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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren der Konditionierung eines partikelförmigen Substrats
wie beispielsweise einer Wachstums- bzw. Nährmediumsstruktur, um die Oberflächenschichteigenschaften wie
beispielsweise Wachstumsbedingungen für vegetative Substanz, die
an der Oberfläche
davon wächst,
zu steuern und zu optimieren. Die Erfindung betrifft ferner eine
partikelförmige
Substratstruktur, die Konstruktionen und Anpassungen einarbeitet,
um eine derartige Konditionierung zu bewirken. Die Erfindung betrifft
insbesondere ein Verfahren und eine Konstruktion von konditioniertem
natürlichem
Rasen für
ein Sportspielfeld und dergleichen oder ein Verfahren und eine Konstruktion
von konditioniertem landwirtschaftlichem Nährmedium.
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In
jedem beliebigen Nährmedium,
wie beispielsweise Erde oder einer ähnlichen Struktur, das verwendet
wird, um vegetative Substanz in einer Oberflächenschicht davon anzubauen,
ist die Steuerung von verschiedenen Eigenschaften an der Oberflächenschicht,
und insbesondere in der Nähe
der Wurzeln der wachsenden pflanzlichen Substanz, von entscheidender
Wichtigkeit für
den Wachstumsprozess. Ob die vegetative Substanz überhaupt
wächst, die
Wachstumsraten, die Konsistenz der Bodenbedeckung, die Stärke und
Robustheit der Pflanzen, der Ertrag etc. sind alle entscheidend
von verschiedenen Faktoren abhängig,
die die Erde bzw. den Erdboden oder anderes Nährmedium betreffen.
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Von
allerhöchster
Bedeutung ist die Steuerung der Feuchtigkeit und der Erdbodenatmosphärenzusammensetzung
bei den Wurzeln. In vielen Fällen
kann dies die Notwendigkeit zur Bereitstellung einer angemessenen
Drainage bzw. Entwässerung
bedeuten. Unter anderen Umständen
kann eine Möglichkeit
zur Erhöhung
der Feuchtigkeit bei den Wurzeln, beispielsweise in einer Form von
aktiver Bewässerung,
wünschenswert
sein. Wasser, gemeinsam mit Temperatur und Licht, die typischerweise
von der äußeren Umwelt
bereitgestellt werden, ist der bedeutendste Einzelfaktor, der gesteuert
werden kann, um Wachstumsbedingungen zu optimieren. Eine Anzahl von
anderen Faktoren kann jedoch einen signifikanten Einfluss auf das
Wachstum der pflanzlichen Substanz haben.
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Insbesondere
kann es wünschenswert
sein, den an die Wurzeln angrenzenden Bereich in einer Reihe von
anderen Arten und Weisen zu konditionieren, beispielsweise um eine
angemessene Sauerstoffversorgung sicherzustellen, den pH zu steuern, den
Erdboden aufzulockern, Nährstoffe
zurückzuhalten,
die Temperatur zu steuern und/oder ein Frieren der Oberflächenschicht
zu verhindern etc.
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Ähnliche Überlegungen
können
in Bezug auf partikelförmige
Substrate anders als Nährmedien
zutreffen, wie sie beispielsweise für Sport- und Erholungsbereiche,
wie beispielsweise Sand-Tennisplätze und
dergleichen, bereitgestellt sein können. Die Entwässerung
und Oberflächenschichtfeuchtigkeitssteuerung
sind wiederum entscheidend, genauso wie die Steuerung der Oberflächenschichtverdichtung bzw.
-kompaktion.
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Verschiedene
Entwässerungsstrukturen wurden
vorgeschlagen, mit variierenden Komplexitätsgraden.
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Im
einfachsten Fall umfassen eingerichtete Entwässerungsstrukturen lediglich
Strukturen, die einen fertigen physikalischen Weg für das Wasser
zum Abfließen
bereitstellen, vielleicht durch Leitungen, Kanäle oder dergleichen innerhalb
der Struktur unterhalb der Bodenoberfläche. Derartige Strukturen sind von
lediglich begrenzter Eignung.
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Die
Verwendung von geosynthetischen Materialien für Verstärkungs- oder Entwässerungszwecke
ist ebenfalls etablierte Praxis. Geosynthetiks, die auch als Geotextilien
bekannt sind und manchmal so bezeichnet werden, werden typischerweise
nach deren Funktionsprinzip für
eine beliebige spezielle Anwendung bezeichnet, und da im Wesentlichen
fünf Funktionsprinzipien
existieren, gibt es fünf
Typen von Geosynthetiks. Diese sind Filtrations-, Separations-, Membran-,
Entwässerungs- und Ebenenfluss-,
sowie Verstärkungs-Geosynthetiks.
Geosynthetiks stellen insbesondere eine verbesserte Entwässerung
und Verstärkung
eines Substratmaterials wie beispielsweise das Nährmedium bereit, auf das sich
die vorliegende Erfindung bezieht.
