DE2620218A1

DE2620218A1 - Controlled plant growth unit - consists of chamber with heat insulated trough and air inflow and outflow unit to regulate humidity

Info

Publication number: DE2620218A1
Application number: DE19762620218
Authority: DE
Inventors: Edward Clar; Karl Dr Figge; Hinrich Dipl Phys Marinen; Hans-Joachim Voss
Original assignee: Unilever NV
Current assignee: Unilever NV
Priority date: 1976-05-07
Filing date: 1976-05-07
Publication date: 1977-12-01

Abstract

The appliance for controlling the growth of plants, consists of a chamber made up of a heat-insulated trough (1) containing the nutrient and culture. The container (1) has a perforated insertion piece (4) under which is a funnel shaped floor (2) with outlet which can be closed at the deepest point. A housing (6) which is completely permeable to sunlight, and can be removed has sealed inlets and outlets for the air-conditioning of the chamber. An air inflow and outflow unit consists of an air suction pipe (20), dust filtet (21), flow meter (23), ventilator, gas meter (25) and suction pump (26). An air humidity unit (22) is connected to a regulator. A watering unit works in conjunction with the soil humidity meter. A thermostatically controlled heat exchanger (16) controls the air temp., air and soil humidity in the chamber. Foreign bodies in the discharged air are isolated and examined.

Description

Unilever N.V., Rotterdam / Netherlands

Vorrichtung zur kontrollierten Aufzucht von Pflanzenkulturen in einem abgeschlossenen SystemDevice for the controlled cultivation of plant cultures in a closed system

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontrollierten Aufzucht von Pflanzenkulturen unter bestimmten, automatisch gesteuerten Klimabedingungen in einem abgeschlossenen System,The invention relates to a device for the controlled rearing of plant cultures under certain, automatically controlled climatic conditions in a closed system,

Die Belastung der Umwelt mit Fremdstoffen, insbesondere mit Schadstoffen, wie sie beispielsweise in den Industrieabgasen und -abwassern enthalten sind, sowie die zahlreichen Anwendungen von Düngemitteln, Unkraut- und Schädlingsbekämpfungsmitteln und dgl. in der Land- und Forstwirtschaft haben dazu geführt, daß die Pflanzen, insbesondere Kulturpflanzen, im Freiland in steigendem Maße der ungewollten und unkontrollierten Einwirkung einer Vielzahl von Stoffen ausgesetzt sind, deren Einfluß auf das biologische Geschehen in der Pflanze und damit auf deren Wachstum, Fruchtfolge, Fruchtqualität usw. noch weithin ungeklärt ist. ¥egen der damit verbundenen Risiken für die Gesundheit von Mensch und Tier, aber auch zur Auffindung eventueller positiver Einflüsse auf das Gedeihen von Kulturpflanzen besteht ein akutes Interesse an der Entwicklung geeigneter Vorrichtungen, mit deren Hilfe quantitative Untersuchungen zur Aufklärung derartiger Vorgänge ermöglicht werden können.The pollution of the environment with foreign substances, especially with Pollutants, such as those contained in industrial exhaust gases and wastewater, as well as the numerous applications of fertilizers, weed and pesticides and the like. In agriculture and forestry have this led that the plants, especially crops, im Outdoors are increasingly exposed to the unwanted and uncontrolled effects of a large number of substances, their influence on the biological processes in the plant and thus on its growth, crop rotation, fruit quality etc. is still largely unexplained. ¥ egen the associated risks for human and animal health, but also There is an acute interest in finding possible positive influences on the thriving of cultivated plants the development of suitable devices, with the help of which quantitative investigations to elucidate such Operations can be made possible.

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Der vorliegenden Erfindung· liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die der kontrollierten Aufzucht von Pflanzen, insbesondere von Kulturpflanzen, unter Klimabedingungen, die im wesentlichen denen von Freilandkulturen entsprechen, in einem automatisch gesteuerten, abgeschlossenen System dient und die Durchführung quantitativer Untersuchungen zur Erfassung des Einflusses von Fremdstoffen auf das Gedeihen der Pflanzen sowie des Verbleibs und/oder Abbaus dieser Fremdstoffe auf und in der Pflanze und im Boden ermöglicht.The present invention is therefore based on the object to create a device that enables the controlled rearing of plants, in particular of cultivated plants, under climatic conditions that essentially correspond to those of outdoor crops, in an automatically controlled, completed system and the implementation of quantitative studies to record the influence of foreign substances on the flourishing of the plants as well as the whereabouts and / or degradation of these foreign substances on and in of the plant and in the soil.

Vorrichtungen zur Klimatisierung und Bewässerung sowie ggf. zum Zuführen von Düngemitteln und Schädlingsbekämpfungsmitteln in Gewächshäusern sind bereits bekannt. Es handelt sich dabei um Klimaanlagen, die in Gewächshäusern herkömmlicher Art eingebaut oder in ihnen aufgestellt werden und die über angeschlossene Zuführungen, beispielsweise über mit Austrittsöffnungen versehene Schlauchleitungen, die konditionierte Luft im Gewächshaus verteilen. Vorrichtungen dieser Art sind in DT-OS 2 508 071 und DT-OS 2 21k 977 beschrieben.Devices for air conditioning and irrigation and, if necessary, for supplying fertilizers and pesticides in greenhouses are already known. These are air-conditioning systems that are built into or set up in conventional greenhouses and that distribute the conditioned air in the greenhouse via connected feeds, for example via hose lines provided with outlet openings. Devices of this type are described in DT-OS 2 508 071 and DT-OS 2 21 k 977.

Es sind auch geschlossene Gewächskammern mit Belüftungs-, Temperaturregulierungs- und Befeuchtungseinrichtungen bekannt, die ggf. auch mit einer künstlichen Beleuchtungsanlage versehen werden können. Solche Gewächskammern sind in DT-AS 1 9hh und in DT-OS 2 435 111 beschrieben.There are also closed growing chambers with ventilation, temperature regulation and humidification devices known, which can optionally also be provided with an artificial lighting system. Such growing chambers are described in DT-AS 19hh and in DT-OS 2 435 111.

