewünschten Weise verteilt; das Fehlen einer Kapillarwirkung tffiei einer Wasser nicht festhaltenden stückigen Füllung bedingt praktisch, daß die Nährlösung nur unterhalb der Ausgänge der Flüssigkeitsleitung verteilt wird, so daß man die Höhe entsprechend wählen muß, in der die Auslässe der Flüssigkeitsleitung anzuordnen sind.

Es ist zu bemerken, daß zugelassen werden kann, daß die Luft über die Wasserauslässe der Wasserzuleitung entweicht, doch ist ferner festzustellen, daß beim Vorhandensein zu kleiner Wasserauslässe die Gefahr besteht, daß sich in der Rohrleitung ein Gegendruck aufbaut, der bestrebt ist, das Aufsteigen der Luftblasen und damit die Zufuhr von Flüssigkeit zu

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behindern. Im Hinblick hierauf wird das obere Ende der Flüssigkeitsleitung vorzugsweise mit einem großen Luftauslaß versehen, der so angeordnet ist, daß ein Abfall des Luftdrucks die Verteilung der Flüssigkeit über die verschiedenen Auslässe oder Düsen nicht beeinträchtigt.

Die aus dem Auslaß entweichende Luft bewirkt außerdem in einem gewissen Ausmaß eine Belüftung des "Bodens" bzw. der stückigen Füllung.

Im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung zahlreiche Vorteile. Es werden keine Flüssigkeitspumpen oder abgedichtete Lager und kein hermetisch abgedichteter Behälter benötigt. Bei der Quelle zum intermittierenden Zuführen von Luft kann es sich um eine mit einem relativ niedrigen Druck arbeitende elektrische Vibratorpumpe handeln. Ein Versagen der Zufuhr von Luft und an dem Luftschlauch oder dem Bewässerungsrohr auftretende Undichtigkeiten führen nicht zu einer Beschädigung anderer Teile, und es kann auch keine Flüssigkeit aus der Vorrichtung entweichen.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt einer bevorzugten Ausführungsform einer Hydrokulturvorrichtung;

Fig. 2 den Grundriß einer bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 3 den Grundriß einer Weiterbildung der Ausführungsform nach Fig. 2; und

Fig. 4 einen vergrößerten Teilschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein an der Oberseite offener Behälter 10 zum Aufnehmen einer Nährflüssigkeit dargestellt, die dem Behälter mit der Hand oder mittels einer Pumpe zugeführt werden kann. Der Behälter 10 soll mit der Nährflüssigkeit bis zu einer Standhöhe gefüllt sein, die zwischen einer Mindeststandhöhe PL

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und einer maximalen Standhöhe L liegt. Ferner ist ein Behälter 12 zum Aufnehmen einer stückigen Füllung vorhanden, der so geformt ist, daß er sich mit seinem Boden 15 in den Behälter 10 einführen läßt. Zu dem Behälter 12 gehören Seitenwände 11, die an ihren oberen Rändern nach außen ragende Flansche aufweisen, mittels welcher sich der Behälter 12 am oberen Rand des Behälters 10 abstützt, um die stückige Füllung in einem bestimmten Abstand von dem höchsten Flüssigkeitsspiegel L in dem Behälter 10 zu unterstützen. Der Boden 15 des Behälters weist Offnungen auf, damit Flüssigkeit aus der stückigen Füllung ablaufen und wieder in den Behälter 10 gelangen kann, doch lassen diese Öffnungen nur kleine Mengen des stückigen Füllmaterials durch. Wie aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, führt das Entweichen kleiner Mengen des stückigen Materials in den unteren Behälter 10 nicht zu einer Beeinträchtigung der Wirkungsweise der Vorrichtung.

Gemäß Fig. 1 ist eine Flüssigkeitsleitung 18 vorhanden, deren eines offenes Ende in dem Behälter 10 unter dem niedrigsten Flüssigkeitsniveau PL angeordnet ist, und dessen anderes Ende durch eine Öffnung im Boden 15 des Behälters 11 ragt und in die stückige Füllung eingebettet ist. Der in die Füllung eingebettete Teil der Rohrleitung 18 weist Öffnungen auf, damit Nährflüssigkeit an den Punkten entweichen kann, an denen die Flüssigkeit in der Füllung verteilt werden soll. Das obere Ende der Rohrleitung 18 ist vorzugsweise offen, wie es in der Beschreibungseinleitung bereits erläutert wurde.

