DE4441521A1 - Automatisch arbeitende Anlage zur optimalen dauerhaften Bewässerung von Zimmerpflanzen in Hydro- und Erdkultur und jeder anderen Art - Google Patents

Description

Zimmerpflanzen erfordern eine ständige Wartung und Pflege, die sich vor allem auf die regelmäßige und richtig dosierte Was­ serzufuhr erstreckt. Gerade in Zeiten längerer Abwesenheit ist letzteres problematisch.

Beim Gießen wird die Wassermenge ersetzt, die entweder von der Pflanze aufgenommen wurde oder verdunstet ist. Dabei hängt diese Wassermenge im wesentlichen nicht nur von der Pflanzen­ art sondern von sich ständig ändernden äußeren Umständen wie Zimmertemperatur, Luftfeuchte, Lichtintensität, Jahreszeit, Wachstum der Pflanze, etc. ab.

Bei einigen bisher bekannten Ausführungen müssen Bewässerungs­ intervall und Bewässerungsmenge eingestellt werden - im besten Fall für jedes Pflanzgefäß einzeln. Eine automatische Anpas­ sung an den sich ändernden tatsächlichen Wasserbedarf der Pflanze erfolgt nicht. Zudem ist es mühsam und zeitaufwendig einigermaßen passende Einstellungen für die unterschiedlich­ sten Pflanzgefäße und Pflanzen herauszufinden. Bis dahin ist die Wasserabgabe an die Pflanzen zu hoch oder zu niedrig, was zu Schäden oder im Extremfall bereits zur Vernichtung der Pflanzen führen kann.

Andere Ausführungen hingegen versuchen - auf meist recht ein­ fache Weise - die Bodenfeuchte konstant zu halten (z. B. porö­ ser Tonkegel). Damit sich die Bodenfeuchte passend einstellen kann, müssen Pflanzgefäß und Wasserbehälter in richtiger Hö­ hendifferenz stehen. Außerdem ist die Flüssigkeitsleitung zwi­ schen Wasserbehälter und Pflanzgefäß meist sehr kurz (Wasser wird über Kapillarwirkung der Leitung und Saugwirkung der Pflanze "angesaugt"). Schwierig wird es, wenn man mehrere Pflanzen aus einem Wasserbehälter aus versorgen will. Proble­ matisch ist vor allem auch die Bewässerung von Pflanzen, die nicht am Boden aufgestellt sind (z. B. Hängeampel, im Regal, auf dem Schrank, etc.).

Ein freies, den Wohnverhältnissen angepaßtes Plazieren der Gefäße wird deutlich erschwert. Gerade aber langfristigen oder saisonellen Änderungen des Wasserbedarfs der Pflanze passen sich auch diese Systeme nicht selbsttätig an (z. B. im Winter bei gleicher Höhendifferenz wird Erde viel zu feucht). Deswei­ teren ist dieses System nicht für Pflanzen in Hydrokultur ge­ eignet.

Ausgehend von den Grundkriterien und den Mängeln bekannter Ausführungen hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, eine automatisch arbeitende Anlage zu schaffen, die eine Bewässerung von Zimmerpflanzen jeder Art (Hydrokultur, Erdkultur, etc.) über lange Zeiträume gewährleistet, wobei der Aufwand an Technik sich in Grenzen halten sollte. Desweiteren sollte die Anlage für alle gängigen Pflanzgefäße mit möglichst geringem Montageaufwand einsetzbar sein und so­ fort nach der Montage ohne aufwendige Voreinstellungen funk­ tionsfähig sein.

Ferner sollten die Möglichkeiten der Plazierung und Gestaltung der Pflanzgefäße, des/der Wassergefäße und der restlichen Komponenten der Anlage (Schläuche, Kabel, etc.) gemäß den ge­ wünschten Wohnverhältnissen soweit wie möglich nicht eingeengt werden.

Außerdem sollte die Anlage so beschaffen sein, daß die notwen­ dige Düngung der Pflanzen während der Bewässerung erfolgen kann (mit Flüssigdünger).

Zur Lösung dieser Aufgaben dient nach Erfindung eine Anlage, welche gekennzeichnet ist durch einen an beliebiger Stelle befindlichen Flüssigkeitsvorratsbehälter, einen oder mehreren elektromechanischen Elementen zum Befördern und Verteilen der Flüssigkeit (z. B. Pumpe, Ventile, Magnete), ein Leitungssystem zu den Pflanzen (z. B. dünne, flexible Kunststoffschläuche mit - vorteilhaft an der Außenseite angebrachten - stromleitenden Drähten) sowie mindestens je einen elektrischen Sensor pro Pflanzgefäß, dessen Steuerstrom einer elektronischen Schaltung zugeführt wird, die wiederum die Elemente zum Befördern und Verteilen der Flüssigkeit ansteuert.

Der Sensor besteht aus mindestens zwei bzw. drei voneinander isolierten elektrischen Leitern (z. B. Metallstäbe, Folie mit aufgetragenen Leiterbahnen, Kabel, etc.; bevorzugt aus nichtro­ stenden Materialien), über denen ein Steuerstrom fließt, wenn sie in Wasser (oder anderer elektrisch leitenden Flüssigkeit) eingetaucht bzw. damit benetzt sind.

Ein der vorliegenden Erfindung entsprechendes Ausführungsbei­ spiel dient zur dauerhaften geregelten Bewässerung von Pflan­ zen in Hydrokultur.

Zur Ansteuerung der Bewässerung dient ein Sensor mit drei un­ terschiedlich langen elektrisch leitenden Stäben (bevorzugt aus nichtrostendem Stahl), die zwischen Übertopf (Hydrokultur­ gefäß) und Pflanzgefäß senkrecht nach unten in die Flüssigkeit ragen (siehe Abb. I).

