WO2015104104A1 - Bestrahlungsvorrichtung zur bestrahlung von pflanzen - Google Patents

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WO2015104104A1
WO2015104104A1 PCT/EP2014/076697 EP2014076697W WO2015104104A1 WO 2015104104 A1 WO2015104104 A1 WO 2015104104A1 EP 2014076697 W EP2014076697 W EP 2014076697W WO 2015104104 A1 WO2015104104 A1 WO 2015104104A1
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WO
WIPO (PCT)
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irradiation device
miniature
plants
radiation
radiators
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/076697
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Weiss
Sven Linow
Maike Klumpp
Jan Böttcher
Original Assignee
Heraeus Nobelight Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heraeus Nobelight Gmbh filed Critical Heraeus Nobelight Gmbh
Publication of WO2015104104A1 publication Critical patent/WO2015104104A1/de

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G7/00—Botany in general
    • A01G7/04—Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth
    • A01G7/045—Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth with electric lighting
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/24—Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
    • A01G9/249—Lighting means

Definitions

  • Irradiation device for irradiation of plants
  • the present invention relates to an irradiation device for irradiating plants, comprising a support element defining a cultivation plane E for cultivating the plants, a plurality of radiation sources for irradiating the plants with visible and / or ultraviolet radiation and a plurality of infrared radiators for irradiating the plants with infrared radiation.
  • a support element defining a cultivation plane E for cultivating the plants
  • a plurality of radiation sources for irradiating the plants with visible and / or ultraviolet radiation
  • a plurality of infrared radiators for irradiating the plants with infrared radiation.
  • the emission spectrum of artificial light sources for the irradiation of plants has large radiation components in the two above-mentioned wavelength ranges.
  • light sources for example, gas discharge lamps or light emitting diodes (LEDs) are used.
  • Gas discharge lamps consist of a filling chamber filled with a filling gas, in which two electrodes are arranged. In dependency In the discharge chamber, a gas discharge, which is associated with the emission of optical radiation, takes place in accordance with a voltage applied to the electrodes.
  • the wavelength of the emitted radiation can be influenced by a selection of the filling gas and adapted to the absorption spectrum of the chlorophyll, for example by a corresponding doping of the filling gas.
  • LEDs on the other hand, only emit light in a limited spectral range, so that several LEDs of different wavelengths have to be combined to produce an emission spectrum adapted to the absorption spectrum of the chlorophyll.
  • USO 2009/0251057 A1 discloses an artificial light source with a plurality of LEDs, in which light emitting diodes with different emission spectra are combined to produce artificial sunlight.
  • Nutrient transport in the plant as well as carbon dioxide assimilation are influenced by the plant's stomata.
  • the plant regulates the gas exchange with the ambient air, in particular the absorption of carbon dioxide from the air and the release of oxygen into the air.
  • the water balance of the plant is influenced by the opening width of the stomata.
  • opened stomata lead to an increased evaporation of water, which generates a transpiration suction, so that overall the water and nutrient transport (juice flow) is increased from the root to the leaves.
  • the opening width of the stomata can be regulated by several factors, including, for example, the temperature and humidity of the surrounding atmosphere, the availability of water, the carbon dioxide concentration in the interior of the leaf, and the absorption of light.
  • the gap opening width and thus the effectiveness of the Pho-0 tosynthese be regulated.
  • WO 2010/044662 A1 proposes an irradiation device for plants with a chamber in which, in addition to radiation sources for irradiating the plants with visible or ultraviolet radiation, a plurality of infrared radiators arranged on a side wall of the chamber are provided for irradiating the plants with infrared radiation.
  • the infrared heaters heat the leaves of the plants in such a way that the stomata open, so that a stimulation of the exchanges of the plant with its environment is achieved.
  • the individual plants depending on their planting position on the cultivation level, each have a different distance from the infrared radiators and are therefore irradiated unevenly.
  • the outer areas of the cultivated area are exposed to higher irradiation intensities compared with the inner areas of the acreage.
  • a uniform growth of the plants and thus a homogeneous irradiation of all plants are basically desirable.
  • infrared radiators With a lateral arrangement of the infrared radiators, a large number of radiators is required in addition with respect to the cultivated area, which in order not to damage the plants in the outer area of the acreage by excessive heating, must have a low power.
  • infrared radiators typically have high power; Spotlights of low power are expensive to produce in relation to the power emitted by the individual radiator and usually only have a limited service life.
  • the lateral arrangement of the infrared radiator also contributes to an irradiation and heating of the other provided in the irradiation device components, such as the electrical lines and mounting elements for the radiation sources, as well as provided in the irradiation device radiation sources, which shortens the life of these components by the irradiation becomes.
  • a lateral arrangement of the infrared radiator is therefore associated with high operating costs and low energy efficiency.
  • the invention is therefore based on the object of specifying an irradiation device for the irradiation of plants, which has a long life, which ensures uniform irradiation of the plants with infrared radiation, which moreover is simple and inexpensive to manufacture, and the high in operation Energy efficiency.
  • the infrared radiators are miniature radiators, which are designed for a maximum power of 30 W, and each have a permeable to infrared radiation lamp bulb and within the lamp envelope a getter and a Schufilament , which is designed for an operating temperature of 1 .000 ° C to 1 .500 ° C, wherein at least one retaining strip for miniature radiator support is provided, which extends in a location above the cultivation level E radiator Z, so that irradiation areas of adjacent miniature radiators overlap on the cultivation level E such that the average irradiance at the cultivation level E between 10 watts / m 2 and 100 watts / m 2 with a maximum fluctuation of 50% is around their mean.