Diese bekannten Vorrichtungen sind jedoch nicht zur Lösung der erfindungsgemäß gestellten Aufgabe geeignet. Sie bilden nämlich entweder kein in sich geschlossenes System als Voraussetzung für die Durchführung quantitativer Untersuchungen entsprechend der gestellten Aufgabe, oder sie eignen sich nicht zur Simulierung sich ständig wechselnderHowever, these known devices are not suitable for achieving the object set according to the invention. they form namely either no self-contained system as a prerequisite for performing quantitative investigations according to the task at hand, or they are not suitable for simulating constantly changing

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Klimabedingungen, insbesondere nicht zur Simulierung des Freilandklimas an einem bestimmten Ort.Climatic conditions, especially not to simulate the Outdoor climates in a specific location.

Unter Klima versteht man die Gesamtheit der Witterungen während eines mehr oder weniger langen Zeitabschnittes an einem bestimmten Ort. Die die Witterung kennzeichnenden Klimaelemente bestehen im wesentlichen aus Temperatur, Feuchte, Sonnen- und Himmelsstrahlung, Wind, Bewölkung und Niederschlag. Diese Klimaelemente sollten, soweit sie für das Gedeihen der Pflanzen wesentlich sind, in einem Simulator für Freilandklima in möglichst guter Annäherung wiedergegeben werden. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dieses Ziel erreicht.Climate is the totality of the weather during a more or less long period of time a certain place. The climatic elements that characterize the weather essentially consist of temperature, humidity, Solar and sky radiation, wind, cloud cover and precipitation. These climate elements should, as far as they are needed for flourishing of plants are essential in a simulator for outdoor climates are reproduced as closely as possible. This goal is achieved with the device according to the invention achieved.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wurde eine Vorrichtung geschaffen, die gekennzeichnet ist durchTo solve the problem a device was created, which is characterized by

(a) eine Kammer, bestehend aus einer thermisch isolierten Bodenwanne zur Aufnahme des Nährbodens und der Pflanzenkultur, mit durchlöchertem Bodeneinsatz und einem unter dem Bodeneinsatz angeordneten, trichterförmig zulaufenden Boden mit verschließbarem Auslaß an seiner tiefsten Stelle, und einem abnehmbaren, im betriebsfertigen Zustand fest und luftdicht mit der Bodenwanne verbundenen, vollständig sonnenstrahlungsdurchlässigen Gehäuse, mit luftdicht abgedichteten, ggf. absperrbaren Ein- und Auslaßöffnungen für die Einrichtungselemente zur Klimatisierung der Kammer und für die Zuleitungen der Meß- und Regeleinrichtungen ,(a) a chamber consisting of a thermally insulated Bottom tray for receiving the nutrient medium and the plant culture, with a perforated bottom insert and an underneath the bottom insert arranged, tapering in a funnel shape Bottom with a closable outlet at its deepest point, and a removable, fixed in the ready-to-use condition and airtight housing connected to the floor pan, completely permeable to sunlight, with airtight sealed, possibly lockable inlet and outlet openings for the furnishing elements for air conditioning the chamber and for the supply lines of the measuring and control devices,

(b) eine an sich bekannte Be- und Entlüftungsanlage, im wesentlichen bestehend aus Luftansaugrohr, Staubfilter, Durchflußmesser, Ventilator, Gasuhr und Saugpumpe mit Feinregulierventil zur Steuerung des Luftdurchsatzes,(b) a known ventilation system, im essentially consisting of air intake pipe, dust filter, Flow meter, fan, gas meter and suction pump with fine adjustment valve to control the air flow,

(C) eine an sich bekannte Luftbefeuchtungsanlage, die über Luftfeuchtemesser in Verbindung mit einer Regeleinrichtung(C) a per se known air humidification system that has Humidity meter in connection with a control device

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in Abhängigkeit von vorgegebenen Sollwerten oder der jeweiligen Außenluftfeuchte gesteuert wird,depending on specified setpoints or the the respective outside air humidity is controlled,

(d) eine an sieb, bekannte Beregnungsanlage, die über Bodenfeuchtemesser in Verbindung mit einer Regeleinrichtung in Abhängigkeit von vorgegebenen Sollwerten oder der jeweiligen Außenbodenfeuchte in entsprechender Bodentiefe gesteuert wird,(d) a sieve, known sprinkler system that over Soil moisture meter in connection with a control device depending on specified target values or the respective external floor moisture in the corresponding Soil depth is controlled,

(e) ein an sich bekannter, thermostatisch gesteuerter Wärmetauscher zur Steuerung von Lufttemperatur, Luft- und Bodenfeuchte in der Kammer in Abhängigkeit von vorgegebenen Sollwerten oder der jeweiligen Außenlufttemperatur, Außenluftfeuchte und Außenbodenfeuchte in entsprechender Bodentiefe,(e) a known, thermostatically controlled heat exchanger to control the air temperature, air and soil humidity in the chamber depending on given Setpoints or the respective outside air temperature, outside air humidity and outside floor humidity in corresponding Soil depth,

(f) eine an sich bekannte Einrichtung zur Isolierung und zum quantitativen Analysieren von in der Abluft enthaltenen Fremdstoffen.(f) a device known per se for the isolation and quantitative analysis of contained in the exhaust air Foreign matter.