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Grundlegende
geosynthetische Entwässerungsstrukturen
umfassten einen verlängerten Kunststoffkern
aus geosynthetischem Material, typischerweise umgeben von einem
Filtermaterial und/oder unterstützt
von einem Verstärkungsmaterial.
Das Kernmaterial ist beispielsweise durch die Bereitstellung von
geeigneten Furchen oder die Verwendung einer maschenartigen Struktur
konfiguriert, um eine Reihe von verlängerten Kanälen zum Leiten eines Fluids
zu definieren. Wasser kann frei durch die Filter- und/oder Verstärkungsmaterial
in diese Furchen passieren. Der Grund kann eher aktiv statt passiv
entwässert
werden durch die Anwendung einer zusätzlichen Last, um Wasser durch
diese Kanäle
zu drücken. Ähnliche Überlegungen
treffen auf vertikale und horizontale Ableitungen zu.
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Die
GB 2301311 betrifft Verbesserungen
bei Geosynthetiks und führt
elektrokinetische Geosynthetiks (hierin als EKGs bezeichnet) ein.
EKGs sind elektrisch leitfähige
Geosynthetiks oder Geotextilien, die eine verbesserte Leistung gegenüber nicht
leitfähigen
Geosynthetiks bereitstellen. Dieses Dokument des Standes der Technik
offenbart EKG-Strukturen umfassend Schichten einer Ableitung sowie
Verstärkungsgeosynthetika,
die mit leitfähigen
Fasern zusammengenäht
sind. Das Verstärkungs-
und/oder Entwässerungsmaterial
kann ebenfalls leiffähig
sein.
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EKGs
können
zusätzlich
zur Bereitstellung einer Filtration, Entwässerung und Verstärkung verbessert
werden durch elektrokinetische Verfahren für den Transport von Wasser
und folglich für
eine Entwässerung.
Die Fähigkeit
von elektrokinetischen Phänomenen,
Wasser, geladene Partikel und freie Ionen durch fein-gekörntes Niederpermeabilitätssubstrat
zu bewegen, ist etabliert.
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Es
gibt fünf
prinzipielle elektrokinetische Phänomene: Strömungspotential, Sedimentationspotential,
Elektroosmose, Ionenwanderung und Elektrophorese. Die ersten zwei
dieser Phänomene
sind jeweils mit der Erzeugung eines elektrischen Potentials aufgrund
der Bewegung von Ladungen und geladenen Partikeln befasst. Die verbleibenden
drei sind mit den Transportmechanismen befasst, die sich nach Anlegen
eines elektrischen Feldes über
eine Substratmasse entwickeln. Von diesen ist die Elektroosmose
die signifikanteste für
die Verwertung von EKGs bei der Entwässerung.
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Ein
elektrisches Feld wird über
eine Substratmasse unter Verwendung von EKG oder herkömmlichen
Elektroden angelegt. Kationen werden zur Katode angezogen und Anionen
zur Anode. In der Elektroosmose, während die Ionen wandern, tragen
sie ihr Hydratationswasser mit sich und üben eine Reibungskraft auf
das Wasser um sie herum aus. Folglich existiert ein Fluss von Wasser
sowohl an der Anode als auch der Katode und innerhalb des Materials
dazwischen. Um jedoch eine Ladungsneutralität aufrechtzuerhalten, liegen
mehr Kationen als Anionen im Porenfluid des Substrats vor. Deshalb liegt
ein Netto-Fluss von Wasser zur Katode vor, der verwendet werden
kann, um ein aktiveres Entwässerungsverfahren
zu betreiben. Dieser elektroosmotische Fluss hängt vom angelegten Spannungsgradient
und der elekroosmotischen Permeabilität des Substrats ab.
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Die
WO 0202875 beschreibt verschiedene Strukturen
für die
Entwässerung
und Verdichtung eines partikelförmigen
Substrats, beispielsweise umfassend eine horizontal angeordnete
Anode und Katode innerhalb des Massensubstrats, sowie Mittel zum
Betreiben einer Potentialdifferenz darüber, um ein elektroosmotisches
Entwässerungs-
und Verdichtungsverfahren zu betreiben.
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Die
US 4678554 offenbart ein
partikelförmiges
Substrat, das ein Netz von Elektrodenelementen einarbeitet, um ein
Entwässerungsverfahren
innerhalb des Substrats zu betreiben.
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Folglich
ist eine Reihe von Entwässerungsverfahren
im Stand der Technik bekannt. Jedoch ist die Steuerung der Feuchtigkeit
nicht das einzige Problem. Die Steuerung anderer Oberflächenschichtbedingungen,
und insbesondere die Steuerung der Kompaktion bzw. Verdichtung ist
wichtig. Beispielsweise, wo das Substrat ein Nährmedium ist, hängt ein
optimales Wachstum auch von der Steuerung des Volumens des Nährmediums
in der Nähe
der Wurzeln ab, insbesondere, um eine Verdichtung zu verhindern
und/oder zu mindern; wobei eine angemessene Nährstoffversorgung an die Wurzeln
sichergestellt wird; eine angemessene Sauerstoffversorgung an die
Wurzeln sichergestellt wird; der pH des Nährmediums gesteuert wird, die
Temperatur des Mediums gesteuert wird; etc.