  • Sunlight which plants need to grow under natural conditions, has radiation components of ultraviolet, visible, and infrared radiation.
  • the artificial irradiation device also has infrared radiators in addition to radiators for generating ultraviolet and / or visible radiation (hereinafter also referred to as UV and VIS radiators for short).
  • UV and VIS radiators for short.
  • the infrared radiators are designed according to the invention as miniature radiators, which are characterized on the one hand by a low nominal power of 30 W maximum. Due to the low nominal power, the risk of excessive irradiation of the plants is low.
  • the radiation spectrum of the miniature radiators is adapted to the plants to be irradiated, their absorption properties and their stature height.
  • the absorption spectrum of plants is characterized by high absorptions in the wavelength range below 700 nm and above 2.5 ⁇ . In the range between 0.7 ⁇ and 2.5 ⁇ a basic absorption of about 5% and a nearly undirected scattering are observed.
  • Radiation with wavelengths in this range is suitable for penetrating the uppermost layers of leaves of a plant; In principle, it is also available for irradiation of the lower leaf layers, but is absorbed only to small proportions.
  • the use of the above-mentioned miniature radiators has been shown to achieve optimum plant growth when the miniature radiators have a heating filament designed for a filament temperature of 1, 000 ° C to 1, 500 ° C.
  • Miniature radiators which at nominal voltage have a filament temperature in the abovementioned range, emit radiation with an intensity maximum at wavelengths in the range from 1.5 ⁇ m to 4 ⁇ m.
  • Radiation with filament temperatures in the transition region in particular between 1 .000 ° C and 1 .500 ° C, contains radiation components that can be absorbed by both upper leaf layers and lower leaf layers. Due to this adaptation of the emission spectrum to the physiological processes in the plant, the miniature radiators contribute to improved plant growth.
  • the lamp bulb of the miniature radiator has a high permeability to infrared radiation, in particular for radiation with wavelengths in the range of 2.0 ⁇ to 4.5 ⁇ on. This contributes to the fact that a large proportion of the radiation emitted by the filament is available for irradiation of the plants. At the same time, the amount of heat is reduced, which is dissipated from the radiator, for example by means of heat conduction or convection. As a result, a particularly energy-efficient miniature radiator is obtained.
  • a getter is provided in the lamp bulb of the miniature radiator.
  • a getter material is used to allow a high purity of a vacuum or a gas filling in the lamp bulb and this - as long as possible.
  • Impurities of the lamp envelope gas space can be deposited, for example, by sorption on the getter surface or by chemical reaction with the getter from the gas space of the lamp envelope.
  • the fact that the miniature radiators have a getter a long life of the radiator is made possible.
  • the use of the getter helps to reduce radiation absorption by impurities in the gas space.
  • the infrared radiators are supported on at least one retaining strip which extends in a radiator zone Z located above the cultivation plane E.
  • Several retaining strips with infrared radiators may be provided in the radiator zone Z, wherein the retaining strips in the radiator zone Z preferably extend in such a way that their longitudinal axes run parallel to one another. Due to the parallel arrangement, a planar radiation of the infrared radiation is simply ensured. Such an arrangement therefore contributes to a uniform irradiation of a plant level determined by the plant growth or of the cultivation level E.
  • the aim is thus not only a uniform infrared radiation, but also a minimization of the shading of the UV and VIS radiation at the cultivation level E.
  • the irradiation device has a construction space B.
  • a plurality of components are arranged, which are required for the operation of the irradiation device, such as electric cables or mounting elements for the infrared radiator or other radiation sources. It is therefore basically desirable to avoid excessive heating of the components of the installation space by infrared / thermal radiation.
  • the emission characteristic of the infrared radiator plays an important role. It should make sure that the infrared radiation is not just reflected downwards, but is distributed over a wide irradiation area.
  • the retaining strips in the emitter zone Z are arranged such that the irradiation areas of adjacent infrared emitters overlap on the cultivation plane E, the mean irradiation intensity on the cultivation plane E between 10 W / m 2 and 100 W / m 2 .
  • the average irradiance has a small fluctuation range.
  • the fluctuation range is the maximum deviation of the actual irradiance at a point of the cultivation level E from the average irradiance.
  • the actual irradiance deviates by at most ⁇ 50% from the average irradiance at the cultivation level E.
  • the deviation from the average irradiance at the cultivation level is preferably 20%, particularly preferably 10%.
  • the lamp bulb is made of a glass which transmits at least 70%, preferably at least 80%, of transmission of radiation having a wavelength in the range of 2,000 nm to 4,500 nm. , having.
  • the transmission is a measure of the permeability of a medium for electromagnetic waves.
  • the details of transmission relate to the pure transmission; Any reflections on the surface of the glass are not taken into account in the determination of the transmission.
  • a lamp bulb having a high transmittance for radiation having wavelengths in the abovementioned range has good permeability in the emission region of the heating filament, so that the radiation emitted by the filament can largely pass through the lamp bulb unhindered and is available for irradiation of the plants , At the same time heating of the lamp bulb is reduced by radiation absorption in the lamp envelope.
  • the lamp bulb is preferably made of a special aluminum silicate glass or of a borosilicate glass manufactured. The use of aluminum silicate glass or borosilicate glass is associated with low production costs in comparison to the use of quartz glass.
  • the mean irradiance at the cultivation level E is 10 watts / m 2 to 50 watts / m 2 .
  • the necessary average irradiance at the cultivation level depends on the crop to be cultivated as well as other environmental conditions. It has been found that for many plant species an irradiance in the range of 10 watts / m 2 to 50 watts / m 2 leads to an accelerated growth and thus to a shorter mean residence time of the plants in the rearing chamber.