Wird, wie ebenfalls in der Einleitung besprochen, eine stückige Füllung verwendet, die Flüssigkeit festhält, d.h. die eine Kapillarwirkung hervorruft, breitet sich die aus jeder Öffnung der Rohrleitung 18 austretende Nährlösung in einem erheblichen Ausmaß aus, und zwar nicht nur nach unten, sondern auch nach oben und in seitlichen Richtungen. Wird ein solches Wasser festhaltendes stückiges Material verwendet, kann man somit die Anzahl der Öffnungen 17 verringern, und die Öffnungen können weniger hoch angeordnet sein als die höchsten Teile der Füllung, die mit der Nährlösung benetzt werden sollen.

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Soweit das Füllmaterial nicht geeignet ist, Wasser festzuhalten, bilden die bewässerten Zonen in der füllung kegelförmige Abschnitte, die sich von jeder Öffnung 17 aus nach unten vergrößern. Im letzteren Fall müßte somit die Rohrleitung 18 in der größten Höhe angeordnet sein, in welcher eine Bewässerung durchgeführt werden soll.

Ferner ist gemäß Fig. 1 eine Luftleitung 20 vorhanden, die an eine nicht dargestellte Luftquelle angeschlossen ist, und deren offenes Ende in die Rohrleitung 18 so weit hineinragt, daß von der Leitung abgegebene Luftblasen in der Rohrleitung 18 hochsteigen, um zu dem in die Füllung des Behälters 11 eingebetteten Teil der Rohrleitung zu gelangen.

Die Luftquelle wird so geregelt, daß in der Rohrleitung 18 in Abständen verteilte Luftblasen entstehen, die Teilmengen der Nährflüssigkeit nach oben drücken. Der Durchmesser der Rohrleitung 18 muß so gewählt sein, daß diese Rohrleitung nicht als Kapillarrohr wirkt, und ihr Querschnitt wird andererseits dadurch begrenzt, daß sich Luftblasen bilden können müssen, die sich über den ganzen Querschnitt der Rohrleitung erstrecken. Da die Größe, welche die Luftblasen erreichen können, eine Funktion der vorhandenen Oberflächenspannung ist, variiert die Größe der Luftblasen in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Nährstofflösung und der Temperatur. Es hat sich gezeigt, daß sich mit einer Rohrleitung mit einem Durchmesser von etwa 8 mm gute Ergebnisse erzielen lassen; jedoch erscheint es zweifelhaft, ob es möglich ist, mit einer Rohrleitung mit einem Durchmesser von etwa 12,7 mm oder mehr einwandfreie Ergebnisse zu erzielen.

Gemäß Fig. 1 kann die Luft mit Hilfe der Luftleitung 20 in das untere Ende der Rohrleitung 18 über deren offenes Ende eingeführt werden, doch wäre es auch möglich, die Luft durch eine Öffnung in der Wand des nach oben verlaufenden Abschnitts der Rohrleitung 18 einzuführen.

Zwar ist bei der bevorzugten Ausführungsform ein eine stückige Füllung enthaltender Behälter über einem unteren

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Behälter angeordnet, doch ist zu bemerken, daß dies im Rahmen der Erfindung nicht unbedingt erforderlich ist. Es ist nur nötig, daß der mit der stückigen Füllung versehene Behälter höher angeordnet ist als der beschriebene untere Behälter, und daß die Behälter durch eine Rohrleitung 18 zum Portleiten von Flüssigkeit und Luftblasen verbunden sind. Hieraus folgt, daß ein und derselbe untere Behälter mehrere Gewächsbehälter speisen kann, wenn dieser untere Behälter mit jedem oberen Behälter durch eine der Rohrleitung 18 entsprechende Leitung verbunden ist. Es ist erwünscht, daß die aus den Grewächsbehältern ablaufende Nährstofflösung erneut verwendet wird, und daß zu diesem Zweck vorzugsweise jedem oberen Behälter eine Rückleitung zugeordnet ist, die zu dem unteren Behälter führt.

Fig. 3 zeigt lediglich eine Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform, bei der das obere Ende der Rohrleitung als geschlossene Ringleitung 18A ausgebildet ist, die Öffnungen 17 aufweist, aus denen die Flüssigkeit austreten kann.