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Kompaktion
bzw. Verdichtung ist ein spezielles Problem in Bezug auf Rasenstrukturen,
beispielsweise Spielfelder, Ausstellungsflächen und dergleichen. Selbst
wenn ansonsten technologisch relativ fortschrittliche Systeme verwendet
werden, wird die Verdichtung im Allgemeinen immer noch in der herkömmlichen
physikalischen Art und Weise durch Anwenden einer physikalischen
Auflockerungskraft auf die Oberfläche durch Zacken oder dergleichen
behandelt. Das Durchbohren belüftet
auch die Oberflächenschicht,
um es Sauerstoff zu erlauben, die Wurzeln zu erreichen. Das Verfahren
ist arbeitsaufwändig
und zeitaufwändig
und kann selbst eine Verdichtungswirkung ausüben. Es ist folglich nicht
ideal.
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Die
Temperatursteuerung kann durch Untergrunderwärmung bzw. Rasenheizung bewirkt
werden, wobei Leitungen innerhalb der Erdstruktur ein Material bei
erhöhter
Temperatur führen,
das zirkuliert wird, um die Temperatur in seiner unmittelbaren Umgebung
zu erhöhen.
Eine derartige Lösung
ist nicht ideal. Insbesondere tendiert das Erwärmen dazu, ungleichmäßig zu sein,
heiße
Punkte können
sich entwickeln, und dies kann nachteilig für ein gleichmäßiges Rasenwachstum
sein.
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Eine
Steuerung des pH und der Nährstoffniveaus
wird herkömmlich
durch Zuführung
von chemischen Behandlungen zur oberen Oberfläche des Nährmediums bewirkt, denen es
erlaubt wird, unter der Einwirkung entweder von Regen oder künstlicher Bewässerung
einzusickern.
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Es
ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
Konditionierung eines Nährmediums
sowie ein Nährmedium
mit einer eingebauten Struktur zum Bewirken einer derartigen Konditionierung
bereitzustellen, das manche oder alle der obigen Nachteile lindert.
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Es
ist ein spezieller Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Konditionierung eines Nährmediums
und eine Nährmediumstruktur bereitzustellen,
das wirksam und effizient beim Entwässern und/oder Steuern von
Feuchtigkeit in der Oberflächenschicht
des Nährmediums
ist, welches jedoch eine zusätzliche
Funktionalität
in Bezug auf die Optimierung der Wachstumsbedingungen bei den Wurzeln
bietet.
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Es
wurde nun überraschend
herausgefunden, dass ein System, basierend auf EKGs mit geeigneten
Strukturen, Steuerungen und Betriebsparametern, viele dieser Extra-Funktionen
zusätzlich
zu der im Stand der Technik erkannten Entwässerungsfunktion in vortrefflicher
Art und Weise bereitstellen kann.
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Folglich
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung in ihrem ersten Aspekt eine partikelförmige Substratstruktur gemäß Anspruch
1 bereitgestellt.
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Die
Struktur ist insbesondere für
die Verwendung beim Betreiben einer Entwässerung vorgesehen, wobei die
obere Elektrode als eine Anode funktioniert. Folglich wird die untere
Elektrode, die angepasst ist, um normalerweise als eine Katode zu
funktionieren, vorzugsweise in Verbindung mit einer Ableitung bereitgestellt,
ist vorzugsweise auch ein elektrokinetisches Geosynthetikum und
ist insbesondere eine elektrokinetische geosynthetische Ableitung. Die
Anordnung verleiht jedoch eine bedeutsame Extra-Funktionalität gegenüber Systemen
des Standes der Technik, die eine EKG-Entwässerungskatode verwenden,
selbst wenn sie in dieser herkömmlichen Art
und Weise betrieben wird, indem es auch erlaubt wird, dass die Polarität für eine vollständige aktive Steuerung
der Feuchtigkeit und anderer Eigenschaften an der Oberflächenschicht
umgekehrt wird.
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In
der Verwendung als eine Ableitung mit der unteren Elektrode als
eine Entwässerungskatode, wird
Feuchtigkeit durch Elektroosmose in Richtung der unteren Katode
getrieben, um abgeleitet zu werden. Das Elektrodensystem jedoch
wird mit einer ausreichenden Potentialdifferenz betrieben, um sicherzustellen,
dass ein Gas (in dieser Betriebsart Sauerstoff, jedoch mit umgekehrter
Polarität
Wasserstoff) an der oberen Elektrode erzeugt wird und dabei an der
Oberflächenschicht
erzeugt wird.