  • the infrared radiators are designed for a rated voltage in the range of 6 V to 24 V.
  • Infrared radiators with a maximum rated output of 30 W can be operated at a rated voltage in the above-mentioned range. As a result, a manageable operating current of less than 5 A is established. It has proven useful to connect several infrared radiators in series. If the infrared radiators of a retaining strip are connected in series, only this strip must be checked in the event of a fault. In addition, with alternating voltage, the individual partial lamp voltages add up so that, as a rule, a total voltage above 24 V will be achieved. When weighing the expenses for maintenance, a series connection of a sufficient number of radiators for reaching mains voltage is possible.
  • a low radiator density of the miniature radiators is basically desirable.
  • a distance of adjacent retaining strips of less than 0.5 m leads to a comparatively high radiation density, along with a low nominal power per radiator and high installation and operating costs. If adjacent retaining strips have a spacing of more than 1.5 m, uniform irradiation of the cultivation plane E with infrared radiation can only be achieved with great difficulty.
  • the retaining strip is made of heat-resistant, electrically insulating and infrared radiation-reflecting material.
  • the retaining strip is made of white or metallic colored plastic.
  • Such a retaining strip is easy and inexpensive to manufacture in various forms; It also has a low weight.
  • the retaining strip has a recess for the miniature radiator recording.
  • a miniature radiator arranged in a recess is to a certain extent protected against mechanical influences. In addition, this arrangement counteracts radiation of radiation into the installation space. The radiation emitted by the miniature radiator is essentially available for irradiation of the plants and the cultivation level E.
  • the recess has a conical, parabolic or hyperbolic basic shape.
  • the recess is embedded in a retaining strip, which has a longitudinal axis.
  • the basic shape of the recess is understood to be the two-dimensional shape of the recess in a sectional plane whose normal vector extends in the direction of the longitudinal axis.
  • the recess therefore has a conical, parabolic or hyperbolic shape in cross section to the longitudinal axis of the retaining strip.
  • Such a shape of the recess contributes to the fact that the infrared radiation emitted by the infrared radiator is reflected in the direction of the cultivation plane E and directed to the cultivation plane E, so that this - apart from losses, for example by absorption - available for irradiation of the plants. is available.
  • the recess is embedded in a base surface of the retaining strip, and that the miniature radiator arranged in the recess does not project beyond the base surface in the direction of the cultivation plane E.
  • a miniature radiator which does not protrude beyond the base surface in the direction of the mounting plane E is arranged in the recess protected against mechanical influences.
  • the radiation emitted by the miniature radiator laterally and in the direction of the construction space can be effectively deflected over the wall of the recess in the direction of the cultivation plane E. In this way, a particularly energy-efficient irradiation device is obtained.
  • the recess in the base area has a circular or oval opening.
  • emitted and reflected radiation can be emitted uniformly in the direction of the cultivation plane E.
  • Such a shape of the opening contributes to a uniform irradiance distribution at the cultivation level.
  • adjacent miniature radiators have a distance from each other in the range of 0.5 m to 1, 5 m.
  • a low radiator density of the miniature radiator is desirable.
  • a distance of adjacent miniature radiators of less than 0.5 m leads to a comparatively high radiator density, along with a low nominal power per radiator and high installation and operating costs. If adjacent miniature radiators have a distance of more than 1.5 m in the direction of their longitudinal axes, uniform irradiation of the cultivation plane with infrared radiation can be achieved only with great difficulty.
  • the miniature radiators from the mounting plane E have a spacing in the range of 1.0 m ⁇ 0.5 m.
  • the distance of the miniature radiators from the cultivation level E influences the irradiance and its distribution on the cultivation level E.
  • a distance of the miniature radiators from the cultivation level of 0.5 m to 1, 5 m has proven.
  • a distance of the miniature radiators of more than 1.5 m affects a compact design of the irradiation device.
  • infrared-reflective side wings are connected to the retaining strip, the side wings each enclosing an angle ⁇ in the range between 20 ° to 50 ° with the horizontal.
  • the side wings face outwards and thus in particular reduce the radiation of infrared radiation in the direction of the construction space.
  • the side wings can also reduce lateral radiation of infrared radiation in the direction of the UV-A / IS radiation sources in the radiator zone. They therefore contribute to a high energy efficiency of the irradiation device.
  • the infrared radiators are each assigned a reflector, which is held on the retaining strip.
  • a reflector helps to redirect the emitted radiation in the direction of the cultivation plane E. The emitted radiation is thus largely available for irradiation of the plants.
  • the reflector is a segmented reflector.
  • a segmented reflector enables homogeneous illumination of a round area on the mounting plane; it is therefore suitable for a uniform irradiation of the cultivation level E with a small fluctuation range of the irradiation intensity.
  • the retaining strip has a socket for miniature radiator recording, wherein the reflector is inserted into the retaining strip such that it extends between the retaining strip and the socket.
  • the irradiation device comprises a housing with side walls, wherein a reflector foil, for example of aluminum, is applied to at least one of the side walls.
  • a reflective inner lining by means of a reflector film applied to the side walls of the irradiation device primarily reduces radiation losses and can contribute to a uniform distribution of the irradiation intensity relative to the cultivation plane.
  • a particularly symmetrical, homogeneous radiation distribution is obtained if a reflector foil is applied to two opposite or all four side walls.
  • infrared radiation is emitted in areas further from the retaining strip, which results in an overlapping of the irradiation areas, also with parallel retaining strips extending beyond the nearest neighbor, and a uniform distribution of the irradiation intensity contributes to the cultivation level E.