Beim Gebrauch jeder Vorrichtung nach der Erfindung wird die Luftquelle so eingestellt, daß Luft der Leitung 20 stoßweise zugeführt wird, damit in der Rohrleitung 18 bei beiden beschriebenen Ausführungsarten durch Abstände getrennte Luftblasen entstehen, durch die die Nährstofflösung zu der stückigen Füllung gefördert wird, um sie zu bewässern. Sobald der Spiegel der Nährstofflösung bis auf die Linie PL in Fig. 1 zurückgegangen ist, kann man den Behälter 10 bis zu der oberen Linie L nachfüllen.

Ansprüche: 609847/0249

Claims

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ANSPRÜCHE

1J Vorrichtung zum Bewässern eines stückigen Füllmaterials, as als Träger für zu züchtende Pflanzen geeignet ist, gekennzeichnet durch einen Behälter bzw. eine Schale (12), in der sich das stückige Füllmaterial als Träger für zu züchtende Pflanzen befindet, wobei die Schale mindestens eine Öffnung aufweist, die das Ablaufen einer Nährstofflösung aus der Schale ermöglicht, einen Behälter (10) für die Nährstoff lösung, der es ermöglicht, die Nährstofflösung oberhalb eines vorbestimmten Niveaus (PL) bereitzuhalten, das tiefer liegt als das Niveau der stückigen Füllung in der Schale, eine Flüssigkeitsleitung (18; 18A) mit einem offenen Ende, das in dem Behälter unterhalb des vorbestimmten Niveaus angeordnet ist, wobei das andere Ende der Rohrleitung einen Auslaß für an das stückige Füllmaterial abzugebende Flüssigkeit bildet, wobei der Querschnitt der Flüssigkeitsleitung so gewählt ist, daß es möglich ist, in der Leitung Luftblasen zu erzeugen, die den ganzen Querschnitt der Leitung ausfüllen, sowie durch eine Luftleitung (20), die in der Flüssigkeitsleitung an einer Stelle mündet, deren Lage so gewählt ist, daß Luftblasen, die aus von der Luftleitung abgegebener Luft entstehen, in der Flüssigkeitsleitung hochsteigen.
2. Torrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung vorhanden ist, die dazu dient, aus der Vorrichtung ablaufende Flüssigkeit zu dem Behälter (10) zurüokzuleiten.
3. Verfahren zum Bewässern eines stückigen Füllmaterials, das geeignet ist, eine tragende Unterlage für zu züchtende Pflanzen zu bilden, wobei ein Behälter bzw. eine Schale vorhanden ist, die geeignet ist, das stückige Füllmaterial als Unterlage für zu züchtende Pflanzen aufzunehmen, wobei die Schale mindestens eine Öffnung aufweist, die es einer der Schale zugeführten Nährstofflösung ermöglicht, aus der Schale abzulaufen, wobei ein Behälter vorhanden ist, der geeignet ist,

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eine Nährstofflösung oberhalb eines vorbestimmten Niveaus bereitzuhalten, das tiefer liegt als das Niveau des stückigen Füllmaterials in der Schale, wobei eine Flüssigkeitsleitung vorhanden ist, deren eines offenes Ende in dem Behälter unter dem vorbestimmten Niveau angeordnet ist, während ihr anderes Ende einen Auslaß zum Abgeben von Flüssigkeit an das stückige Füllmaterial bildet, wobei dieser Auslaß mindestens auf dem Niveau angeordnet ist, auf dem die Nährstofflösung dem stückigen Füllmaterial zugeführt werden soll, wobei der Querschnitt der Flüssigkeitsleitung so gewählt ist, daß in ihr Luftblasen erzeugt werden können, welche den gesamten Querschnitt der Flüssigkeitsleitung ausfüllen, und wobei eine Luftleitung vorhanden ist, die in der Flüssigkeitsleitung an einer Stelle mündet, deren Lage so gewählt ist, daß Luftblasen, die aus der durch die Luftleitung zugeführten Luft entstehen, in der Flüssigkeitsleitung hochsteigen, dadurch gekennzeichnet,· daß der Luftleitung Luft intermittierend so zugeführt wird, daß in der Flüssigkeitsleitung Luftblasen mit einer solchen Größe und in solchen zeitlichen Abständen entstehen, daß die Luftblasen die Nährstofflösung bzw. Wasser längs der Flüssigkeitsleitung nach oben fördern.

Der Patentanwalt:

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