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Dies
stellt einen bedeutsamen weiteren Vorteil bereit, indem die Erzeugung
von beliebigem Gas zur Auflockerung des partikelförmigen Substrats
führen
wird, um das Volumen in der Oberflächenschicht zu steuern. Dies
ist insbesondere wertvoll, wo das partikelförmige Substrat verwendet wird,
um pflanzliche Substanzen anzubauen bzw. wachsen zu lassen. Es wird
nicht nur Sauerstoff zur Verfügung
gestellt, was wahrscheinlich beim Wachstumsprozess hilft, sondern
die Auflockerung an sich hilft dabei, aerobe Bedingungen in der
Wurzelzone aufrechtzuerhalten, was folglich bei der Aufspaltung
von toten organischen Substanzen hilft, was den Nährstoffzyklus unterstützen wird
und helfen wird, die Erzeugung von toxischen Bedingungen in Verbindung
mit Anoxie wie beispielsweise "Klack
Layer" zu vermeiden.
Die Steuerung der Oberflächenverdichtung
und folglich der physikalischen Eigenschaften der Oberfläche, kann jedoch
auch für
andere Substrate, beispielsweise Sand-basierende Sportbereiche wie
beispielsweise Tennisplätze,
wünschenswert
sein.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, da die Anode ein
EKG ist, dass sie sowohl eine Rolle bei der Verstärkung als
auch eine lediglich elektrische Rolle spielen kann.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass sie verwendet werden kann,
um den pH in der Oberflächenschicht
zu steuern. Beispielsweise ist bekannt, dass optimale Bedingungen
für Rasen
um einen pH von 5,5 bis 6,5 liegen. Folglich kann die elektroosmotische
Reaktion betrieben werden, um einen derartigen pH aufrechtzuerhalten,
wobei der Bedarf an speziellen chemischen Behandlungen zum Bewirken
einer derartigen Steuerung überflüssig wird.
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Ein
Bezug hierin auf ein Wachstums- bzw. Nährmedium erfolgt auf jedes
beliebige partikelförmige
feste Medium, in welchem pflanzliche Substanz angebaut bzw. gezogen
werden kann, umfassend natürliche
oder künstliche
Erde, Lehm, Erdboden, Grundmaterial oder ähnliche Mischungen, in denen eine
Steuerung der Feuchtigkeit notwendig ist, um Wachstum zu optimieren.
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Die
obere Elektrode ist in der Nähe
angeordnet, wo die Wurzeln liegen werden, und ist ein elektrokinetisches
Geosynthetikum das ausgewählt
ist, um im Allgemeinen planar zu sein. Das EKG kann die Form eines
Gitters, einer Lage, einer Serie von Streifen oder jede beliebige
andere Struktur annehmen, um eine im Allgemeinen planare Erstreckung
auszumachen. Es liegt im Allgemeinen horizontal zur Oberfläche, was
sowohl die Steuerung der Feuchtigkeit an der Oberfläche in der
Nähe der
Wurzeln durch Elektroosmose, als auch die Erzeugung und Entwicklung von
Gas an der oberen Elektrode (ob O2 oder
H2 hängt
davon ab, ob die obere Elektrode als eine Anode oder eine Katode
funktioniert) erlaubt, was gemeinsam mit der Steuerung des Porenwasserdrucks einen
Auflockerungseffekt erzeugen kann.
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Die
obere Elektrode ist vorzugsweise ferner angepasst, um eine Verstärkungsrolle
in der oberen Oberflächenschicht
des Nährmediums
oder des anderen partikelförmigen
Substrats zu spielen, beispielsweise um die Wurzeln der wachsenden
pflanzlichen Substanz zu verankern und/oder als eine Verstärkungsschicht
für eine
obere Schicht zu dienen, beispielsweise wo die obere Schicht entfernbar
ist. In einer Ausführungsform,
wo die obere Schicht Rasen oder dergleichen ist, kann das EKG der
oberen Elektrode dann als eine verstärkende Verstärkungsschicht
während
des Transports des Rasens, und als eine verstärkende Wurzelverankerungsschicht,
wenn er vor Ort ausgelegt wird, zusätzlich zur Elektrodenfunktion
dienen.
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Das
leitende geosynthetische Material kann jede beliebige geeignete
Zusammensetzung aufweisen, um leitfähige Eigenschaften zu ergeben.
Beispielsweise kann das leitfähige
geosynthetische Material ein im Allgemeinen an sich nicht leitendes
Geosynthetikum in Verbindung mit zumindest einem leitfähigen Element
umfassen, um ein leitfähiges
geosynthetisches Kompositionsmaterial zu erzeugen. Alternativ kann
das geosynthetische Material inhärent leitfähig sein,
beispielsweise durch Beladen mit leitfähigen Partikeln. Ein derartiges
inhärent
leitfähiges geosynthetisches
Material kann zusätzlich
mit zumindest einem separaten leitfähigen Element verbunden sein,
um ein leitfähiges
Compositgeosynthetikum bereitzustellen.