Der linke Stab des in Abb. I unten dargestellten Sensors ragt bis unterhalb des minimalen Flüssigkeitsniveaus und ist mit der Spannungsversorgung verbunden. Der zweite etwas kürzere (oder mindestens gleich lange) Stab reicht exakt bis zur Höhe des minimalen Flüssigkeitsniveaus. Durch ihn wird der Beginn des Bewässerungsvorgangs ausgelöst, wenn der Flüssigkeitsstand unterhalb der untersten Spitze des Stabes sinkt und somit kein Steuerstrom mehr fließen kann. Während des Bewässerungsvor­ gangs steigt der Flüssigkeitsspiegel bis er die unterste Stel­ le des dritten Stabes berührt. Dabei fließt ein Steuerstrom über den dritten Anschlußpol des Sensors zum elektronischen - Steuergerät, welches den Bewässerungsvorgang sofort beendet (Pumpe aus).

Die Minimal- und Maximal-Werte des einzuregelnden Flüssig­ keitsstandes (entspricht Beginn und Ende eines Bewässerungs­ vorgangs) können durch entsprechendes Kürzen der Stäbe des Sensors unterschiedlichen Gefäßgrößen und Pflanzenarten ange­ paßt werden.

Die einzelnen Sensorstäbe sind weitgehend mit einem Isolier­ lack überzogen, um störende Kriechströme durch herauswachsende Wurzeln, Granulat, etc. zu verhindern. Nur an der untersten Spitze und an der Anschlußstelle oben sind sie unisoliert. Werden die Stäbe gekürzt, so ist die untere Schnittfläche (die für eine funktionierende Ansteuerung entscheidend ist) elek­ trisch leitend.

Die elektrisch leitenden Stäbe sind am Sensor entweder mit einem Anschlußstecker oder besser direkt mit einem Anschlußka­ bel verbunden, der die elektrische Verbindung zum Steuergerät herstellt. Im zweiten Fall lassen sich Probleme durch Kriech­ ströme am Anschlußstecker (hervorgerufen z. B. durch Spritzwas­ ser) auf einfache Weise umgehen.

Vorteilhafterweise kann der Ausgießer mit Anschluß an das Leitungssystem (Schlauchanschluß) mit dem Sensor im selben Bauteil integriert sein. Damit muß nur ein Bauteil am Pflanz­ gefäß montiert werden. Flüssigkeitsleitung und Verbindungska­ bel können ebenfalls mechanisch verbunden sein (Drahtlitzen sind an der Außenseite des Schlauches angebracht). Damit wird auch das optische Aussehen der Anlage verbessert (kein Kabel- und Schlauch-"Wirrwarr").

Mittels einer an der Sensorbaugruppe angebrachten Haltevor­ richtung (Federclip, Anpressung durch Schraube, etc.) kann dieser von oben auf das Pflanzgefäß aufgesteckt und befestigt werden (siehe Abb. I oben). Ein Herausnehmen des Pflanzgefäßes aus dem Übertopf ist nicht erforderlich. Zusätzlich kann der Sensor in der Höhe etwas verschoben werden, womit die einzure­ gelnden Flüssigkeitsniveaus innerhalb gewisser Grenzen einge­ stellt werden können (z. B. auch als Anpassung für Sommer/Win­ ter). Ist nur ein Gefäß in der Funktion von Pflanzgefäß und Übertopf vorhanden, so wird der Sensor mit den Stäben nach unten in das Granulat bis zum einzuregelnden Flüssigkeitsstand eingeschoben.

Alternativ kann die Sensorbaugruppe in Bezug auf deren äußeren Abmessungen so gestaltet sein, daß diese in die für den Was­ serstandsanzeiger vorgesehene Halterung des Hydrokulturgefäßes eingesetzt wird. Abb. II zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem zweipoligen Sensor. Für die automatische Bewässerung ist der Wasserstandsanzeiger nicht notwendig.

Zusätzlich ist ein vierter Anschlußpol am Sensor oder in der Sensorzuleitung mit erstem Anschlußpol (Versorgungsspannung) verbunden. Damit wird sicherheitshalber die Versorgungsspan­ nung für das elektronische Schaltgerät unterbrochen, wenn der Sensor nicht angeschlossen ist. Ohne diese Stromschleife würde der Bewässerungsvorgang bereits starten, wenn der Sensor noch nicht montiert oder angeschlossen ist.

Sind Sensor und Ausgießer in einem Bauteil integriert (siehe oben), so erhöht sich damit auch die Sicherheit, daß die Flüs­ sigkeitsleitung am Ausgießer angeschlossen ist, bevor die Be­ wässerungspumpe eingeschaltet wird.

Alternativ zu zuletzt genannter Konfiguration kann als vierter Anschlußpol auch die Flüssigkeitsleitung verwendet werden, wenn diese elektrisch leitend ist (z. B. Schlauchmaterial aus mit elektrisch leitenden Partikeln versehenen Kunstoff). Damit ist sichergestellt, daß das Leitungssystem ordnungsgemäß mon­ tiert wurde.

Eine weitere Variante ergibt sich, wenn die stehende Flüssig­ keit in der Zuleitung als vierter Anschlußpol verwendet wird. Damit ist zudem ein Betrieb des Bewässerungssystems bei feh­ lender Flüssigkeit im Vorratsbehälter ausgeschlossen (Kein Trockenlauf der Pumpe möglich). Da der elektrische Widerstand der Flüssigkeit zu hoch ist, kann die Stromversorgung der elektronischen Schaltung nicht direkt über diesen Pol erfol­ gen, eine zusätzliche elektronische Verstärkung ist notwendig. Außerdem muß evt. mit Rückschlagventilen sichergestellt sein, daß die Flüssigkeit nach dem Bewässerungsvorgang in der Lei­ tung verbleibt und nicht zurückfließt.