  • holding strips can be used, which are designed such that the predominant part of the radiation is radiated into areas below the retaining strip, so that an overlap of the irradiation areas is given mainly with the next retaining strip arranged parallel thereto.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the irradiation device according to the invention for irradiating plants with a retaining strip for receiving and holding the miniature radiators
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a miniature radiator for use in a retaining strip of the irradiation device according to the invention according to FIG.
  • FIG. 3 shows a first embodiment of a retaining strip for use in an irradiation device according to the invention in a longitudinal section
  • 4 shows a second embodiment of a retaining strip for use in an irradiation device according to the invention in a perspective view
  • Figure 5 shows a third embodiment of a retaining strip for use in an irradiation device according to the invention in a longitudinal section
  • Figure 6 shows a fourth embodiment of a retaining strip for use in an irradiation device according to the invention in a view from below, and
  • FIG. 7 shows the retaining strip according to Figure 6 in a side view.
  • FIG. 1 shows an irradiation device for the irradiation of plants, to which the reference numeral 1 is assigned overall.
  • the irradiation device 1 is intended for floor-level installation and comprises a housing 15 with five plant modules (floors) arranged one above the other for growing plants, of which only two plant modules 10, 20 are shown in FIG. 1 for the purpose of simplification.
  • the plant modules, not shown, are identical to the plant modules 10, 20 formed.
  • a reflector foil 18a, 18b is applied.
  • the planting modules 10, 20 comprise a carrier element 2 and a space B arranged above the carrier element 2, which has electrical lines and mounting elements, and the emitter zone Z arranged below the installation space.
  • the carrier element 2 is filled with soil and planted with a plurality of plants 3.
  • the plants are each arranged in individual plant pots on the carrier element 2.
  • the surface of the planted support element defines an attachment level E.
  • the radiator zone Z is located above the mounting plane E. In the radiator zone Z, LED strips 4a, 4b, 4c are arranged which essentially emit optical radiation 5 with wavelengths in the visible and in the ultraviolet range.
  • a plurality of retaining strips 7 are also provided for receiving and holding infrared radiators 8, which irradiate plants 3 with infrared radiation 6.
  • the retaining strips 7 are made of heat-resistant, electrically insulating, infrared radiation-reflecting material in the form of metallically colored plastic.
  • Each infrared radiator 8 is associated with an irradiation area F on the cultivation level E, which is indicated by dashed lines 6, which symbolize the infrared irradiation.
  • the infrared radiators 8 are miniature radiators. They have a gas-tightly sealed lamp envelope made of aluminum silicate glass and a heating filament arranged therein in the form of an incandescent filament. The interior of the lamp bulb is evacuated. In addition, a triphosphorotetanitride (P3N 5 ) getter is arranged inside the lamp bulb.
  • the miniature radiators are designed for a nominal electrical power of 24 W at a nominal voltage of 6 V.
  • the nominal temperature of the heating filament is 1 .220 ° C.
  • sockets (not shown) are embedded, in which the miniature radiator can be used.
  • the sockets are designed according to IEC 60061-2. These have long creepage distances and ensure low contact resistance. This also reduces the penetration of dirt or moisture into the socket.
  • the miniature radiators are each assigned a reflector 9 made of aluminum sheet with a protective layer of SiO 2 , which propagates the propagation of the infrared radiation 10 emitted by the respective infrared radiator s upwards in the direction of the construction space B and laterally in the direction of the LED strips 4 a, 4 b, 4 c reduced.
  • the reflector 9 includes with the horizontal in each case an angle of 45 °.
  • the surface of the reflector 9 is made of so-called hammered aluminum; it has a diffuse reflective effect.
  • infrared radiator 8 In the direction of the longitudinal axes of the retaining strips 7 eight identical infrared radiator 8 are arranged one behind the other (not shown). Adjacent infrared radiators 8 have a distance of 0.75 m in the direction of the longitudinal axis. The distance parallel adjacent, adjacent infrared radiation The perpendicular to the direction of their longitudinal axes is also 0.75 m. To the cultivation level E, the infrared radiators at a distance of 1, 0 m.
  • the miniature radiators 8 of a retaining strip 7 are connected in series; they are operated with an alternating voltage of 48 V at a rated current of 4 A. In case of error, exactly one bar must be checked. Furthermore, a regulation for the lamp parameters voltage and current is provided. This includes an operating hours counter for each retaining strip 7. Depending on the determined operating time of the regulation an exchange of individual or all lamps of a retaining strip 7 is proposed.
  • the miniature radiators 8 are arranged in the radiator zone Z in such a way that their irradiation areas F laterally overlap such that the average irradiance on the cultivation plane is 30 watts / m 2 . The fluctuation range of the irradiance is less than 50%.
  • FIG. 2A shows a sectional view of a first embodiment of a miniature radiator for use in a retaining strip of the irradiation device according to the invention according to FIG. 1, to which the reference numeral 200 as a whole is assigned.
  • FIG. 2B shows the miniature radiator 200 in a plan view.
  • the miniature radiator 200 is socketed on one side and comprises a lamp bulb 202, which is closed gastight by a pinch 203 of the lamp bulb 202.
  • a filament 201 Within the lamp bulb 202, a filament 201, a power supply 204a, 204b for the filament 201 and a support member 205 are arranged.
  • a getter (not shown) made of triphosphor- phosphenitride (P3N5) is applied.