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In
einer Alternative umfasst die planare obere Elektrode eine oder
mehrere EKG-Strukturen, umfassend leitfähiges geosynthetisches Material,
wobei das leitfähige
geosynthetische Material eine offene Maschenstruktur umfasst.
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Die
EKG-Struktur besteht folglich im Wesentlichen lediglich aus geosynthetischem
Material in einer offenen Maschenstruktur, optional inhärent leiffähig und/oder
in Verbindung mit einem oder mehreren leitfähigen Elementen, bereitgestellt
integral mit oder in Verbindung mit der offenen Maschenstruktur.
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Das
leitfähige
geosynthetische Netz kann in einer einfachen Ausführungsform
ein im Allgemeinen planares Netz umfassen, wobei die EKG-Struktur selbst
ein oder mehrere derartige planare Netze umfasst. Alternativ kann
das leitfähige
geosynthetische Netz gewellt sein oder kann eine einschließende Netz-
bzw. Maschenstruktur ausbilden, die jede beliebige feste Form, wie
beispielsweise eine Kugel, ein Ellipsoid, ein Parallelepiped, einen
Würfel
oder einen Kegel definiert. Eine insbesondere bevorzugte Struktur
ist eine offene Hülsenstruktur.
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In
einer weiteren Alternative umfasst die obere Elektrode eine oder
mehrere EKG-Strukturen, umfassend Lagenmaterial, beispielsweise
nicht-leitfähiges
Strukturmaterial wie beispielsweise gewobenes oder nicht gewobenes
Gewebematerial, das ein Muster von leitfähigen Elementen darin eingearbeitet
aufweist, beispielsweise umfassend leitfähige Schnüre, Drähte oder dergleichen, die in
die Lage gewoben oder genäht
sind.
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In
einer weiteren Alternative umfasst die obere Elektrode eine Lage
von inhärent
leitfähigem
Material, beispielsweise mit Kohlenstoff beladenes Polymermaterial.
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Jedes
beliebige geeignete Material kann für die untere Elektrode verwendet
werden. Die untere Elektrode könnte
jeder beliebige Leiter mit damit verbundener Ableitung zum Entfernen
von angesammeltem Wasser sein, wenn die Elektrode als eine Katode
agiert. Insbesondere umfasst die untere Elektrode eine leitfähige Ableitung
und ist vorzugsweise ein elektrokinetisches Geosynthetikum, und
ist insbesondere eine elektrokinetische geosynthetische Ableitung
eines bekannten Typs. EKGs wie oben beschrieben oder von anderen
geeigneten Konfigurationen liegen nahe.
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Die
untere Elektrode muss selbst nicht planar sein, jedoch muss eine
Reihe bereitgestellt werden, angeordnet im Allgemeinen unter der
oberen Elektrode und parallel dazu, um den gesamten Bereich abzudecken.
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Geeignete
geosynthetische Materialien werden Fachleuten vertraut sein. Diese
werden Polymermaterialien wie beispielsweise Polyethylen, Polypropylen,
PVC, gewisse Polyester und dergleichen, sowie Kohlenstofffasern
umfassen. Geosynthetische Materialien können leiffähig gemacht werden durch die
Bereitstellung von separaten leitfähigen Elementen und/oder durch
Beladen mit einem leitfähigen Material.
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Derartige
leitfähige
Elemente können
in jedem beliebigen bekannten leitfähigen Material bereitgestellt
werden. Beispielsweise können
die leitfähigen
Elemente rein oder Compositmetallisch, wie beispielsweise Metalle
oder Metallpulver (Stahl, Kupfer), die in geeigneten festen Trägern dispergiert
sind, oder leiffähig
nicht metallisch, wie beispielsweise Kohlenstoff, ein leitfähiges Polymer
oder ein Composit davon, sein.
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Bequemerweise
umfasst das leitfähige
Element leitfähiges
nicht metallisches Material. Ein derartiges Material ist definitionsgemäß weniger
anfällig gegenüber Korrosion
als metallisches Material. Bevorzugter umfasst das leitfähige Element
leitfähiges nicht
metallisches Polymermaterial. Alternativ umfasst das leitfähige Element
metallisches Material und ist vollständig von einer vorzugsweise
leitfähigen nicht
metallischen geosynthetischen äußeren Schicht
umgeben. Beide von diesen erhöhen
wahrscheinlich die Lebensdauer vor Ort.