Eine andere einfache zusätzliche Sicherheitseinrichtung wird dadurch geschaffen, daß über eine elektronische Zeitschaltung (im elektronischen Steuergerät integriert) ein Bewässerungs­ vorgang unabhängig vom Zustand des Sensors gestoppt wird, wenn eine voreinstellbare Zeit - die deutlich länger ist als die bei richtiger Funktion zur Bewässerung notwendige Zeit- über­ schritten wurde. Die Bewässerungsfunktion bleibt im folgenden solange blockiert, bis der Bediener durch Unterbrechen der Versorgungsspannung (Stecker ziehen) oder durch Drücken einer Reset-Taste eindeutig anzeigt, daß er die Störung behoben hat. Der Störungszustand wird durch eine rote Kontrolleuchte ange­ zeigt.

Prinzipiell kann auch ein zweipoliger Sensor zur Ansteuerung der automatischen Bewässerung eingesetzt werden.

Zur Ansteuerung gibt es dazu zwei Möglichkeiten:

• 1. Sowohl Beginn und Ende des Bewässerungsvorgangs werden vom Sensor ausgelöst, wobei die Bewässerungsmenge von der Trägheit des gesamten Systems abhängt (bis der Sensor reagiert ist bereits Flüssigkeit in das Pflanzgefäß ge­ flossen).
  Die Differenz zwischen Minimal- und Maximalwert des Flüs­ sigkeitstandes im Pflanzgefäß ist hier sehr gering und undefiniert. Pflanzen in Hydrokultur schätzen es aber, wenn das Wasser im Pflanzgefäß fast aufgebraucht wird, bevor wieder ausreichend frisches Wasser zugegeben wird. Dazu ist eine Niveaudifferenz notwendig. Bei kleinen Pflanzgefäßen ist diese Variante der Ansteuerung aller­ dings ausreichend.
• 2. Nur der Beginn des Bewässerungsvorgangs wird vom Sensor ausgelöst. Das Ende der Bewässerung erfolgt nach einer bestimmten Zeitspanne, die z. B. durch eine elektronische Timerschaltung ausgelöst sein kann, oder durch eine be­ grenzte Fördermenge (Dosierpumpe).

Ein Ausführungsbeispiel für einen zweipoligen Sensor wurde bereits in Abb. II (rechts) vorgestellt. Die beiden elektrisch leitenden Stäbe des Sensors sind gleich lang und können in einem Gehäuse gegossen werden. Zur Grobeinstellung des Flüssigkeitsstandes wird die Länge des gesamten Gehäuses gekürzt, die Niveaudifferenz läßt sich evt. am elektronischen Timer einstellen.

Der Aufbau des zweipoligen Sensors ist im allgemeinen einfa­ cher und preiswerter, die Anpassung an das zu bewässernde Pflanzgefäß erfolgt durch einmaliges Kürzen des Sensors.

Die elektronische Schaltung zur Ansteuerung der automatischen Bewässerung besteht im wesentlichen aus dem Timer-IC 555, wel­ ches hier allerdings nicht zur Zeitsteuerung verwendet wird,, sondern die einzelnen integrierten Grundschaltungen des IC s werden hier in alternativen Anwendungen genutzt.

Eine mögliche Schaltung in Kombination mit einem dreipoligen Sensor ist in Abb. III.a dargestellt. Dabei ist nur der Schaltungsteil um IC 1 für die Auswertung des Sensorsignals zuständig. Der Schaltungsteil um das zweite Timer-IC (IC 2) erfüllt die zusätzliche Sicherheitseinrichtung (siehe oben).

Abb. III.b zeigt die Innenschaltung des Timer-IC′s 555.

In der Anwendung des IC 1 nach Abb. III.a wird der Eingangsteil des IC′s als zweifacher Schmitt-Trigger mit hohen Eingangswi­ derständen genutzt. Damit ist sichergestellt, daß der Bewässe­ rungsvorgang erst dann ausgelöst bzw. beendet wird, wenn die Sensor-Spannungen an S1 bzw. S2 definierte Schaltschwellen er­ reichen. Da die Eingangswiderstände an den Anschlüssen 2 und 6 des Timer-IC′s sehr hochohmig sind, tritt keine Belastung des Sensorstromkreises auf. Mit R1 und R2 lassen sich die Sensor­ spannungswerte an die gegebenen definierten Schaltschwellen anpassen. Das nachgeschaltete RS-Flipflop ermöglicht eine Un­ terscheidung der beiden möglichen Zustandsänderungen bei einem Flüssigkeitsstand zwischen min. und max. Marke, je nachdem ob der Flüssigkeitsstand zunimmt (Bewässerung ein) oder abnimmt (Bewässerung aus). Dadurch pendelt der Flüssigkeitsstand im Pflanzgefäß zwischen zwei Werten. Der Flüssigkeitsstand er­ reicht in jedem Fall einen Minimalwert, bis die automatische Bewässerung wieder einsetzt, was für ein gesundes Wachstum der Pflanzen auch unbedingt notwendig ist (vgl. oben, zweipoliger Sensor).

Schließlich ist ein Ausgangsverstärker im IC 555 integriert, der bis ca. 100 mA belastbar ist, wodurch direkt am Ausgang Kontrollanzeigen (z. B. Led) betrieben werden und die Ansteue­ rung eines Leistungstransistors (zum Schalten der Pumpe bzw. Ventil) ohne zusätzliche Verstärkung möglich ist.

Der Schaltungsteil um IC 2 ist im wesentlichen ein Univibrat­ or, der bewirkt, daß der Bewässerungsvorgang nach einer mit dem Poti P einstellbaren Zeit in jedem Fall beendet wird. Die Diode D1 bewirkt, daß der Störungszustand eingefroren wird, daß heißt, daß z. B. auch bei einer Veränderung des Sensorzu­ standes nach der abgelaufenen Sicherheitszeit (Sensor gibt plötzlich an, daß max. Marke erreicht ist) die Bewässerung weiterhin außer Betrieb bleibt (z. B. bei Wackelkontakt in der Zuleitung oder infolge Oxydation an den Sensorstäben). D2 be­ wirkt, daß der Störungszustand aufgehoben wird, wenn die elek­ tronische Schaltung von der Versorgungsspannung getrennt wird (z. B. indem man den Stecker zieht).