Durch das erfindungsgemäße Zusammenwirken der neuartig konstruierten Kammer (A) mit den in der Vorrichtung kombinierten, an sich bekannten Funktionselementen (β) bis (f) ist es nunmehr möglich, Pflanzenkulturen unter bestimmten, kontrollierten Klimabedingungen, vorzugsweise unter simulierten Freilandklimabedingungen, in einem von der Umwelt abgeschlossenen System aufzuziehen und sie dabei ggf. der Einwirkung bestimmter, mengenmäßig erfaßbarer Fremdstoffe, beispielsweise von umweltbelastenden festen, flüssigen oder gasförmigen Schadstoffen, auszusetzen. Aufgrund der als luftdicht abgeschlossenes System erfindungsgemäß konstruiertgh Kammer mit kontrollierten Ein- und Ausgängen können weiterhin die zu- und abgehenden Stoffe quantitativ erfaßt werden.The inventive interaction of the novel constructed chamber (A) with the known functional elements (β) to (f) combined in the device it is now possible to plant crops under certain controlled climatic conditions, preferably under simulated Outdoor climatic conditions, in one that is closed off from the environment Pull up the system and, if necessary, the action of certain, quantitatively detectable foreign substances, for example to expose solid, liquid or gaseous pollutants to the environment. Because of being airtight closed system constructed according to the invention gh In chambers with controlled entrances and exits, the incoming and outgoing substances can still be recorded quantitatively.

Die Bodenwanne muß entsprechend ihrer Funktion, Nährboden, !fässer und Pflanzenkulturen für längere Zeit aufzunehmen,Depending on its function, the floor pan must accommodate the nutrient medium, barrels and crops for a longer period of time.

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aus robustem, widerstandsfähigen Material bestehen, wozu sich z.B. Stahlblech eignet. Da insbesondere die Innenwände, die ständig mit dem feuchten Boden in Berührung stehen, starken Korrosionskräften ausgesetzt sind, besteht die Bodenwanne vorzugsweise aus ein- oder beidseitig mit Teflon beschichtetem Stahlblech.consist of sturdy, resistant material, for which purpose e.g. sheet steel is suitable. Because especially the inner walls, which are constantly in contact with the damp ground, are strong The floor pan is exposed to corrosion forces preferably made of sheet steel coated with Teflon on one or both sides.

Im unteren Teil der Bodenwanne ruht der Nährboden auf einem mit zahlreichen kleinen Löchern versehenen Bodeneinsatz, der zwecks leichterer Handhabung bei der Reinigung vorzugsweise lose auf einem Rahmen in der Wanne liegt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Bodeneinsatz uhrglasförmig nach oben gewölbt, wodurch er eine höhere Druckbelastbarkeit und Formstabilität erhält. Da der Bodeneinsatz den gleichen korrosiven Kräften ausgesetzt ist wie die Bodenwanne, ist sie ebenfalls bevorzugt aus ein- oder beidseitig mit Teflon beschichtetem Stahlblech ausgeführt.In the lower part of the floor pan, the culture medium rests on a floor insert with numerous small holes, the for easier handling when cleaning, preferably loosely on a frame in the tub. In another In a preferred embodiment, the base insert is in the shape of a watch glass arched upwards, which gives it a higher compressive strength and dimensional stability. Because the ground insert the same Is exposed to corrosive forces like the floor pan, it is also preferably made of one or both sides coated with Teflon Made of sheet steel.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind alle in der Kammer befindlichen Gegenstände aus Metall wie Wärmetauscher, Ventilator, Beregnungsdüse, Heizungskörper und deren Zuleitungen mit einem Überzug aus Teflon versehen. Die Teflonbeschichtung ist insbesondere im Hinblick auf quantitative Untersuchungen von in der Abluft oder im Sickerwasser befindlichen Fremdstoffen und/oder deren Abbauprodukten wesentlich und soll verhindern, daß durch Absorption an der Oberfläche dieser Gegenstände oder durch Artefaktenbildung die quantitativen Untersuchungsergebnisse verfälscht werden. Aufgrund seiner physikalisch-chemischen Eigenschaften, insbesondere seinem inerten Verhalten und seinem geringen Absorptionsvermögen, ist Teflon hierzu besonders geeignet.In a preferred embodiment of the invention are all Metal objects in the chamber such as heat exchangers, fans, irrigation nozzles, heating elements and their Provide supply lines with a Teflon coating. The Teflon coating is particularly quantitative in terms of Investigations of foreign substances in the exhaust air or in the seepage water and / or their degradation products are essential and is intended to prevent absorption on the surface of these objects or the formation of artifacts quantitative test results are falsified. Because of its physicochemical properties, in particular Due to its inert behavior and its low absorption capacity, Teflon is particularly suitable for this.

Das Auswechseln von Pflanzen und Boden in der Bodenwanne wird in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dadurch er-The replacement of plants and soil in the floor pan is achieved in a further preferred embodiment.

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leichtert, daß in die Bodenwanne an Stelle des durchlöcherten Bodeneinsatzes ein räumlich angepaßter Behälter mit durchlöchertem Boden eingesetzt ist, der Nährboden und Pflanzen aufnimmt und erforderlichenfalls mit diesen zusammen schnell und ohne großen Aufwand wieder aus der Bodenwanne herausgenommen werden kann.that eases into the floor pan in place of the perforated Ground insert a spatially adapted container with perforated soil is used, the culture medium and plants takes up and, if necessary, taken out again from the floor pan together with these quickly and without great effort can be.