  • the miniature radiator 200 is designed for a nominal power of 24 W at 6V nominal voltage; the filament 201 has a nominal temperature of 1 .220 ° C at nominal voltage. The length of the filament is 30 mm.
  • the radiator temperature depends on the operating conditions of the radiator and its construction, in particular that of the heating filament.
  • the following table summarizes the operating conditions for structurally different miniature radiators.
  • the mini emitters have a filament of tungsten with a filament length of 30 mm; they were each operated with a voltage of 6 volts and a current of 4 A (rated power 24 watts, resistance 1, 5 ⁇ ).
  • the miniature radiators differ, for example, in the wire thickness of the heating filament, the thickness of the mandrel on which the heating filament has been wound, the number of turns and the pitch of the winding. The following table summarizes the results:
  • FIG. 3 shows a miniature radiator 200 according to FIG. 2, which is used in the first embodiment of a retaining strip 300.
  • the retaining strip 300 is made of white plastic and suitable for use in the irradiation device according to the invention according to FIG.
  • the retaining strip 300 is provided with a socket 302, which is suitable for receiving the infrared radiator socket 301.
  • a reflector 303 made of aluminum sheet is inserted.
  • the reflector 303 has a conical shape, which widened downwards, ie in the direction of the cultivation plane E.
  • the reflector 303 reflects the infrared radiation emitted by the infrared radiator 200 to the mounting plane E.
  • the reflector 303 has a parabolic, elliptical or hyperbolic geometry.
  • one or more infrared radiators 200 may be associated with a reflector 303.
  • FIG 4 shows a perspective view of a second embodiment of a retaining strip for miniature radiator 401, which is assigned the reference numeral 400 in total.
  • the retaining strip 400 is made of a heat-resistant, electrically insulating plastic; it is provided with a plurality of sockets (not shown) for receiving miniature radiators 401. This allows easy installation and replacement of miniature radiators.
  • the sockets are surrounded by a reflector 402, which is embedded in the retaining strip 400.
  • the reflector 402 is made of aluminum sheet and provided with a protective layer of SiO 2 . It has proven to be advantageous if the reflector 402 has a conical basic shape, which widens in the direction of the cultivation plane E.
  • the reflector 402 has a basic shape which has a parabolic elliptical or hyperbolic shape in a sectional view perpendicular to the retaining strip longitudinal axis. This ensures that the greatest possible part of the infrared radiation reflected by the reflector 402 is available for the irradiation of an irradiation area on the mounting plane E.
  • the surface of the reflector 402 is segmented. Such a surface structure contributes to a homogeneous illumination of a round area at the plant level.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a retaining strip 500 in longitudinal section.
  • the retaining strip 500 has a recess 502 in which a miniature radiator 501 is arranged.
  • a plurality of miniature radiators 501 can be arranged in the recess 502.
  • the recess 502 has an upper first portion and a lower second portion.
  • the first section is inserted directly into the base surface 504 and has a conical shape.
  • the cone angle ⁇ is 45 °.
  • the second section has a cylindrical course with a diameter of 36 mm.
  • an infrared radiation reflective coating of aluminum is applied on the surface of the recess 502. Due to the recessed in the recess 502 arrangement of the miniature radiator 501 and the reflective properties of the retaining strip 500 can be dispensed with the use of external reflectors. The emitted infrared radiation is directed by the geometry of the recess 502 to the mounting plane E.
  • FIGS. 6 and 7 show a fourth embodiment of a retaining strip 600.
  • FIG. 6 shows the retaining strip 600 in a view from below
  • FIG. 7 shows the retaining strip in a side view.
  • the retaining strip 600 is made of metallic colored plastic; it has a base plate 602 to which four reflector plates 603a, 603b, 603c, 603d are attached.
  • the base plate 602 has a length L of 1 .100 mm and a width B of 100 mm.
  • the reflector plates 603a, 603b, 603c, 603d are angled relative to the base plate 602 by an angle ⁇ of 45 ° C.
  • the length I of the reflector sheets 603a-d is 70.7 mm.
  • On the base plate 602 of the retaining strip 600 three miniature radiators 601 a, 601 b, 601 c are attached via a plug connection.
  • the miniature radiators 601 a, 601 b, 601 c are formed identically.
  • the heating filaments 605a, 605b, 605c each have a heating filament 605a, 605b, 605c, which completely projects beyond the base surface 602. At the ends, the heating filament 605a, 605b, 605c to electrical contact with connection elements 606 provided.
  • the heating filaments 605a, 605b, 605c each have a filament length of 40 mm. The distance a of adjacent miniature radiators 601 ac is 430 mm.

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Abstract

Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen Bekannte Bestrahlungsvorrichtungen zur Bestrahlung von Pflanzen weisen ein eine Anbauebene E definierendes Trägerelement zur Kultivierung der Pflanzen, mehrere Strahlungsquellen zur Bestrahlung der Pflanzen mit sichtbarer und/oder ultravioletter Strahlung und mehrere Infrarotstrahler zur Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung auf. Um hiervon ausgehend eine Bestrahlungsvorrichtung (1) zur Bestrahlung von Pflanzen (3) anzugeben, die eine hohe Lebensdauer aufweist, eine gleichmäßige Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung gewährleistet, die darüber hinaus einfach und kostengünstig zu fertigen ist, und die im Betrieb eine hohe Energie-Effizienz aufweist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Infrarotstrahler (8) Miniaturstrahler sind, die für eine Nennleistung von maximal 30 W ausgelegt sind, und die jeweils einen für Infrarotstrahlung durchlässigen Lampenkolben (202) und innerhalb des Lampenkolbens einen Getter sowie ein Heizfilament (201) aufweisen, das für eine Betriebstemperatur von 1.000 °C bis 1.500 °C ausgelegt ist, wobei mindestens eine Halteleiste (7) zur Miniaturstrahler-Halterung vorgesehen ist, die sich in einer oberhalb der Anbauebene E gelegenen Strahlerzone Z erstreckt, so dass sich Bestrahlungsbereiche benachbarter Miniaturstrahler auf der Anbauebene E derart überlappen, dass die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E zwischen 10 Watt/m2 und 100 Watt/m2 mit einer Schwankungsbreite von maximal 50% um ihren Mittelwert beträgt.