Der hochohmige Widerstand R4 bewirkt, daß bei ordnungsgemäßer Funktion zu Beginn jedes Bewässerungsvorgangs der Kondensator C entladen ist und somit die Sicherheitszeit von neuem ab­ läuft. Über die mit Anschluß 7 verbundene im IC 555 integrier­ te Transistorschaltung - die in üblichen Anwendungen des IC′s 555 zum Entladen des zeitbestimmenden Kondensators dient - wird hier die Störungsanzeige angesteuert.

Bei der Ansteuerung mit zweipoligem Sensor wird nur der Beginn einer Bewässerung über Anschluß 2 an IC 1 ausgelöst (siehe Abb. III.c). Über die externe Beschaltung an Anschluß 6 wird nach einer bestimmten einstellbaren Zeit (Poti P) der Be­ wässerungsvorgang beendet. Ein zweites IC 555 für die zusätz­ liche Sicherheitsschaltung wie bei der Ansteuerung des dreipo­ ligen Sensors ist hier nicht mehr notwendig, da diese bereits durch die Schaltung um IC 1 erfüllt wird.

Bei Verwendung eines zweipoligen Sensors ist auch das elektro­ nische Steuergerät einfacher und preiswerter.

Mit dem Timer-IC 555 läßt sich die elektronische Ansteuerung im allgemeinen kompakt, sicher und preiswert (massenhaft her­ gestellter Standard-IC) aufbauen.

Vorteilhafterweise ist das elektronische Steuergerät in der Nähe der elektromechanischen Elemente (z. B. Pumpe, Ventile) der Bewässerungsanlage untergebracht. Kürzere Verbindungskabel vermeiden unnötige Spannungsabfälle und kommen einer ordentli­ chen äußeren Gestaltung der Anlage entgegen (kein "Kabelwirr­ warr"). Außerdem können somit die Flüssigkeitsleitungen (die von den elektromechanischen Elementen ausgehen) und die Sen­ sorstromleitungen (die zum Steuergerät führen) praktisch auf ihrer gesamten Weglänge gemeinsam verlegt werden bzw. mecha­ nisch miteinander verbunden sein.

Eine kompakte Baueinheit erhält man, wenn das elektronische Steuergerät, die Energieversorgung (Batterien, Akkus, Netz­ teil, . . . ) und die elektromechanischen Elemente bereits am Flüssigkeitsvorratsbehälter montiert sind (siehe Abb. IV). Dabei bietet es sich an, wenn am Behälter zusätzlich eine Vorrichtung zum Aufwickeln und Ordnen der Leitungen (Flüssig­ keitszufuhr, Sensorkabel) angebracht ist.

Die Pumpe ist möglichst an unterster Stelle des Behälters an­ gebracht, womit sichergestellt ist, daß der Flüssigkeitsvorrat vollständig genutzt werden kann und keine Probleme nach dem Wiederbefüllen eines leeren Tanks auftreten (Entlüften der Pumpe nicht notwendig).

Mehrere Pflanzgefäße können über mehrere unabhängige Pumpen bewässert werden (pro Pflanzgefäß eine Pumpe), die z. B. neben­ einander an den Vorratsbehälter angeflanscht sind. Alternativ kann auch nur eine. Pumpe mehrere Pflanzgefäße mit Flüssigkeit versorgen, wenn diese über elektromagnetisch betriebene Venti­ le verteilt wird. Dazu sind entweder je ein Magnetventil pro Pflanzgefäß oder ein oder mehrere Umschaltventile, die insge­ samt so viele Ausgänge haben wie Pflanzgefäße zu bewässern sind, notwendig. Das Verwenden von Magnetventilen in Verbin­ dung mit einer Förderpumpe hat zum einen den Vorteil, daß der Vorratsbehälter höher aufgestellt werden kann als die Pflanz­ gefäße, ohne daß Flüssigkeit in die Pflanzgefäße abfließt, und zum anderen, daß zusätzliche Rückschlagventile nicht mehr not­ wendig sind.

Die Ansteuerung kann im Prinzip bei beiden Fällen von dem oben dargestellten Schaltungsbeispiel erfüllt werden. Dabei sind entweder mehrere unabhängige Schaltungen nach obigen Muster notwendig (je eine Schaltung pro Pflanzgefäß), oder es existiert nur eine Schaltung nach obigen Muster mit vorge­ schaltetem Multiplexer, mit dem die Sensoren der einzelnen Pflanzgefäße nacheinander abgetastet werden und die entspre­ chende Pumpen oder Ventile beschaltet werden. Die zweite Schaltungsvariante ist umso interessanter, je höher die Anzahl der Pflanzgefäße ist, die von einer Anlage aus versorgt werden sollen. Vorteilhafterweise ist die gesamte Elektronik wiederum in einem Gehäuse untergebracht.

Im Prinzip ist die Ansteuerung für eine Bewässerung von ande­ ren Pflanzen als in Hydrokultur dieselbe, nur die Ausführung der Sensoren ist unterschiedlich. Prinzipiell können also un­ terschiedlichste Pflanzen von einem Gerät aus bewässert wer­ den, es müssen nur unterschiedliche Sensoren an den Pflanzge­ fäßen eingesetzt werden.

In Abb. IV ist eine Anlage zum Bewässern von drei unter­ schiedlichen Pflanzgefäßen dargestellt. Die Verteilung der Flüssigkeit erfolgt hierbei über je ein Elektromagnetventil pro Pflanzgefäß. Am obigen Pflanzgefäß I ist das bereits ausgeführte Prinzip einer automatischen Bewässerung für Pflan­ zen in Hydrokultur ersichtlich. Bei den beiden anderen Pflanz­ gefäßen handelt es sich um Erdkulturen.