Der obere Teil der Kammer ist als ein im betriebsfertigen Zustand mit der Bodenwanne luftdicht und fest verbundenes Gehäuse ausgestaltet, das aus einem für die Sonnen- und Himmelsstrahlung praktisch vollkommen durchlässigen Material besteht, d.h. das auch die von normalem Glas absorbierten, für das Wachstum der Pflanzen wichtigen UV-Anteile dieser Strahlung durchläßt. Eine zusätzliche künstliche UV-Strahlungsquelle, wie sie in herkömmlichen geschlossenen Klimakammern vorgesehen ist, erübrigt sich daher. Auf diese Weise wird eine für die Simulierung des Freilandklimas sehr wesentliche Bedingung, nämlich die Herstellung praktisch gleicher Bestrahlungsverhältnisse in der Kammer wie in den - örtlich von der Kammer nicht allzuweit entfernten - Freilandkulturen, in einfacher und sicherer Form erfüllt. Als Material, das diese Ansprüche erfüllt und die für das Gehäuse erforderliche Stabilität besitzt, eignet sich Quarzglas in hervorragendem Maße.The upper part of the chamber is as a ready-to-use State with the floor pan designed airtight and firmly connected housing, which consists of a for the sun and Material that is practically completely permeable to sky radiation, i.e. that is also absorbed by normal glass, For the growth of the plants important UV components of this radiation pass through. An additional artificial UV radiation source, as it is provided in conventional closed climatic chambers, is therefore unnecessary. In this way becomes a very essential condition for the simulation of the outdoor climate, namely the production of practically the same Irradiation conditions in the chamber as in the - locally not too far removed from the chamber - outdoor cultures, fulfilled in a simple and safe form. As a material that meets these requirements and that required for the housing Has stability, quartz glass is excellent Dimensions.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Zuleitungen für die Meß- und Regeleinrichtungen sowie die Einrichtungen für Belüftung, Beregnung und Heizung in einer Montageplatte im oberen Gehäuseteil der Kammer zusammengefaßt.According to a further preferred embodiment of the invention are the supply lines for the measuring and control devices as well as the devices for ventilation, irrigation and heating summarized in a mounting plate in the upper housing part of the chamber.

Alle Ein- und Auslässe der Kammer sowie die Verbindung von Gehäuse und Bodenwanne sind luftdicht ausgeführt und erfüllen damit entsprechend der gestellten Aufgabe die BedingungenAll inlets and outlets of the chamber as well as the connection between the housing and the floor pan are airtight and fulfill thus the conditions according to the task at hand

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eines abgeschlossenen, kontrollierten Systems.a closed, controlled system.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below with reference to one in the drawings illustrated embodiment explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der GesaratvorrichtungFig. 1 is a schematic representation of the Gesaratvorrichtung

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch die Kammer2 shows a schematic longitudinal section through the chamber

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Oberseite der MontageplatteFig. 3 is a plan view of the top of the mounting plate

Fig. k eine Draufsicht auf die Unterseite der MontageplatteFig. K is a plan view of the underside of the mounting plate

Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Befestigungselemente zwischen Gehäuse und Bodenwanne.5 shows a longitudinal section through the fastening elements between the housing and the floor pan.

Die dargestellte Vorrichtung besteht aus der Kammer, die sich aus Bodenwanne 1 und Gehäuse 6 zusammensetzt, sowie den verschiedenen, teilweise in der Kammer, teilweise außerhalb der Kammer angeordneten Einrichtungen zur Erzeugung, Aufrechterhaltung und Steuerung der Klimabedingungen in der Kammer, nämlich einer Be- und Entlüftungsanlage, die im wesentlichen aus Luftansaugrohr 20, Staubfilter 21, Durchflußmesser 23, Ventilator 10, Gasuhr 25 und Saugpumpe 26 mit Feinregulierventil besteht, ferner einer Luftbefeuchtungsanlage 22, einer Beregnungsanlage, deren ¥asserdüse 13 sich im Zentrum des oberen Teiles des Gehäuses befindet, sowie einem Yärmetauscher 16 in der Kammer. Außerdem befindet sich im Abluftstrom ein Luftfeuchtemesser 12. Zur Isolierung und quantitativen Untersuchung von in der Abluft enthaltenen flüchtigen Fremdstoffen wie Kohlendioxid, Chlor, flüchtige organische Abbauprodukte u.a. ist mindestens eine an sich bekannte Kondensations- und Absorptionsanlage 2k in den Abluftstrom eingeschaltet. Um z.B. entsprechende Untersuchungen während der gesamten Vegetationsperiode kontinuierlich durchführen zu können, sind mindestens zwei Anlagen 2k in Parallelschaltung vorgesehen,The device shown consists of the chamber, which is composed of floor pan 1 and housing 6, as well as the various, partly in the chamber, partly outside of the chamber arranged devices for generating, maintaining and controlling the climatic conditions in the chamber, namely a loading and Ventilation system, which consists essentially of air intake pipe 20, dust filter 21, flow meter 23, fan 10, gas meter 25 and suction pump 26 with fine control valve, also an air humidification system 22, a sprinkler system, whose ¥ aster nozzle 13 is located in the center of the upper part of the housing, and a heat exchanger 16 in the chamber. There is also a humidity meter 12 in the exhaust air flow. At least one known condensation and absorption system 2k is connected to the exhaust air flow for the isolation and quantitative analysis of volatile foreign substances such as carbon dioxide, chlorine, volatile organic degradation products and others. In order, for example, to be able to carry out corresponding investigations continuously during the entire vegetation period, at least two 2k systems are provided in parallel,

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Die Bodenwanne 1 hat, wie in Fig. 1 angedeutet, vorzugsweise die Form eines Kreiszylinders, der oben offen ist und dessen Boden 2 trichterförmig nach unten zuläuft mit einer absperrbaren Auslauföffnung an seinem tiefsten Punkt. Die Wand der Bodenwanne 1 ist gegen äußere Temperatureinflüsse thermisch isoliert.As indicated in FIG. 1, the floor pan 1 preferably has the shape of a circular cylinder that is open at the top and the bottom 2 of which tapers down in a funnel shape with a lockable Outlet opening at its lowest point. The wall of the Floor pan 1 is thermally insulated against external temperature influences.

Auf einem an der Innenwand der Wanne 1 wenig oberhalb des trichterförmigen Bodens 2 umlaufenden Rahmen liegt ein runder, mit einer Vielzahl kleiner Löcher versehener Bodeneinsatz k vorzugsweise lose auf, der in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zur besseren Stabilität und erhöhten Druckbelastbarkeit in der Mitte uhrglasförmig nach oben gewölbt ist. Das sich in dem unteren Teil der Bodenwanne 1 ansammelnde überschüssige Wasser sickert durch den durchlöcherten Bodeneinsatz k in den Raum zwischen Bodeneinsatz k und Wannenboden ein und kann von dort in bestimmten Zeitabständen oder kontinuierlich in einen Auffangbehälter 3 abfließen. Das Sickerwasser kann so mengenmäßig erfaßt und quantitativ untersucht werden. A round base insert k , provided with a large number of small holes, rests, preferably loosely, on a frame running around the inner wall of the tub 1 a little above the funnel-shaped base 2, which in a further preferred embodiment rests in a clock-glass-shaped manner in the middle for better stability and increased pressure resistance is arched. The excess water that collects in the lower part of the floor pan 1 seeps through the perforated floor insert k into the space between the floor insert k and the tank bottom and can flow from there into a collecting container 3 at certain time intervals or continuously. In this way, the seepage water can be recorded in terms of quantity and examined quantitatively.

