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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bewässerungssystem, das automatisch
durch poröse
Kapseln geregelt wird, die in dem Boden mit dem Ziel installiert
sind, das Niveau der kritischen Feuchtigkeit für die Bewässerung zu bestimmen. Die Tiefe
der Kapseln in dem Boden wird unter anderen Faktoren von der Kulturpflanze,
die bewässert
werden soll, und von dem Entwicklungszustand der Wurzeln abhängen. Die
Kapsel funktioniert durch das Druckablassen, welches durch das Öffnen ihrer
Poren verursacht wird, sobald die Bodenfeuchtigkeit geringer wird
als die, die in Abhängigkeit
von den Kenndaten der porösen
Kapseln, die verwendet werden, als kritisch erachtet wird. Dieses
Gas-Druckablassen funktioniert
bei geeigneten Geräten,
wie etwa bei Differenzdruckventilen und Druckwächtern.
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Die
Bewässerung
kann durch geeignete Geräte
aktiviert werden, wie etwa Druckwächter, Differenzdruckventile,
Niveau regelnde Kugelschwimmer usw.
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Hintergrund der Erfindung
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Die
verfügbaren
Bodenbewässerungssysteme
bieten verschiedene Niveaus der Komplexität und können in zwei Gruppen eingeteilt
werden; es ist das Kriterium für
eine solche Aufteilung, ob oder ob sie nicht von der Bodenfeuchtigkeit
als dem bestimmenden Parameter für
den Augenblick abhängen, um
die Bewässerung
zu aktivieren. Die unabhängigen
Systeme werden automatisch zu den vorher eingestellten Zeitintervallen
auf der Grundlage der Boden- und Witterungsverhältnisse und der Pflanzenart aktiviert,
wobei sie so nicht den wirklichen Bedarf der Pflanze berücksichtigen.
Die Beispiele von solchen Systemen werden in den Dokumenten
US 5882141 und
EP 71176 beschrieben.
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Somit
bleibt die quantitative Bestimmung des besten Augenblicks für die Bewässerung
eine Herausforderung. Solch eine Entscheidung basiert üblicherweise
auf den empirischen und den qualitativen Kriterien, wobei die wirtschaftliche
Verwendung der Bodenfeuchtigkeitssensoren für die Bewässerungsregelung, allgemein
ausgedrückt,
immer noch sehr beschränkt
ist. Einige der am besten bekannten Sensoren sind die porösen Kapsel-Tensiometer,
die in einem hygrischen Sättigungszustand
arbeiten.
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Bewässerungssysteme,
die poröse
Kapseln oder poröse
Elemente verwenden, die am Boden befestigt sind, arbeiten nicht
immer so, wie eine Einrichtung, welche die Bodenfeuchtigkeit misst.
Die Systeme, die in den Dokumenten
US
3840182 und
FR 2196744 beschrieben
sind, können
als Beispiele von solchen angeführt
werden: das poröse
Element hat die Funktion, die Wasserabgabe zu regeln, so dass die
Pflanze praktisch eine kontinuierliche Wasserzufuhr haben kann,
unabhängig
von dem Sättigungsniveau
des Bodens. Der Nachteil von solchen Systemen ist die Tatsache,
dass die Wasserzufuhr nicht ausreichend sein könnte, um den Bedarf der Pflanzen
zu decken, wenn die natürliche
Evaporationsrate höher
als erwartet ist.