Beim Pflanzgefäß II erfolgt die Bewässerung von unterhalb der Pflanze in das Untersetzgefäß (Voraussetzung: Pflanzgefäß hat am Boden eine Öffnung). Der Sensor kann dabei drei- oder auch zweipolig ausgeführt sein. In jedem Fall sind zwei elektrische Leiter des Sensors waagrecht auf dem Boden des Untersetzgefäß angebracht, so daß ein Steuerstrom fließt, wenn Wasser(trop­ fen) die isolierte Strecke zwischen beiden Leitern überbrückt. Beim dreipoligen Sensor ist der dritte elektr. Leiter in etwa senkrecht angeordnet, die unterste Spitze reicht nicht bis zum Boden, so daß der Bewässerungsvorgang erst beendet wird, wenn ein bestimmtes Flüssigkeitsniveau im Untersetzgefäß erreicht ist.

Vorteilhafterweise sind Sensor und Flüssigkeitsanschluß am Untersetzgefäß befestigt, so daß nur eine Baugruppe unter das Pflanzgefäß gesetzt werden muß.

Bei diesem Bewässerungsprinzip ist ständig Wasser im Unter­ setzgefäß vorhanden. Einige Pflanzenarten vertragen das gut, die meisten können jedoch dadurch krank werden (Wurzelfäule!) und sterben im Extremfall ab. Abhilfe schafft hier eine zu­ sätzliche elektronische Einrichtung (integriert im Steuerge­ rät), die dafür sorgt, daß zusätzliche Unterbrechungen zwi­ schen den Bewässerungsintervallen eingelegt werden. Die Länge und die Frequentierung dieser Unterbrechungen ist in erster Linie abhängig von den Intervallen der Sensorsignale, zusätz­ lich kann sie vom Benutzer der Anlage manipuliert werden. Z.B. ergibt sich die Unterbrechungszeit durch Multiplikation der Zeit, während der sich die Sensorsignale nicht geändert haben, mit einem Faktor, der manuell einstellbar ist.

Dadurch ist zwar eine Anpassung an unterschiedliche Bedürfnis­ se verschiedener Pflanzenarten möglich, das Regelprinzip die­ ser Anlage bleibt aber erhalten. Veränderungen des tatsächli­ chen Wasserbedarfs der Pflanzen durch sich ändernde äußere Einflüsse (z. B. Temperatur, Licht, etc.) zeigen sich durch längere bzw. kürzere Zeitintervalle, während dessen das Flüs­ sigkeitsreservoir im Untersetzgefäß aufgebracht wird. Während dieses Intervalls ändert sich das Sensorsignal nicht. Da die Sensorsignalintervalle als Eingangsgröße des Regelkreises ge­ nutzt werden, wird die zugeführte Flüssigkeitsmenge nach dem tatsächlichen Bedarf der Pflanzen geregelt. Durch dieses Re­ gelprinzip unterscheidet sich diese Anlage am deutlichsten von vorhandenen Geräten.

Ist allerdings ein Bewässerungsvorgang durchgeführt, so "steht", das Pflanzgefäß nach wie vor "im Wasser", bis dieses verbraucht ist. Zudem vertragen einige Pflanzenarten prinzi­ piell keine Bewässerung "von unten".

Als gute Alternative zur Bewässerung von Pflanzen in Erdkultur bietet sich das in Abb. IV am Pflanzgefäß III dargestell­ te Prinzip an. Hier wird von oben auf die Pflanzenerde mög­ lichst tropfend (z. B. mit Tropfventil) bewässert. Am Boden des Pflanzgefäßes (auf Untersetzer) befindet sich der zweipolige Sensor. Sobald Flüssigkeit am Boden des Pflanzgefäßes aus­ tritt, fließt ein Steuerstrom und der Bewässerungsvorgang wird sofort beendet.

Vorteilhaft kann auch hier eine zusätzliche manuelle Feinan­ passung an unterschiedliche Pflanzenarten oder andere Umstände durch Einstellen von Unterbrechungszeiten sein (siehe oben).

Vorteilhafterweise kann der Ausgießer mittels eines Spießes, der in die Pflanzenerde gesteckt wird, befestigt werden. Der Spieß ist entweder am Ausgießer angebracht (Abb. V,1) oder der Ausgießer ist zugleich der Spieß, womit eine Flüssigkeitsver­ sorgung möglichst nahe am Wurzelballen ermöglicht wird (Abb. V,2).

Alternativ zu den auf den Seiten 7, 8 beschriebenen Aufbau ei­ nes Sensors mit Metallstäben kann dieser aus einer flexiblen Bandleitung bestehen, die dann entsprechend den Erfordernissen gekürzt werden kann. Vorteilhafterweise ist auf der Unterseite des Leiterbandes eine selbstklebende Schicht aufgebracht, wo­ mit das Band in allen Kultur- und Pflanzgefäßen oder auch am Untersetzgefäß angebracht werden kann. Somit kann diese Band­ leitung universell für den Aufbau von Sensoren für sämtliche Bewässerungsarten eingesetzt werden (z. B. keine unterschiedli­ chen Sensoren für die Bewässerung in Hydrokultur und Erdkultur notwendig).

Abb. VI zeigt ein zweipoliges Leiterband, das an der Wand eines Hydrokulturgefäßes (Übertopf) mit Hilfe der selbstkle­ benden Unterlage befestigt ist. Die Höhe der Schnittfläche des Leiterbandes ist der minimale Flüssigkeitsstand im Gefäß.

Die Bandleitung kann z. B. eine Folie mit selbstklebender Un­ terlage sein, auf die Leiterbahnen vornehmlich aus edelem Me­ tall aufgebracht sind. Eine zusätzliche Isolierschicht ober­ halb der Leiterbahnen verhindert, daß diese durch störende Ge­ genstände (z. B. Granulatsteine, Pflanzenerde) nicht überbrückt werden. Nach entsprechendem Kürzen wird die Schnittfläche der abgeschnittenen Leiterbahnen elektrisch zugänglich. Das Mate­ rial der Leiterbahn muß gerade an der Schnittfläche gegenüber der Flüssigkeit chemisch beständig sein (keine Korrosion, Oxy­ dation, etc.)