Den oberen Teil der Kammer bildet das Quarzglasgehäuse 6, das in einer bevorzugten Ausgestaltung die Form eines den Abmessungen der Bodenwanne 1 angepaßten, unten offenen Kreiszylinders hat, der oben von einer halbkugelförinigen Kuppel abgeschlossen wird.The upper part of the chamber is formed by the quartz glass housing 6, which in a preferred embodiment has the shape of one of the dimensions the floor pan 1 has adapted, open at the bottom circular cylinder, the top of a hemispherical dome is completed.

Seitlich ist'in die Kuppel des Gehäuses 6 eine Montageplatte 8 eingelassen, in der Öffnungen für die Zuluft 9» für die Wellendurchführuiig des Ventilators 29, für die Wasser zuführung der Beregnungsanlage 28 und für die Zuleitungen der elektrischen Heizung 30 und des Wärmeaustauschers 15 vorgesehen sind. Die Montageplatte ist zweckmäßigerweise aus Teflon.A mounting plate 8 is located laterally in the dome of the housing 6 let in, in the openings for the supply air 9 »for the shaft leadthrough of the fan 29, for the water supply of the sprinkling system 28 and for the supply lines of the electrical heater 30 and the heat exchanger 15 are. The mounting plate is expediently made of Teflon.

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Die Funktion der Montageplatte 8 liegt in erster Linie in der Zusammenfassung der Zuleitungen aller für die Klitnasteuerung wesentlichen Funktionselemente, wodurch eine übersichtliche Anordnung· erreicht wird und die Abdichtung der Kammer sich einfacher gestaltet. Die Montageplatte 8 ist mit dem Quarzglasgehäuse 6 fest verschraubt, wobei durch elastische Dichtungen 18 zwischen Gehäuse 6 und Montageplatte 8 eine hermetische Abdichtung erzielt wird.The function of the mounting plate 8 lies primarily in the combination of the supply lines for all of the clitoral controls essential functional elements, whereby a clear arrangement is achieved and the sealing of the chamber itself made simpler. The mounting plate 8 is firmly screwed to the quartz glass housing 6, with elastic seals 18 between housing 6 and mounting plate 8, a hermetic seal is achieved.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse 6 mit der Bodenwanne 1 über Spannpratzen 7 fest verschraubt (siehe Fig. 5)· Für einen luftdichten Abschluß sorgt dabei eine zwischen den Flanschen liegende elastische Dichtung 18, beispielsweise aus Teflon. Damit die Spannpratzen 7 nicht durch Verkanten oder Verspannen das Quarzglasgehäuse 6 beschädigen können, sind die Druckhebel der Pratzen 7 über nicht abgebildete Kugelgelenke beweglich und können ihren Druck nur über druckverteilend wirkende Andrucksegmente 19 ausüben, die der Kreisform des Gehäuserandes angepaßt sind und den Druck über eine weitere elastische Dichtung 18 auf den Gehäuseflansch weiterleiten.According to a further embodiment of the invention, the housing 6 is firmly screwed to the floor pan 1 by means of clamping claws 7 (see Fig. 5) · An elastic seal between the flanges ensures an airtight seal 18, for example made of Teflon. So that the clamping claws 7 do not tilt or tension the quartz glass housing 6 can damage, the pressure levers of the claws 7 are movable via ball joints not shown and can their Apply pressure only via pressure-distributing pressure segments 19 which are adapted to the circular shape of the edge of the housing and the pressure via a further elastic seal 18 forward to the housing flange.

Zur Belüftung der Kammer wird die Luft durch eine Saugpumpe angesaugt, wobei der Luftdurchsatz durch ein Feinregulierventil an der Saugpumpe 26 eingestellt wird. Die angesaugte und ggf. durch Filter 21 gereinigte und entkeimte Luft erhält erforderlichenfalls in einer Befeuchtungskammer 22 den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt und wird über einen Durchflußmesser 23 und durch die Einlaßöffnung 9 in die Kammer geleitetTo ventilate the chamber, the air is sucked in by a suction pump, with the air throughput being controlled by a fine control valve is set on the suction pump 26. The air that is sucked in and, if necessary, cleaned and sterilized by filter 21 is given if necessary the desired moisture content in a humidification chamber 22 and is measured via a flow meter 23 and passed through the inlet port 9 into the chamber

Die Simulierung der Windbewegungen in der Freilandkultur erfolgt in der Kammer durch mindestens einen in der Kuppel des Gehäuses 6 befindlichen Ventilator 10, der vorzugsweise inThe wind movements in the field culture are simulated in the chamber by at least one in the dome of the Housing 6 located fan 10, which is preferably in

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unmittelbarer Nähe des Zulufteinlasses 9 angeordnet ist und die Zuluft beim Eintritt in das Gehäuse 6 in alle Richtungen in der Kammer verteilt, wobei die Intensität der Verteilung durch die variierbare Umlaufgeschwindigkeit des Ventilators 10 in gewissen Grenzen verändert werden kann. Damit die Luftströmung möglichst gleichmäßig den gesamten Kammerraum erreicht und nicht etwa bevorzugte Windzonen bildet, ist die Auslaßöffnung 11 für die Abluft in der Nähe des unteren Randes des Gehäuses 6 bevorzugt so angeordnet, daß sie sich an der der Lufteintrittsöffnung9 gegenüberliegenden Seite befindet. Es hat sich gezeigt, daß es im Normalfall ausreicht, wenn die Luftgeschwindigkeit so geregelt wird, daß pro Stunde ein etwa 2- bis 4-facher Luftwechsel in der Kammer erfolgt.is arranged in the immediate vicinity of the supply air inlet 9 and the supply air is distributed in all directions in the chamber as it enters the housing 6, the intensity of the distribution can be changed within certain limits by the variable speed of rotation of the fan 10. So that the air flow reaches the entire chamber space as evenly as possible and not preferred wind zones forms, the outlet opening 11 for the exhaust air is in the vicinity of the lower edge of the housing 6 preferably arranged so that they are opposite to the air inlet opening 9 Side is located. It has been shown that it is sufficient in the normal case if the air speed is regulated so that air changes approximately 2 to 4 times per hour in the chamber.