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Ein
anderer Weg, um dieses Problem zu lösen, war die Verwendung von
Tensiometern, um die Bodenfeuchtigkeit zu messen. Die Tensiometer,
die für
die Bewässerungsregelung
verwendet werden, sind jedoch üblicherweise
sehr groß,
um so in der Lage zu sein, die mechanischen oder elektronischen Druckwächter ohne
die Notwendigkeit einer übermäßig langen
Reaktionszeit zu aktivieren. Dieses Problem wird durch die Ansammlung
von Luft in den Rohren des Tensiometers verschärft. Wegen ihrer Komprimierbarkeit
verursachen die Luftblasen, dass die Volumen des Wasseraustauschs
pro Einheit der Spannungsänderung
exponentiell ansteigen, da das Wasserspannungs-Modul asymptotisch
den Luftdruck erreicht. Deshalb sind die Tensiometer auf einen Arbeitsbereich
zwischen Null und dem Luftdruck beschränkt. Es kommt selbst in den
Tensiometern vor, deren Kapseln mit einem dünnen porösen Material bedeckt sind,
in dem eine solche Beschränkung wegen
der Luftblasen besteht, die sich in den größeren Hohlräumen bilden, die die Kapsel
mit dem Drucksensor verbinden. Daneben haben die dünnen, porösen Kapseln
eine geringe hydraulische Leitfähigkeit,
eine Tatsache, welche die Reaktionszeit zu sehr verlängert. Das
Dokument
US 4567563 beschreibt ein
Bewässerungssystem
mit einem Tensiometer, welches weiter automatisiert und komplexer
gestaltet wurde, um die Beschränkungen
eines solchen Typs von Feuchtigkeitsmessgerät zu berücksichtigen.
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Die
Beschränkungen,
die sich durch Tensiometer darstellen, können auch durch das System
gelöst
werden, das in dem Dokument
US
3874590 beschrieben wird, welches die Bodenfeuchtigkeit
durch einen Sensor auf der Grundlage der Ausdehnungs- und Zu sammenziehungseigenschaften
eines wasserabsorbierenden Materials im Kontakt mit dem Boden bestimmt.
Der Sensor betätigt
ein Ein-/Aus-Ventil, das mit der Bewässerung beginnt, sobald sich
das absorbierende Material zusammenzieht (trockener Boden) und stoppt
die Wasserzufuhr, sobald das Material vollkommen ausgedehnt ist
(feuchter Boden). Diese Art von Sensor weist dieselben Nachteile
wie die Tensiometer auf.
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Das
Dokument BR
PI 9003611 stellt
den Hydro-Marker (hidrobalizador) dar, einen Sensor, der in Bewässerungssystemen
verwendet wird, der den Zeitpunkt der Wiederversorgung mit Bodenfeuchtigkeit
auf der Grundlage des Energiezustandes des Wassers im Boden bestimmt,
wobei der kritische Punkt des Bodengefüges für das nutzbare Wasser in Betracht
gezogen wird ohne die Notwendigkeit von komplexen Berechnungen und
Interpretationen, die qualifiziertes Personal benötigen. Solch
ein Gerät wird
als eine Einrichtung angeboten, um die Nachteile der Tensiometer
zu eliminieren, die auf dem Markt bekannt sind; sie löst aber
nicht eine der negativen Eigenschaften der bisherigen Tensiometer,
nämlich die
Tatsache, dass sie unterhalb der hygrischen Sättigung arbeiten.
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Das
System, welches jetzt vorgeschlagen wird, überwindet die Schwierigkeiten,
die sich durch automatische Bewässerungssysteme
auf der Grundlage von Sensoren wie etwa Tensiometern darstellen.
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Übersicht über die
Erfindung
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Ein
automatisches Bewässerungssystem gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 ist durch US-Patent 4.055.200 bekannt.
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Es
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein automatisches Bewässerungssystem
bereit zustellen, das poröse
Kapseln verwendet, um die kritische Bodenfeuchtigkeit für die Bewässerung
zu bestimmen.
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Dieses
Ziel wird durch ein Bewässerungssystem
erreicht, das die Eigenschaften von Anspruch 1 aufweist.
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Weitere
Ausführungsformen
werden in den Unteransprüchen
geltend gemacht.
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Kurze Beschreibung der
Abbildungen
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1:
Schematische Zeichnung eines Systems, das für die punktuelle Bewässerung
montiert wird.
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2:
Schematische Zeichnung eines Differenzdruckventils, das als ein
Wandler in dem erfundenen System verwendet werden kann.