Eine andere Ausführungsform besteht aus einem Flachbandkabel, das in einem Stück bis zum Anschluß am elektronischen Steuer­ gerät reichen kann. Zumindest an den möglichen Schnittstellen müssen die Litzen unbedingt aus chemisch beständigem Material bestehen (kein Kupfer!).

Der bedeutendste Vorteil der Bewässerungsanlage nach beschrie­ bener Erfindung ist die automatische Regelung der Bewässe­ rungsmenge und -intervalle gemäß der wirklich benötigten Flüs­ sigkeitsmenge.

Ändern sich die äußeren Einflüsse (Störgrößen) wie z. B. Tempe­ ratur, Luftfeuchtigkeit, Lichtmenge etc., so hat dies Auswir­ kungen auf den Flüssigkeitsbedarf der Pflanze. Durch ständiges Messen des Flüssigkeitsstandes mit dem Sensor und wegen des geschlossenen Regelkreises dieser Anlage erfolgt immer eine den Umständen angepaßte Bewässerung.

Außerdem kann die Anlage universell für verschiedene Pflanzen­ arten, Pflanzgefäßen und Pflanzenkulturen ohne großen Monta­ geaufwand verwendet werden. Die Anlage ist sofort ohne mühsame Voreinstellungen funktionsfähig, andererseits sind aber weite­ re Korrekturmöglichkeiten zur Feinabstimmung im Betrieb gege­ ben.

Ein weiterer bedeutender Vorteil besteht darin, daß sowohl der Wasservorratsbehälter als auch die Pflanzgefäße prinzipiell beliebig plaziert werden können.

zu Abb. III.b

1 zwei Schmitt-Trigger mit hohen Eingangswiderständen und Spannungsteiler, der die Referenzspannungen an die Schmitt-Trigger liefert,
2 RS-Flip-Flop zum Erkennen der unterschiedlichen Zustands­ änderungen,
3 Ausgangsverstärker
4 Schalttransistor, der angesteuert wird, wenn der Ausgang abgeschaltet ist, Verwendung bei gewöhnlichen Kippschaltungen:
zum Entladen des zeitbestimmenden Kondensators Verwendung hier (IC 2 in III.a):
zum Einschalten der Störungskontrollanzeige

zu Abb. IV

1 Flüssigkeitsvorratsbehälter
2 elektrisch angetriebene Pumpe (z. B. Kreiselpumpe)
3 elektromagnetische Ventile
4 elektronisches Steuergerät incl. Energieversorgung (z. B. Batterien, Akku, Netzteil) mit
5a Kabelanschluß für Pumpe und Ventile
5b Kabelanschlüsse zu den einzelnen Sensoren (Sensorkabel)
6 Flüssigkeitsleitung mit Sensorkabel
7 Vorrichtung zum Aufrollen der Leitungen
8 Sensor mit Ausgießer für Hydrokulturpflanzgefäße
9 Hydrokulturgefäß (Übertopf)
10 Hydropflanzgefäß (Innentopf)
11 Sensor mit Ausgießer für Erdkulturen, befestigt am
12 Untersetzgefäß
13 Pflanzgefäß für Erdkultur mit Öffnung im Gefäßboden
14 elektrischer Leiter des Sensors (Metallstab)
15 Sensor ohne Ausgießer für Erdkulturen
16 Ausgießer mit Erdspieß

Claims (31)

1. Automatisch arbeitende Anlage zur optimalen dauerhaften Bewässerung von Zimmerpflanzen in Hydro- und Erdkultur und jeder anderen Art mit einem an beliebiger Stelle be­ findlichen Flüssigkeitsvorratsbehälter, einen oder mehre­ ren elektromechanischen Elementen zum Befördern und Ver­ teilen der Flüssigkeit (z. B. elektrisch betriebene Pumpe, Ventile, Magnete) und einem Leitungssystem zu den Pflan­ zen (z. B. dünne, flexible Kunststoffschläuche) gekennzeichnet dadurch, daß mindestens je ein Sensor an jedem zu bewässernden Pflanz­ gefäß angebracht ist. Jeder Sensor gibt elektrische Steu­ ersignale entsprechend dem Flüssigkeitszustand im Pflanz­ gefäß aus. Diese Signale werden einer elektronischen Schaltung zugeführt, die wiederum die Elemente zum Beför­ dern und Verteilen der Flüssigkeit ansteuert.

2. Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß Sensor aus mindestens zwei voneinander isolierten elektrischen Leitern (Metallstäbe, Folie mit aufgetra­ genen Leiterbahnen, Kabel, etc.; bevorzugt aus nichtro­ stenden Materialien) besteht, die an eine elektrische Spannung angeschlossen sind und über denen ein Steuerstrom fließt, wenn sie in Wasser (oder anderer elektrisch leitenden Flüssigkeit) eingetaucht bzw. damit benetzt sind.

3. Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß Sensor und Flüssigkeitsaustritt zum Bewässern der Pflanze(n) (Ausgießer, evt. mit Düse) mit den entspre­ chenden Anschlüssen in einer Baugruppe integriert sind, so daß einzig nur diese Baugruppe bei dem Pflanzgefäß an­ gebracht werden muß.

4. Anlage nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor aus mindestens drei elektrischen Leitern besteht, womit der Flüssigkeitsstand zwischen einen mini­ malen Wert (Beginn der Bewässerung) und einen maximalen Wert (Ende der Bewässerung) eingeregelt wird.

5. Anlage nach Anspruch 1, 2 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei elektrische Leiter des Sensors ste­ hend in das Pflanzgefäß oder in ein anderes die Pflan­ ze(n) umgebendes Gefäß (z. B. Übertopf) eingebracht sind und nicht den Boden des Gefäßes berühren, so daß sich immer ein Flüssigkeitsstand innerhalb zweier Niveaus ein­ stellt, die deutlich oberhalb des Gefäßbodens liegen (geeignet zur dauerhaften Bewässerung von Pflanzen in Hy­ drokultur).