Die Befeuchtungskammer 22 wird mittels bekannter, hier nicht weiter zu erläuternder Meß- und Regeleinrichtungen in Abhängigkeit von vorgegebenen Sollwerten gesteuert. Wird der Sollwert durch die jeweilige Außenluftfeuchte bestimmt, dann ist außer dem die Luftfeuchte in der Kammer messenden Feuchtemesser 12 noch mindestens ein weiterer, nicht abgebildeter Luftfeuchtemesser zur Messung der Außenluftfeuchte des maßgebenden Freilandklimas erforderlich. Erweist sich die angesaugte Luft als zu trocken, dann wird durch den Steuerungsmechanismus die Sprühdüse in der Befeuchtungskammer 22 geöffnet und die hindurchströmende Luft entsprechend befeuchtet, bis der Sollwert erreicht ist. The humidification chamber 22 is by means of known, not here further to be explained measuring and control devices controlled as a function of predetermined setpoints. Becomes the setpoint determined by the respective outside air humidity, then is except the humidity meter 12 measuring the humidity in the chamber at least one further humidity meter, not shown for measuring the outside air humidity of the relevant outdoor climate necessary. If the sucked in air turns out to be too dry, the control mechanism will reduce the Spray nozzle in the humidification chamber 22 opened and the flowing through it Air humidified accordingly until the setpoint is reached.

Ist die angesaugte Luft verglichen mit dem Sollwert zu feucht, dann wird über eine Meß- und Regeleinrichtung bekannter Ausführung eine in der Kammer in einigem Abstand von der Unterseite der Montageplatte 8 angeordnete Heizung 14 (siehe Fig. k) eingeschaltet. Die Einschaltung erfolgt über einen Sicherheits- If the air sucked in is too humid compared to the nominal value, then a heater 14 (see FIG. K) arranged in the chamber at some distance from the underside of the mounting plate 8 is switched on via a measuring and control device of known design. It is switched on via a safety

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thermostaten, der auf einen Grenzwert, z.B. 30 C, eingestellt ist und der die Heizung ausschaltet, wenn die Temperatur in der Kammer den Grenzwert beispielsweise bei einer Störung der Anlage überschreitet. Durch die eingeschaltete Heizung wird die Luft erwärmt und der Sollwert der Lufttemperatur bald überschritten. Infolgedessen wird die Kühlung des automatisch gesteuerten Wärmetauschers 16 eingeschaltet. An den gekühlten Flächen des Wärmetauschers 16 kondensiert sich nunmehr Wasser, das sich in einer unter dem Wärmetauscher 16 angeordneten, nicht abgebildeten Rinne sammelt und in einer absperrbaren, luftdicht durch die Kammerwandung nach außen geführten Leitung abfließen kann. Gleichzeitig wird damit die Luft in der Kammer entfeuchtet, bis der erwünschte Sollwert erreicht ist. Wärmetauscher 16 und Heizung ~\h werden nach Erreichen der Sollwerte für Lufttemperatur und Luftfeuchte automatisch abgeschaltet.thermostat which is set to a limit value, for example 30 C, and which switches off the heating when the temperature in the chamber exceeds the limit value, for example in the event of a fault in the system. When the heater is switched on, the air is warmed up and the setpoint for the air temperature is soon exceeded. As a result, the cooling of the automatically controlled heat exchanger 16 is switched on. On the cooled surfaces of the heat exchanger 16, water now condenses, which collects in a channel (not shown) arranged under the heat exchanger 16 and can flow off in a lockable, airtight line through the chamber wall to the outside. At the same time, the air in the chamber is dehumidified until the desired setpoint is reached. Heat exchanger 16 and heating ~ \ h are automatically switched off after the target values for air temperature and air humidity have been reached.

Neben der Lufttemperatur und der Luftfeuchte wird als weiteres wesentliches Klimaelement die Bodenfeuchte in der Kammer in Abhängigkeit von vorgegebenen oder durch die jeweiligen Freilandbedingungen bestimmten Sollwerten gesteuert. Die Sollwerte für jedes dieser Klimaelemente werden von geeigneten, an sich bekannten Temperatur- und Feuchtemeßfühlern, die sich innerhalb und ggf. außerhalb der Kammer in geeigneten Positionen befinden, in bekannter Weise an geeignete Regeleinrichtungen geliefert. Die die Freilandklimabodingungen messenden Fühler können beispielsweise an bzw. in einem neben der Kammer im Freien befindlichen, etwa die gleiche Bodenfläche und das gleiche Bodenvolumen umfassenden Freilandbehälter angebracht sein.In addition to the air temperature and humidity, there is another essential climatic element is the soil moisture in the chamber depending on given or by the respective field conditions controlled by certain setpoints. The setpoints for each of these climate elements are appropriate, per se known temperature and humidity sensors, which are located inside and, if necessary, outside the chamber in suitable positions are delivered in a known manner to suitable control systems. The sensors measuring the outdoor climate conditions can, for example, on or in an outdoor area next to the chamber, about the same floor area and that the same volume of soil should be attached to the open-air container.