Description

Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen
Beschreibung
Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen, aufweisend ein eine Anbauebene E definierendes Trägerelement zur Kultivierung der Pflanzen, mehrere Strahlungsquellen zur Bestrahlung der Pflanzen mit sichtbarer und/oder ultravioletter Strahlung und mehrere Infrarotstrahler zur Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung. Stand der Technik
Bei der Aufzucht und Kultivierung von Pflanzen, beispielsweise in Gewächshäusern und im Etagenanbau werden künstliche Lichtquellen eingesetzt. Das Emissionsspektrum dieser Lichtquellen ist in der Regel an das Absorptionsspektrum des grünen Blattfarbstoffes des Chlorophylls und der Carotine angepasst. Unter der Bezeichnung Chlorophyll und Carotin sind mehrere natürliche Farbstoffe zusammengefasst, die wesentlich an der Photosynthese beteiligt sind. Die Absorptionsspektren dieser in Lösungsmitteln gelösten Farbstoffe weisen zwei ausgeprägte Absorptionsmaxima auf, nämlich ein Absorptionsmaximum im violetten und blauen Spektralbereich zwischen 400 nm und 500 nm sowie ein weiteres Ab- sorptionsmaximum, das im roten Spektralbereich zwischen 600 nm und 700 nm des sichtbaren Lichts liegt.
Um eine effiziente Bestrahlung der Pflanzen zu gewährleisten, weist das Emissionsspektrum künstlicher Lichtquellen zur Bestrahlung von Pflanzen große Strahlungsanteile in den beiden oben genannten Wellenlängenbereichen auf. Als Lichtquellen werden beispielsweise Gasentladungslampen oder Leuchtdioden (LEDs) eingesetzt. Gasentladungslampen bestehen aus einer mit einem Füllgas gefüllten Entladungskammer, in der zwei Elektroden angeordnet sind. In Abhän- gigkeit einer an den Elektroden angelegten Spannung findet in der Entladungs- kammer eine Gasentladung statt, die mit der Emission optischer Strahlung verbunden ist. Die Wellenlänge der emittierten Strahlung kann durch eine Auswahl des Füllgases beeinflusst werden und an das Absorptionsspektrum des Chloro- 5 phylls angepasst werden, beispielsweise durch eine entsprechende Dotierung des Füllgases. LEDs hingegen emittieren nur Licht in einem begrenzten Spektralbereich, so dass zur Erzeugung eines an das Absorptionsspektrum des Chlorophylls angepassten Emissionsspektrums mehrere LEDs unterschiedlicher Wellenlänge miteinander kombiniert werden müssen. So ist beispielsweise aus der US0 2009 / 0251057 A1 eine künstliche Lichtquelle mit mehreren LEDs bekannt, bei der zur Erzeugung von künstlichem Sonnenlicht Leuchtdioden mit unterschiedlichen Emissionsspektren kombiniert werden.
Allerdings hängt eine effiziente Aufzucht der Pflanzen nicht nur von der Anregung der Photosynthese, sondern auch vom Wasser- und Nährstofftransport in der5 Pflanze und von der Kohlendioxid-Assimilation ab. Sowohl der Wasser- und
Nährstofftransport in der Pflanze als auch die Kohlendioxid-Assimilation werden vom Spaltöffnungsapparat der Pflanze beeinflusst. Durch die Spaltöffnungen (Stomata) der Pflanze reguliert die Pflanze den Gasaustausch mit der Umgebungsluft, insbesondere die Aufnahme von Kohlendioxid aus der Luft und die Ab- o gäbe von Sauerstoff an die Luft. Darüber hinaus wird auch der Wasserhaushalt der Pflanze durch die Öffnungsweite der Stomata beeinflusst. So führen geöffnete Stomata zu einer verstärkten Wasserverdunstung, die einen Transpirationssog erzeugt, so dass insgesamt der Wasser- und Nährstofftransport (Saftfluss) von der Wurzel zu den Blättern gesteigert wird. 5 Die Öffnungsweite der Stomata kann durch mehrere Faktoren reguliert werden, zu denen beispielsweise die Temperatur und Feuchtigkeit der umgebenden Atmosphäre, die Verfügbarkeit von Wasser, die Kohlendioxid-Konzentration im Blattinneren und die Absorption von Licht zählen. Durch eine gezielte Bestrahlung mit Infrarotstrahlung kann die Spaltöffnungsweite und damit die Effektivität der Pho-0 tosynthese reguliert werden. ln der WO 2010/044662 A1 ist eine Bestrahlungsvorrichtung für Pflanzen mit einer Kammer vorgeschlagen, bei der neben Strahlungsquellen zur Bestrahlung der Pflanzen mit sichtbarer oder ultravioletter Strahlung mehrere an einer Seitenwand der Kammer angeordnete Infrarotstrahler zur Bestrahlung der Pflanzen mit Infra- rotstrahlung vorgesehen sind. Durch die Infrarotstrahler werden die Blätter der Pflanzen derart erwärmt, dass sich die Stomata öffnen, so dass eine Stimulation der Austauschvorgänge der Pflanze mit ihrer Umgebung erreicht wird.