6. Anlage nach Anspruch 1, 2 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß zwei elektrische Leiter des Sensors waagrecht an der Unterseite des Pflanzgefäßes (z. B. am Boden des Pflanzge­ fäßes oder des Untersetzgefäßes) angebracht sind, während der dritte (senkrecht stehende) Leiter nicht bis zum Bo­ den des Pflanzgefäßes reicht.
Die vor allem für Pflanzen in Erdkultur geeignete Bewäs­ serung wird gestartet, wenn keine Flüssigkeit mehr auf dem Gefäßboden vorhanden ist und wird beendet, wenn ein bestimmter Flüssigkeitsstand oberhalb des Bodens erreicht ist (geeignet zum Bewässern von Pflanzen in Erdkultur).

7. Anlage nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor mit den drei elektrischen Leitern und elektrischem Anschluß - evt. gemeinsam mit dem Ausgießer und Flüssigkeitsleitungsanschluß - auf dem Untersetztgefäß integriert ist, so daß zur Installation des Bewässerungs­ systems nur das Pflanzgefäß auf dieses Untersetzgefäß ge­ stellt werden muß.

8. Anlage nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß Sensor minimal aus zwei elektrischen Leitern besteht, womit nur der Beginn der Bewässerung über diesen Sensor ausgelöst wird, während das Ende der Bewässerung entweder durch ein zusätzliches Zeitglied oder durch das Funk­ tionsprinzip der Bewässerungselemente selbst (z. B. durch Dosierpumpe) veranlaßt wird.
(Alternative zu Ausführungen nach Anspruch 4, 5 und 6)

9. Anlage nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß Sensor minimal aus zwei elektrischen Leitern besteht, womit sowohl Beginn als auch Ende der Bewässerung mit demselben Leiterpaar ausgelöst wird, wobei die Dauer des Bewässerungsvorgangs und somit die Bewässerungsmenge aus der Trägheit des gesamten Regelsystems der Anlage folgt (bis der Sensor reagiert, ist bereits Flüssigkeit in das Pflanzgefäß geflossen).
(Alternative zu Ausführungen nach Anspruch 8).

10. Anlage nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß Sensor minimal aus zwei elektrischen Leitern besteht und diese waagrecht am Boden des Pflanzgefäßes oder des Untersetzgefäßes angebracht sind und die Bewässerung von oben in das Pflanzgefäß erfolgt und dann beendet wird, wenn Wasser unten austritt und dabei die Strecke über die beiden getrennten Leiter elektrisch leitend wird. (geeig­ net zum Bewässern von Pflanzen in Erdkultur; Alternative zur Ausführung nach Anspruch 6).

11. Anlage nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor - ähnlich wie in Anspruch 7 aber ohne Aus­ gießer - auf dem Untersetztgefäß integriert ist.

12. Anlage nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgießer ein Spieß angebracht ist, mit Hilfe des­ sen dieser in die Pflanzenerde eingesteckt wird.

13. Anlage nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsaustritt direkt durch den Erdspieß erfolgt, womit die Flüssigkeitsversorgung im Bereich des Wurzelballens erfolgt.

14. Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Sensor oder an der elektrischen Zuleitung des Sensors zusätzlich eine Stromschleife angebracht ist (mindestens ein zusätzlicher Anschlußpol), wodurch die Stromversorgung zum elektronischen Schaltgerät und folg­ lich zu den elektromechanischen Elementen der Anlage un­ terbrochen wird, wenn der Sensor z. B. nicht angeschlossen oder Sensorkabel defekt ist.

15. Anlage nach Anspruch 3 und 14 dadurch gekennzeichnet, daß der notwendige zusätzliche Anschlußpol für die Strom­ schleife durch die Flüssigkeitszuleitung (aus elektrisch leitendem Material) oder über die stehende Flüssigkeit in der Zuleitung selbst erfüllt wird, so daß ein Bewässe­ rungsvorgang bei nicht ordnungsgemäß montierten Flüssig­ keitsleitungssystem bzw. bei fehlender Flüssigkeit ausge­ schlossen ist.

16. Anlage nach Anspruch 1 und wahlweise 3 dadurch gekenn­ zeichnet, daß Sensorbaugruppe mit einer Halterung (Federclip, Rän­ delschraube, etc.) versehen ist, so daß dieser in jedes gebräuchliche Gefäß ohne großen Aufwand eingesetzt und gehaltert werden kann, evt. mit mehreren rastenden Stel­ len oder durchgehend in der Höhe verschiebbar zur Anpas­ sung an unterschiedliche Flüssigkeitsniveaus (z. B. Som­ mer/Winter; Feinanpassung möglich).

17. Anlage nach Anspruch 1 und wahlweise 3 dadurch gekenn­ zeichnet, daß äußere Form und Maße der Sensorbaugruppe so geschaf­ fen sind, daß dieser anstelle des vorgesehenen Wasser­ standsanzeigers in Hydrokulturgefäßen eingesetzt werden kann.

18. Anlage nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiter des Sensors (z. B. Stäbe) ein­ zeln ohne großen Aufwand kürzbar und/oder auswechselbar sind, so daß mit einem Typ möglichst viele Anwendungsmög­ lichkeiten erfaßt werden können (z. B. für Hydrokultur: - unterschiedlich große Kulturtöpfe → unterschiedliche Flüssigkeitsniveaus, Grobeinstellung des absoluten Flüs­ sigkeitsniveaus und der Niveaudifferenz (max. Wert - min. Wert)).

19. Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß Bewässerungsvorgang nach Überschreiten einer ein­ stellbaren Zeit (die deutlich länger ist als die bei richtiger Funktion zur Bewässerung notwendige Zeit) auto­ matisch gestoppt wird und solange blockiert bleibt, bis durch ein eindeutiges Signal vom Bediener (z. B. Unterbre­ chen der Versorgungsspannung, Drücken einer Reset-Taste, etc.) gewährleistet ist, daß die Störung behoben wurde. Der Störungszustand kann durch eine optische oder akusti­ sche Kontrolle angezeigt werden.