Um eine den Frexlandverhältnissen möglichst nahekommende Steuerung der Bodenfeuchte in der Kammer zu erreichen, sindIn order to come as close as possible to the Frexland conditions Control of soil moisture in the chamber are to be achieved

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mindestens je zwei an sich bekannte Bodenfeuchtemesser sowohl in der Bodenwanne 1 als auch im Freiland bzw. in einem vergleichbaren Freilandbehälter in paarweise einander entsprechenden Tiefen im Boden plaziert. Ist die Bodenfeuchte in der Kammer größer als der vorgegebene oder gemessene Sollwert, so wird wie bei der Reduzierung der Luftfeuchte verfahren. Der Steuerungsmechanismus schaltet zunächst die Heizung lh und, beim Überschreiten des Temperatur-Sollwertes, die Kühlung des Wärmetauschers 16 ein, so daß sich das dem Boden entzogene Wasser an den Kühlflächen des Wärmetauschers 16 kondensiert und über die unter dem Wärmetauscher befindliche Rinne mit der luftdicht durch die Kammerwandung nach außen geführten Leitung abfließt. Sobald die in der Bodenwanne durch die Bodenfeuchtemesser 5 gemessene Bodenfeuchte den Sollwert erreicht hat, werden Heizung lh und Wärmetauscher 16 automatisch abgeschaltet,at least two per se known soil moisture meters placed both in the floor pan 1 and in the open air or in a comparable open air container in pairs corresponding to depths in the soil. If the soil moisture in the chamber is greater than the specified or measured setpoint, the procedure is the same as for reducing the air humidity. The control mechanism first switches on the heating lh and, when the temperature setpoint is exceeded, the cooling of the heat exchanger 16, so that the water withdrawn from the ground condenses on the cooling surfaces of the heat exchanger 16 and is airtight through the channel under the heat exchanger the chamber wall drains off the line led to the outside. As soon as the soil moisture measured in the floor pan by the soil moisture meter 5 has reached the target value, the heating lh and heat exchanger 16 are automatically switched off,

Bei Trockenheit, d.h. wenn die Bodenfeuchte in der Kammer unter dem Sollwert liegt, kann mit Hilfe einer vorzugsweise im Zentrum des oberen Gehäuseteils vorgesehenen Sprühdüse 13» die Teil einer an sich bekannten Beregnungsanlage ist, auch Regenwetter simuliert werden. Mit Rücksicht auf die begrenzte Aufnahmefähigkeit der in dem geschlossenen System vorhandenen Bodenmenge ist die Beregnungsanlage als Langsamregner so dimensioniert, daß eine Leistung von etwa 2 bis 7 mm Wasser pro Stunde pro Quadratmeter Bodenfläche eingestellt werden kann, was in der Ergiebigkeit einem milden Landregen entspricht. Die Beregnungsanlage wird ebenfalls über Bodenfeuchtemesser 5 gesteuert, die in verschiedenen Bodentiefen plaziert sind.If it is dry, i.e. if the soil moisture in the chamber is below the target value, an im Spray nozzle 13, which is provided in the center of the upper housing part and which is part of a per se known sprinkler system, too Rainy weather can be simulated. With regard to the limited capacity of those present in the closed system Soil amount of soil, the sprinkler system is dimensioned as a slow sprinkler so that an output of about 2 to 7 mm of water per hour per square meter of floor area can be set, which corresponds in productivity to a mild rain. The sprinkler system is also controlled by soil moisture meters 5, which are at different soil depths are placed.

Um bei einem Ausfall der Regeleinrichtungen Schaden durch überfluten, Überhitzen oder Unterkühlen zu verhindern, sindIn order to cause damage in the event of a failure of the control equipment flooding, overheating or overcooling are to be prevented

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entsprechende, an sich bekannte Sicherheitsschaltungen vorgesehen, die im Falle der Gefahr den betreffenden Steuerungsteil abschalten und ein Alarmsignal auslösen können.appropriate safety circuits known per se are provided, which, in the event of danger, can switch off the relevant control unit and trigger an alarm signal.

Selbstverständlich können in der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht nur die Bedingungen eines natürlichen Freilandklimas simuliert werden, sondern auch wie in Klimakammern bekannter Bauart vorgegebene künstliche Klimata hergestellt und aufrechterhalten werden. In solchen Fällen können die vorgegebenen Sollwerte den Regeleinrichtungen von Hand oder über geeignete Programmgeber eingegeben werden.Of course, in the device according to the invention not only the conditions of a natural open-air climate can be simulated, but also, as in climatic chambers, better known Artificial climates specified by the design are established and maintained. In such cases, the specified Setpoints can be entered into the control equipment manually or using a suitable programmer.

Ferner können Einrichtungen zur kontinuierlichen Registrierung der vorgegebenen Sollwerte und der gemessenen Istwerte vorgesehen werden, so daß eine ständige Kontrolle der einzelnen Klimaelemente möglich ist. Alle Klimaparameter können auf diese ¥eise erfaßt werden, wobei die Strahlungsintensität ggf. mittels einer zweckmäßig in der Montageplatte 8 angeordneten Photozelle gemessen werden kann. Außerdem können für bestimmte Versuchszwecke, die den Einfluß verschieden langer, von der Tageslichtdauer abweichender Belichtungszeiten, z.B. auf das Wachstum der Pflanzen, zum Gegenstand haben, entsprechende Einrichtungen vorgesehen werden. Beispielsweise kann eine künstliche Beleuchtungsanlage in der Kammer, z.B. unter der Montageplatte 8, vorgesehen werden, wenn die Belichtungszeiten über die Tageslichtdauer hinaus verlängert werden sollen, oder es können Jalousien o.a. das Tageslicht abschirmende Einrichtungen innerhalb oder außerhalb des Gehäuses 6 angebracht werden zur Verkürzung der Belichtungszeiten. Furthermore, devices can be provided for the continuous registration of the predetermined setpoint values and the measured actual values so that a constant control of the individual climate elements is possible. All climate parameters can be this ¥ can be detected, the radiation intensity possibly by means of an expediently arranged in the mounting plate 8 Photocell can be measured. In addition, for certain experimental purposes that influence the influence of different lengths, Exposure times deviating from the daylight duration, e.g. on the growth of the plants, have appropriate Facilities are provided. For example, an artificial lighting system in the chamber, e.g. under the mounting plate 8, if the exposure times are extended beyond the daylight duration or there can be blinds or other daylight-shielding devices inside or outside the housing 6 can be attached to shorten the exposure times.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhaft eingesetzt werden bei solchen Untersuchungen, bei denen besonderer YertThe device according to the invention can advantageously be used in such examinations in which particular Yert