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3:
Synthetisches Diagramm der Arbeitsweise des erfundenen Systems.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Das
System der vorliegenden Erfindung ist praktisch und einfach, und
es wird, wie in 1 gezeigt wird, durch eine poröse Kapsel
(1) gebildet, die im Boden installiert ist, eine Druckgasquelle
(2) mit einem Strömungsregler
(3), um den Gasdruck auf ein niedrigeres Niveau als das
zu regeln, das notwendig ist, um die Luft durch die poröse Kapsel
zu sprudeln, die in Wasser eingetaucht ist, und einen T-förmigen Verteiler
(4), der die poröse
Kapsel, die in der Erfindung verwendet wird, mit einem Druckwandler
(5) verbindet, der die Bewässerung aktiviert, wann immer
der Gasdruck wegen des Gasverlusts durch die poröse Kapsel in dem unzureichend
feuchten Boden abfällt.
Der Wandler (5), der verwendet werden soll, kann ein Differenzdruckventil
sein, ein Druckwächter oder
jedes andere elektromechanische Gerät, um die Zufuhr von Wasser
von einem Reservoir (6) zu aktivieren oder zu unterbrechen.
Der Druck des Gases, das zu der Kapsel transportiert wird, ist gering – normalerweise
unter 0,02 MPa. Das System beinhaltet auch Röhren, welche die Elemente (1),
(2), (3), (4), (5) und (6)
verbinden, genau so wie alle Bewässerungspositionen.
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Da
die Menge des Gases, die in den Boden abgegeben wird, sehr gering
ist, gibt es keine ernsthaften Hinderungsgründe, handelsübliche Gase
zu verwenden, wie die, die gemeinhin als Hausbrand verkauft werden;
dennoch können
auch andere Gase wie etwa Pressluft aus Tanks oder Kompressoren verwendet
werden.
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Das
Wasserzufuhrgerät
hat in dem System der vorliegenden Erfindung keine größere Bedeutung,
und alle elektrischen, elektromechanischen oder sogar mechanischen
Geräte
(die Ventile, Differenzdruckwandler, Kugelschwimmer und Druckwächter, die
mit den hydraulischen Pumpen verbunden sind oder nicht) können verwendet
werden, vorausgesetzt sie sind kompatibel mit der Arbeitsweise der
gasdurchlässigen
Kapsel (1). Für
die punktuelle Bewässerung
ist es vorzuziehen, ein Differenzdruckventil (7) zu verwenden,
wie es in 2 anschaulich dargestellt ist,
in welchem der Wasserstrom blockiert wird, sobald der Gasdruck hinreichend
größer wird als
der äußere Wasserdruck.
Sobald die Druckregelung eingesetzt wird, ist es notwendig, elektromechanische
Geräte
zu verwenden, die die Wasserpumpen aktivieren, wie oben erwähnt wurde.
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3 stellt
die Einfachheit des automatischen Bewässerungssystems der vorliegenden
Erfindung dar. Sobald der Boden austrocknet, steigt die Wasserspannung
an, und die Kapsel gibt Wasser in den Boden ab. Sobald die Wasserspannung
des Moduls ein Niveau erreicht, das höher ist als die kritische Spannung – annähernd das
gleiche wie in dem Modul mit dem Sprudeldruck der porösen Kapsel – beginnt deshalb
das unter Druck gesetzte Gas aus der Kapsel (1) in den
Boden auszutreten, was verursacht, dass der Druck nachlässt und
ein Verbindungsweg für
das Wasser in dem Differenzdruckventil (5) geöffnet wird,
womit die Bewässerung
beginnt. Die Wasserzufuhr wird so lange beibehalten, bis die Bodenfeuchtigkeit
auf ein Niveau ansteigt, das die Poren der Kapsel blockiert, was
verursacht, dass der Gasdruck ansteigt. Dieser Anstieg wird das
Gerät (5) oder
das Ventil (7) beeinflussen und den Wasserstrom in dem
Gerät (5, 7)
schließen,
sobald die Feuchtigkeit größer als
das kritische Niveau ist. Die Bewässerung wird nur dann wieder
beginnen, wenn der Gasdruck wieder abfällt (wegen einer Reduzierung
der Bodenfeuchtigkeit) und einen erneuten Gasaustritt in den Boden
verursachen, um somit einen neuen Zyklus zu beginnen.