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Ein
insbesondere bevorzugtes planares EKG ist in der
PCT/GB01/02915 beschrieben.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung sind die Eigenschaften der oberen Elektrode vorausgewählt in Kombination
mit der angelegten Potentialdifferenz, um eine Widerstandserwärmung an
der oberen Elektrode zu erzeugen. Dies verleiht eine zusätzliche
Funktionalität
an ein Paar von Elektroden, die gemäß dem Verfahren angeordnet
sind. Widerstandserwärmung
ist nicht notwendigerweise der effizienteste oder effektivste Weg
der Temperatursteuerung der Oberfläche, und in Fallen, wo eine Temperatursteuerung
und insbesondere eine Oberflächenerwärmung wünschenswert
ist, beispielsweise um das Frieren der Oberflächenschicht zu verhindern,
ist wahrscheinlich eine weitere Form der Erwärmung, ob innerhalb der Erdstruktur
angeordnet oder auf die Oberfläche
von oben angewendet, die hauptsächliche
Art und Weise der Temperatursteuerung. Nichtsdestotrotz ist ein
Grad einer zusätzlichen
Erwärmung
durch Widerstandserwärmung
ein effektives zusätzliches
Merkmal der vorliegenden Erfindung.
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Die
Struktur umfasst vorzugsweise ferner geeignete Verbindungen zum
Verbinden der Elektroden mit einer Stromversorgung. Die Verbindung
kann jede beliebige im Stand der Technik zum Verbinden von Drähten oder
zum Verbinden eines Drahts und einer leitfähigen geformten Elektrode sein.
Vorzugsweise ist die Verbindung isoliert, um eine Zersetzung durch
Korrosion aufgrund der Anwesenheit von Wasser zu verhindern, beispielsweise
durch Eintauchen in Harz oder Einschließen innerhalb eines Isolierungsgehäuses. Vorzugsweise
weist eine Mehrzahl von Verbindungen ähnliche elektrische Kontinuität auf und
präsentieren
einen ähnlichen
Widerstand, was eine gleichmäßige Leistung
und minimalen Potentialverlust über
das Elektroosmosesystem sicherstellt. Wenn elektrische Widerstandserwärmung in der
Abwesenheit von beliebigen elektroosmotischen Effekten gewünscht wird,
kann die Stromversorgung konfiguriert werden, um ein Wechselstrom-
oder gepulstes normales und umgekehrt polares elektrisches Feld
zu liefern.
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Die
Struktur umfasst vorzugsweise ferner eine Stromversorgung, um eine
Potentialdifferenz über
die Elektroden anzulegen. Vorzugsweise ist die Versorgung steuerbar,
um es der Versorgung zu erlauben, ausgeschalten zu werden, wenn
keine Wirkung benötigt
wird und/oder um es der Potentialdifferenz zu erlauben, gemäß variierenden
Betriebserfordernissen variiert zu werden und/oder um es der Polarität zu erlauben,
derart umkehrbar zu sein, dass die obere Elektrode sowohl als eine
Anode funktionieren kann, wobei Wasser elektroosmotisch zur unteren
Katode getrieben wird, um den Feuchtigkeitsgehalt bei den Wurzeln
der darin wachsenden pflanzlichen Substanz zu reduzieren, und als
eine Katode, wobei Wasser elektroosmotisch in Richtung der Wurzeln
getrieben wird, um den Feuchtigkeitsgehalt zu erhöhen und/oder
den Porenwasserdruck zu steigern, um eine Auflockerung der Erde
zu bewirken.
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Vorzugsweise
umfasst die Struktur ferner ein Steuersystem, das auf die Stromversorgung
wirkt, um eine derartige Steuerung zu bewirken. Das Steuersystem
kann Benutzer-bedienbar und/oder vorprogrammierbar sein. Das Steuersystem
kann Sensoren in Verbindung mit dem Nährmedium einarbeiten, um Informationen
betreffend die Bedingungen darin rückzukoppeln, und ferner Steuermittel
einarbeiten, die auf die Bedingungssignale reagieren, um geeignete
Steuerungen über
die Stromversorgung in Antwort darauf zu bewirken.
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Folglich
umfasst gemäß einer
speziell bevorzugten Ausführungsform
die Struktur ferner ein oder mehrere Arrays von Sensorvorrichtungen,
angeordnet in der Nähe
der Wurzeln der verwendeten wachsenden pflanzlichen Substanz, und
angepasst, um Informationen betreffend physikalische und/oder chemische
Parameter innerhalb des Nährmediums bereitzustellen,
welche dann an der Steuerungsstelle verfügbar gemacht werden können. Beispielsweise kann
in Antwort auf variierende Signale von diesen Sensoren ein Benutzer
an der Steuerungsstelle Betriebsbedingungen des Systems verändern und/oder eine
automatische Steuereinheit kann dahingehend wirken, dass sie den
Betrieb des Systems justiert, um den überwachten Parameter innerhalb
eines vorbestimmten gewünschten
Bereichs zu halten.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Konditionierung
eines partikelförmigen
Substrats gemäß Anspruch
14 bereitgestellt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens wird eine Potentialdifferenz derart angelegt, dass
die obere Elektrode als eine Anode agiert, die untere Elektrode
als eine Katode agiert, und das Verfahren wirkt dahingehend, dass
Feuchtigkeit elektroosmotisch in Richtung der unteren Elektrode
weg von der Nähe
der Wurzeln getrieben wird, und erzeugt Sauerstoffgas in der Nähe der oberen
Elektrode und in der Nähe
der Wurzeln. Dies erzeugt die oben beschriebenen Entwässerungs-,
Auflockerungs- und Belüftungsfunktionen.