Infolge der seitlichen Anordnung der Infrarotstrahler haben die einzelnen Pflanzen in Abhängigkeit von ihrer Pflanzposition auf der Anbauebene jeweils einen unterschiedlichen Abstand zu den Infrarotstrahlern und werden deshalb ungleichmäßig bestrahlt. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere die äußeren Bereiche der Anbaufläche verglichen mit den inneren Bereichen der Anbaufläche höheren BeStrahlungsintensitäten ausgesetzt sind. Um eine effiziente Aufzucht der Pflanzen zu gewährleisten, sind ein gleichmäßiges Wachstum der Pflanzen und damit eine homogene Bestrahlung aller Pflanzen aber grundsätzlich wünschenswert.
Bei einer seitlichen Anordnung der Infrarotstrahler wird darüber hinaus bezogen auf die Anbaufläche eine große Anzahl von Strahlern benötigt, die, um die Pflanzen im äußeren Bereich der Anbaufläche nicht durch übermäßige Erwärmung zu schädigen, eine geringe Leistung aufweisen müssen. Infrarotstrahler haben aber typischerweise eine hohe Leistung; Strahler geringer Leistung sind in Bezug auf die vom einzelnen Strahler abgegebene Leistung aufwendig zu fertigen und weisen zumeist nur eine eingeschränkte Lebensdauer auf.
Darüber hinaus trägt die seitliche Anordnung der Infrarotstrahler auch zu einer Bestrahlung und Erwärmung der weiteren in der Bestrahlungsvorrichtung vorgesehenen Bauteile, beispielsweise der Elektroleitungen und Montageelemente für die Strahlungsquellen, sowie auch der in der Bestrahlungsvorrichtung vorgesehenen Strahlungsquellen bei, wobei durch die Bestrahlung die Lebensdauer dieser Bauteile verkürzt wird. Eine seitliche Anordnung der Infrarotstrahler geht daher mit hohen Betriebskosten und einer geringen Energie-Effizienz einher. Technische Aufgabe
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen anzugeben, die eine hohe Lebensdauer aufweist, die eine gleichmäßige Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung gewährleis- tet, die darüber hinaus einfach und kostengünstig zu fertigen ist, und die im Betrieb eine hohe Energie-Effizienz aufweist.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Bestrahlungsvorrichtung der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Infrarotstrahler Miniaturstrahler sind, die für eine Nennleistung von maximal 30 W ausgelegt sind, und die jeweils einen für Infrarotstrahlung durchlässigen Lampenkolben und innerhalb des Lampenkolbens einen Getter sowie ein Heizfilament aufweisen, das für eine Betriebstemperatur von 1 .000 °C bis 1 .500 °C ausgelegt ist, wobei mindestens eine Halteleiste zur Miniaturstrahler-Halterung vorgesehen ist, die sich in einer oberhalb der Anbauebene E gelegenen Strahlerzone Z erstreckt, so dass sich Bestrahlungsbereiche benachbarter Miniaturstrahler auf der Anbauebene E derart überlappen, dass die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E zwischen 10 Watt/m2 und 100 Watt/m2 mit einer Schwankungsbreite von maximal 50% um ihren Mittelwert beträgt. Sonnenlicht, das Pflanzen unter natürlichen Bedingungen zu ihrem Wachstum benötigen, weist Strahlungsanteile ultravioletter, sichtbarer und infraroter Strahlung auf. Für die Nachbildung natürlicher Wachstumsbedingungen weist die künstliche Bestrahlungsvorrichtung daher neben Strahlern zur Erzeugung ultravioletter und/oder sichtbarer Strahlung (im Folgenden auch kurz als UV- und VIS- Strahler bezeichnet) auch Infrarotstrahler auf. Durch den Einsatz dieser Strahlertypen werden die Pflanzen unter künstlichen Aufzuchtbedingungen einerseits mit der für die Photosynthese benötigten Strahlung versorgt und andererseits kann über die Infrarotstrahlung die Öffnungsweite der Spaltöffnungen der Blätter so reguliert werden, dass sich ein optimaler Wasser- und Stofftransport innerhalb der Pflanze einstellt. Durch diese Maßnahmen werden ein schnelles Pflanzenwachstum und eine hohe Produktivität gewährleistet.
Es hat sich gezeigt, dass ein schnelles Wachstum der Pflanzen erreicht werden kann, wenn sowohl das Emissionsspektrum der Infrarotstrahler an das Absorpti- onsspektrum der Pflanzen angepasst als auch die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E so gewählt ist, dass die Pflanzen einer hinreichend gleichmäßigen, aber nicht übermäßigen Bestrahlung ausgesetzt sind.