20. Anlage nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß Sensor aus flexiblem Leiterband besteht (z. B. Flach­ bandkabel oder Folie mit Leiterbahnen) evt. mit selbst­ klebender Unterseite, so daß dieses zugeschnitten und in beliebige Pflanz- und Kulturgefäße oder auch in Unter­ setzgefäßen (Erdkultur) angebracht werden kann.
(Alternative zur Ausführung nach Anspruch 16 und 17).

21. Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß Sensorkabel mit Wasserleitung mechanisch verbunden ist (z. B. Drahtlitzen an der Außenseite des flexiblen Kunststoffschlauches angebracht).

22. Anlage nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Zeitintervall einstellbar ist, während dessen unabhängig vom Zustand des Sensors keine Bewässe­ rung erfolgt.
Dieses Zeitintervall kann entweder eine bestimmte Tages­ zeit sein (z. B. nachts), oder auch eine gewisse Verzöge­ rungszeit für einen zu erfolgenden Bewässerungsvorgang. Diese Verzögerungszeit kann durch Abfragen der Sensorzu­ stände über längeren Zeitraum durch eine entsprechende elektronische Schaltung automatisch an Veränderungen des Wasserbedarfes angepaßt werden.
Mit der Einstellung kann die Wasserabgabe für Pflanzen mit geringerem Wasserbedarf fein nachreguliert werden.

23. Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zum Befördern der Flüssigkeit eine Pumpe (z. B. Krei­ selpumpe, Zahnradpumpe, etc.) verwendet wird und diese am Flüssigkeitsvorratsbehälter so montiert ist, daß die An­ saugstelle der Pumpe möglichst an tiefster Stelle des Behälters liegt. Dadurch wird einerseits der gesamte Flüssigkeitsvorrat genutzt, andererseits verbleibt nach dem Wiederauffüllen des Flüssigkeitsbehälters keine Luft in der Pumpe, wodurch diese sofort wieder einsatzbereit ist.

24. Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Pflanzgefäße von einem Vorratsbehälter aus bewässert werden. Vorteilhafterweise kann die gesamte elektronische Schaltung evt. mit der Energieversorgung (z. B. Batterien, Akkus, Netzteil) in einem Gehäuse unter­ gebracht sein.

25. Anlage nach Anspruch 1 und wahlweise 23 und 24 dadurch gekennzeichnet, daß Vorratsbehälter, die elektromechanischen Elemente zum Befördern und Verteilen der Flüssigkeit (z. B. Pumpe, Ven­ tile, etc.), das elektronische Steuergerät und evt. die Energieversorgung in einer Baugruppe integriert sind, womit die Montage der Anlage vereinfacht und die äußere Gestaltung verbessert wird (weniger herumliegende Schläuche und Kabeln).

26. Anlage nach Anspruch 24 dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanischen Elemente aus mindestens je einer Pumpe pro Pflanzgefäß bestehen, wobei bei der Bewässerung eines Pflanzgefäßes nur die zugehörige Pumpe eingeschaltet wird. Von der Druckseite der Pumpen führt jeweils eine Leitung zu dem Pflanzgefäß. Um ein Rück­ fließen der Flüssigkeit nach erfolgter Bewässerung zu vermeiden, kann je ein Rückschlagventil in der Drucklei­ tung oder ein einziges Ventil in der gemeinsamen Sauglei­ tung montiert sein.

27. Anlage nach Anspruch 24 dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanischen Elemente aus einer Pumpe und mindestens einen Magnetventil pro Pflanzgefäß bzw. einen Umschaltventil mit mindestens je einen Ausgang pro Pflanzgefäß bestehen, wobei die Pumpe bei jeder Bewässe­ rung irgendeines Pflanzgefäßes und ein Magnetventil ent­ sprechend dem zugehörigen Pflanzgefäß eingeschaltet wird.
Die Magnetventile wirken zudem als Rückschlagventile und ermöglichen ferner auch das Aufstellen des Vorratbehäl­ ters über den Pflanzgefäßen. (Alternative zu Anlage nach Anspruch 26).

28. Anlage nach Anspruch 1 und wahlweise 25 dadurch gekenn­ zeichnet, daß an der Baugruppe des Vorratsbehälters eine Vorrich­ tung zum Aufrollen der Flüssigkeits- und Sensorleitungen (die zu den einzelnen Pflanzgefäßen führen) angebracht ist.

29. Anlage nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung einfacherweise im wesent­ lichen mit Timer-IC 555 aufgebaut ist, dessen integrierte Schaltungskomponenten in unüblicher Weise genutzt und kombiniert werden. Dabei werden die Aufgaben eines zwei­ fachen Präzisions-Schmitt-Trigger mit hochohmigen Eingän­ gen und gegebenen Referenzspannungen, eines nachgeschal­ teten RS-Flipflop (min.- und max.-Erkennung beim Ein- und Ausschalten) und eines Ausgangsverstärker (dreipoli­ ger Sensor) bzw. zusätzlich eine Auszeitfunktion erfüllt (zweipoliger Sensor). Außerdem kann über den integrierten Schaltungstransistor eine Betriebsstörungsanzeige ange­ steuert werden.

30. Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß diese weder vom Stromnetz (Energieversorgung mit Bat­ terie, Akku, Solar, . . . ) noch vom Wasserleitungsnetz (ge­ füllte Vorratsbehälter) abhängig ist.

31. Anlage nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß Anlage nicht nur zur Bewässerung von Pflanzen verwen­ det werden kann, sondern allgemein zum Befüllen, Entlee­ ren und zur Niveauregelung von Behältern mit Flüssigkeit eingesetzt bzw. kombiniert werden kann (z. B. zum Befüllen von Verdunstungsgefäßen an Heizkörpern).