Ferner kann in dieser Ausführungsform
die obere Oberfläche
verdichtet werden, um eine hartere Oberfläche bereitzustellen, um eine
erhöhte
Traktion oder Ballelastizität
wie gewünscht
zu bewirken.
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In
einer alternativen Ausführungsform
umfasst das Verfahren ferner das Anwenden einer Potentialdifferenz
derart, dass die obere Elektrode als eine Katode agiert, Wasser
elektroosmotisch in Richtung der oberen Elektrode getrieben wird,
und Wasserstoffgas daran erzeugt wird, was folglich den Feuchtigkeitsgehalt
in der Nähe
der Wurzeln der wachsenden pflanzlichen Substanz erhöht und auch eine
Auflockerungsfunktion durch die Erzeugung von Gas und durch Steigerung
des Porenwasserdrucks in der Matrix der Erde erfüllt.
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In
einer Verfeinerung des Verfahrens, um eine chemische Behandlung
auf die Oberflächenregion
des wachsenden Mediums anzuwenden beispielsweise einen Dünger, einen
Verbesserer, ein Herbizid, pH-Steuerung oder dergleichen, umfassend
das Anwenden einer chemischen Behandlung mit geeigneten gewünschten
Eigenschaften auf eine obere Oberfläche der partikelförmigen Struktur,
Aufbringen von Wasser auf die obere Oberfläche, wird das Verfahren wie
oben beschrieben durchgeführt, wobei
die obere Elektrode als eine Anode funktioniert und die untere Elektrode
als eine Katode funktioniert, um das Wasser und die chemischen Behandlungsspezies
elektrokinetisch durch das Nährmedium
oder die andere partikelförmige
Struktur zu ziehen. Es ist folglich möglich, ein Nährmedium
wie beispielsweise Torf bzw. Rasen oder ein landwirtschaftliches
Nährmedium,
aktiv mit einer chemischen Spezies zu behandeln, anstatt passiv
eine chemische Spezies aufzubringen und von Regen/aufgebrachten
Wasser und der Wirkung der Schwerkraft abhängig zu sein.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Konstruieren
eines konditionierbaren partikelförmigen Substrats gemäß Anspruch
17 bereitgestellt.
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In
einer Ausführungsform
umfasst das Verfahren zum Konstruieren des Substrats die Installation der
Elektroden vor Ort. Insbesondere wird die untere Elektrode durch
Ziehen durch das Substrat vor Ort bzw. in situ unter Verwendung
eines Maulwurfpflugs in herkömmlicher
Art und Weise installiert. Die obere Elektrode wird durch Entfernen
und anschließendes
Ersetzen bzw. Wiederhinlegen der oberen Schicht des Substrats installiert,
beispielsweise im Falle von Rasen durch Zurückrollen und anschließendes Ersetzen
bzw. Wiederhinlegen der oberen Rasenschicht.
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In
einer alternativen Ausführungsform
umfasst das Verfahren zum Konstruieren des konditionierbaren Substrats
das Zusammensetzen von Wachstumsmedium bzw. Nährmedium und Elektroden, wobei
eine Basisschicht bereitgestellt wird, und wobei sequentiell darauf
die untere Elektrode einschließlich
einer damit verbundenen Ableitung, eine Körperschicht von partikelförmigem Substrat,
die obere Elektrode und eine obere Schicht von partikelförmigem Substrat
gelegt werden. Insbesondere umfasst das Substrat Nährmedium,
das optional wachsende pflanzliche Substanz umfasst. Beispielsweise umfasst
die obere Schicht eine Rasenschicht und die Rasenschicht arbeitet
bequemerweise die obere Elektrode als eine Verstärkungsschicht darin ein.
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Die
Erfindung wird nun lediglich beispielhalber mit Bezug auf die 1 bis 3 der
beigefügten
Zeichnungen beschrieben, wobei gilt:
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1 ist
eine schematische Darstellung einer Rasenstruktur für ein Sportfeld
oder dergleichen, die die Prinzipien der Erfindung verkörpert;
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2 ist
ein Beispiel eines geeigneten Materials für die obere Elektrode;
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3 ist
ein Beispiel eines alternativen Materials für die obere Elektrode.
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Bezugnehmend
auf 1 ist eine Rasenstruktur für ein Sportfeld oder dergleichen
gezeigt, das ein natürliches
oder künstliches
Erdnährmedium (2)
mit Gras (3), das im Wesentlichen an der Oberfläche (4)
davon wächst,
umfasst. Die Wurzeln (5) des Grases (3) können als
nach unten in eine Oberflächenschicht
(L) des Nährmediums
(2) wachsend gesehen werden und es ist insbesondere diese
Oberflächenschicht,
für welche
gewünscht
wird, dass sie für eine
optimale Wachstumsleistung konditioniert wird.