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auf quantitative Ergebnisse gelegt wird. So lassen sich mit ihrer Hilfe unter praxisnahen Bedingungen der Abbau bzw. Verbleib zahlreicher Umweltchemikalien auf und in der Pflanze und im Boden quantitativ untersuchen, beispielsweise der Abbau bzw. Verbleib von Unkraut- und Schädlingsbekämpfungsmitteln, von umweltbelastenden Schwefel-, Chlor- und Fluorverbindungen, flüchtigen organischen Verbindungen, Düngemitteln usw. Ferner können unter Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung qualitative und quantitative Untersuchungen über den Einfluß solcher oben genannter Fremdstoffe auf das Wachstum, Blühen und Fruchtbringen von Pflanzen, insbesondere von Kulturpflanzen, durchgeführt werden, wobei u.a. für die Ermittlung der für die betreffenden Pflanzensorten gerade noch verträglichen Grenzkonzentrationen bestimmter Fremdstoffe, z.B. der Grenzkonzentration von in der Luft vorhandenen Schadgasen, die Vorrichtung nach der Erfindung besonders vorteilhaft eingesetzt werden kann. Vor allem bietet die Vorrichtung aufgrund ihrer konstruktiven Ausgestaltung nach der Erfindung gute Bedingungen für Untersuchungen mit radioaktiv markierten Substanzen, bei denen die Erzielung einer guten Gesamtbilanz von Vorrichtungen mit der Möglichkeit zu sorgfältigem quantitativen Arbeiten abhängt.focus on quantitative results. With their help, they can be dismantled or kept under realistic conditions numerous environmental chemicals on and in the plant and quantitatively investigate the soil, for example the breakdown or fate of weed and pesticides, of environmentally harmful sulfur, chlorine and fluorine compounds, volatile organic compounds, fertilizers etc. Furthermore, using the device according to the invention, qualitative and quantitative examinations can be carried out on the influence of such above-mentioned foreign substances on the growth, flowering and fruiting of plants, in particular of Cultivated plants, are carried out, including for the Determination of the tolerable limit concentrations of certain foreign substances for the plant varieties concerned, e.g. the limit concentration of harmful gases present in the air, the device according to the invention is particularly advantageous can be used. Above all, the device offers due to its structural design according to the invention good conditions for examinations with radiolabelled Substances in which the achievement of a good overall balance of devices with the possibility of careful quantitative Work depends.

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Claims

Device for the controlled cultivation of plant cultures under certain, automatically controlled climatic conditions in a closed system by

(a) a chamber, consisting of a thermally insulated floor pan (1) for receiving the nutrient medium and the plant culture, with a perforated floor insert (k) and a funnel-shaped bottom (2) arranged under the floor insert (4) with a closable outlet at its deepest point, and a removable housing (6) which is firmly and airtightly connected to the floor pan (1) and is completely permeable to sunlight, with sealed, possibly lockable inlet and outlet openings for the furnishing elements for air conditioning the chamber and for the supply lines to the floor pan (1) Measuring and control equipment,

(b) a known ventilation system, im essentially consisting of air intake pipe (20), dust filter (21), flow meter (23), fan (10), Gas meter (25) and suction pump (26) with fine control valve,

(c) a known air humidification system (22), the air humidity meter in connection with a Control device controlled as a function of predetermined setpoints or the respective outside air humidity will,

(d) a per se known sprinkler system (13)> the soil moisture meter in connection with a

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Control device depending on specified target values or the respective external floor moisture is controlled in the appropriate ground depth,

(Ε) a known, thermostatically controlled heat exchanger (16) for controlling air temperature, Air and soil humidity in the chamber as a function of specified target values or the respective Outside air temperature, outside air humidity and outside floor humidity in the appropriate soil depth,

(f) a device known per se for the isolation and quantitative analysis of substances contained in the exhaust air Foreign matter.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the floor pan (1) and the floor insert (h) consist of sheet steel coated on one or both sides with Teflon.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the floor insert (k) is loosely arranged on a frame in the floor pan (i).

H. Device according to claims 1 to 3 »characterized in that the base insert (k) is curved upwards in the shape of a watch glass.

5. Apparatus according to claim 1, characterized in that in the floor pan (1) instead of the floor insert (h) a spatially adapted container with a perforated floor is inserted.

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6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (6) consists of quartz glass.

7. Device according to claims 1 to 6, characterized in that the feeds for the measuring and control devices and the devices for ventilation, irrigation and heating are combined in a mounting plate (8) are.

8. Apparatus according to claim 7> characterized in that the mounting plate (8) is in the upper housing part (6) the chamber is located.

9. Device according to claims 1 to 8, characterized in that that the outlet opening (11) for the Exhaust air near the lower edge of the housing (6) at the one opposite the air inlet opening (9) Side is located.

10. Device according to claims 1 to 9 »characterized in that that at least one fan (10) in the upper part of the housing (6) in the immediate vicinity of the air inlet opening (9) is arranged.

11. Device according to claims 1 to 10, characterized in that the spray nozzle (13) of the sprinkling system is arranged in the center of the upper housing part.

12. Device according to claims 1 to 11, characterized in that the housing (6) with the floor pan (1) over

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Clamping claws (7) and by means of a between the Flanges located elastic seal (18) firmly and is screwed airtight.

13 · Device according to claims 1 to 12, characterized in that all in the chamber, in particular in the housing (6) the metallic objects located are provided with a Teflon coating.

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