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Zwei
Elektroden sind innerhalb der Rasenstruktur bereitgestellt, um das
Potential für
die elektroosmotische Steuerung der Bedingungen innerhalb der Erde
zu ergeben. Eine obere Elektrode (6) umfasst ein planares
elektrokinetisches Geosynthetikum, beispielsweise von dem in den 2 oder 3 dargestellten
Typ. Eine untere Elektrode (8) umfasst eine elektrokinetische
geosynthetische Ableitung von herkömmlichem Design.
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Der
Rest von 1 stellt das Steuerungssystem
lediglich schematisch dar. Eine Energiequelle (11) legt
eine Potentialdifferenz zwischen den zwei Elektroden (6, 8)
an, um das elektroosmotische Verfahren zu betreiben. Im Normalbetrieb
wird dies derart erfolgen, dass die obere Elektrode (6)
als eine Anode funktioniert und die untere Elektrode (8)
als eine Katode funktioniert. Als ein Ergebnis wird Wasser in Richtung
der unteren Elektrode (8) gezogen, um in der üblichen
Art und Weise abgeleitet zu werden. Ferner, und besonders in Bezug
auf die vorliegende Erfindung, wird Sauerstoff in der Nähe der oberen Elektrode
(6) erzeugt werden, was einen Auflockerungseffekt in der
Oberflächenschicht
(L) erzeugt und die Wurzeln (5) belüftet.
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Die
Steuerung der Energiequelle (11) erfolgt mittels einer
Steuereinheit (12), beispielsweise bei einer entfernten
Steuerstation. Die Steuereinheit wird mittels manueller Steuerungen
(13) innerhalb eines Steuerzentrums und/oder mittels eines
geeignet vorprogrammierten automatischen Steuersystems (14) bedient.
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Ein
Array von Sensoren (17) ist in der Nähe der Wurzeln (5)
bereitgestellt, um die Bedingungen in der Oberflächenschicht (L) zu überwachen.
Alle beliebigen relevanten Parameter können überwacht werden. Diese Parameter
können
bei einem Steuerzentrum auf der Anzeigeeinheit (16) angezeigt
werden, um es einem Benutzer zu erlauben, beliebige notwendige Anpassungen
an den Betrieb des Systems durchzuführen, und/oder an einen Komparator (15)
gereicht werden, der diese mit vorbestimmten Daten, die in der automatischen
Steuereinheit (14) gespeichert sind, vergleicht und bewirkt,
dass sich dies auf die Steuereinheit (12) auswirkt, um
sicherzustellen, dass die Bedingungen innerhalb eines vorausgewählten gewünschten
Parameters gehalten werden.
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Wie
betont wurde, verleiht die vorliegende Erfindung eine Reihe von
Funktionalitäten
an die Struktur, umfassend Entwässerung,
Belüftung,
Auflockerung, pH-Steuerung und Widerstandserwärmung. Parameter, die sich
auf beliebige oder alle dieser beziehen, können überwacht werden und der Zustand der
Erde kann demgemäß in der
obigen Art und Weise gesteuert werden.
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Ein
bevorzugtes elektrokinetisches geosynthetisches Material für die obere
Elektrode ist in 2 gezeigt. Ein Abschnitt der
Elektrode (6) ist derart gezeigt, dass er eine Maschen-
bzw. Netzstruktur umfasst. Das Netz umfasst einen ersten Satz von
parallelen EKG-Elementen (21) und einen zweiten Satz von
parallelen EKG-Elementen (22), die überlappt und angeordnet sind,
um eine rhombische Maschenstruktur mit Öffnungen (23) zu erzeugen.
Das Material des Netzes umfasst leitfähige Kernelemente (24), die
in diesem Beispiel Edelstahl sind, eingeschlossen in einer leitfähigen geosynthetischen
Außenschicht (25),
die in diesem Fall ein kohlenstoffbeladenes Polymermaterial ist.
Diese spezielle Sandwich-Anordnung erzeugt einen guten Umgebungswiderstand
vor Ort in der Erde.
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Eine
alternative Anordnung für
die planare obere Elektrode (6) ist in 3 gezeigt.
In diesem Fall ist die Basis der Elektrode eine nicht leitfähige Gewebelage
(31), die dazu dient, an das EKG eine Struktur zu sowie
und einen Grad einer Verstärkung der
oberen Oberflächenschicht.
Die Lage ist vorzugsweise aus gewobenem oder nicht gewobenem Polymergewebe,
angepasst, um einer umweltbedingten Verschlechterung vor Ort im
Grund zu widerstehen. Leitfähige
Elemente nehmen die Form von Edelstahlfasern (32) an, die
in die Lage (31) eingenäht
sind, wiederum in einer im Wesentlichen rhombischen Anordnung, um
eine planare EKG Struktur bereitzustellen.