Um eine übermäßige Bestrahlung der Pflanzen zu vermeiden, sind die Infrarotstrahler erfindungsgemäß als Miniaturstrahler ausgebildet, die zum einen durch eine niedrige Nennleistung von maximal 30 W gekennzeichnet sind. Aufgrund der geringen Nennleistung ist die Gefahr einer übermäßigen Bestrahlung der Pflanzen gering. Gleichzeitig ist das Strahlungsspektrum der Miniaturstrahler an die zu bestrahlenden Pflanzen, deren Absorptionseigenschaften und deren Wuchshöhe angepasst. Das Absorptionsspektrum von Pflanzen ist durch hohe Absorptionen im Wellenlängenbereich unterhalb von 700 nm sowie oberhalb von 2,5 μιτι gekennzeichnet. Im Bereich zwischen 0,7 μιτι und 2,5 μιτι werden eine Grundabsorption von etwa 5% und eine nahezu ungerichtete Streuung beobachtet. Strahlung mit Wellenlängen in diesem Bereich ist geeignet, die obersten Blattschichten einer Pflanze zu durchdringen; sie steht grundsätzlich auch für eine Bestrahlung der unteren Blattschichten zur Verfügung, wird jedoch nur zu geringen Anteilen absorbiert. Beim Einsatz der oben genannten Miniaturstrahler hat es sich gezeigt, dass ein optimales Pflanzenwachstum erzielt wird, wenn die Miniaturstrahler ein Heizfilament aufweisen, das für eine Filament-Temperatur von 1 .000 °C bis 1 .500 °C ausgelegt ist. Miniaturstrahler, die bei Nennspannung eine Filament- Temperatur im oben genannten Bereich aufweisen, emittieren Strahlung mit einem Intensitätsmaximum bei Wellenlängen im Bereich von 1 ,5 μιτι bis 4 μιτι.
Dabei ist zu unterscheiden zwischen Anwendungen, die auf eine optimale Bestrahlung nur der oberen Blattebenen abzielen, und solchen, bei denen auch die unteren Blattebenen bestrahlt werden sollen. Strahlung, die mit Filament- Temperaturen im Übergangsbereich, insbesondere zwischen 1 .000 °C und 1 .500 °C, erzeugt wird, enthält Strahlungsanteile, die sowohl von oberen Blattschichten als auch von unteren Blattschichten absorbiert werden können. Aufgrund dieser Anpassung des Emissionsspektrums an die physiologischen Vorgänge in der Pflanze, tragen die Miniaturstrahler zu einem verbesserten Pflanzenwachstum bei.
Der Lampenkolben der Miniaturstrahler weist eine hohe Durchlässigkeit für Infrarotstrahlung, insbesondere für Strahlung mit Wellenlängen im Bereich von 2,0 μιτι bis 4,5 μιτι auf. Dies trägt dazu bei, dass ein großer Anteil der vom Filament emittierte Strahlung für eine Bestrahlung der Pflanzen zur Verfügung steht. Gleichzei- tig wird die Wärmemenge verringert, die beispielsweise mittels Wärmeleitung o- der Konvektion aus dem Strahler abgeführt wird. Hierdurch wird ein besonders energieeffizienter Miniaturstrahler erhalten.
Darüber hinaus ist im Lampenkolben der Miniaturstrahler ein Getter vorgesehen. Ein Getter-Material dient dazu, eine hohe Reinheit eines Vakuums oder einer Gasfüllung im Lampenkolben zu ermöglichen und diese - möglichst lange - zu erhalten. Verunreinigungen des Lampenkolben-Gasraums können beispielsweise durch Sorption an der Getter-Oberfläche oder durch chemische Reaktion mit dem Getter aus dem Gasraum des Lampenkolbens abgeschieden werden. Dadurch, dass die Miniaturstrahler einen Getter aufweisen, wird eine hohe Lebensdauer der Strahler ermöglicht. Darüber hinaus trägt die Verwendung des Getters dazu bei, Strahlungsabsorptionen durch Verunreinigungen im Gasraum zu verringern.
Um weiterhin ein möglichst gleichmäßiges Pflanzenwachstum zu gewährleisten, ist es allerdings notwendig, die Pflanzen möglichst gleichmäßig, das heißt mit einer nahezu konstanten Bestrahlungsstärke, zu bestrahlen. Dies gilt insbesondere für die Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung. Eine lokal zu hohe Infrarot- Bestrahlungsstärke führt zu einer Schädigung der betroffenen Pflanzen. Bei einer zu niedrigen Bestrahlungsstärke verliert sich hingegen der Effekt der Infrarotstrahlung auf die Öffnungsweite der Spaltöffnungen; sie führt zu einem geringen Pflanzenwachstum . Um bei der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung eine insgesamt gleichmäßige Bestrahlungsfläche auf der Anbauebene E zu erreichen, sind die Infrarotstrahler an mindestens einer Halteleiste gehaltert, die sich in einer oberhalb der Anbauebene E gelegenen Strahlerzone Z erstreckt. In der Strahlerzone Z können mehrere Halteleisten mit Infrarotstrahlern vorgesehen sein, wobei sich die Halteleisten in der Strahlerzone Z vorzugsweise derart erstrecken, dass ihre Längsachsen parallel zueinander verlaufen. Durch die parallele Anordnung wird einfach eine flächenhafte Abstrahlung der Infrarotstrahlung gewährleistet. Eine solche Anordnung trägt daher zu einer gleichmäßigen Bestrahlung einer durch den Pflanzenwuchs festgelegten Pflanzenebene beziehungsweise der Anbauebene E bei. In diesem Zusammenhang hat es sich insbesondere bewährt, wenn in der Strahlerzone Z mehrere, äquidistant verlaufende Halteleisten angeordnet sind. Dadurch, dass die Haltleisten den gleichen Abstand zueinander aufweisen, wird eine besonders gleichmäßige Verteilung der Bestrahlungsstärke auf der Anbau- ebene E ermöglicht.
Insbesondere soll durch eine gleichmäßige Verteilung der Infrarotstrahler in der Strahlerzone Z nicht in Kauf genommen werden, dass die UV- und VIS-Strahler eine Abschattung auf der Anbauebene erfahren. Angestrebt wird somit nicht nur eine gleichmäßige Infrarot-Bestrahlung, sondern auch eine Minimierung der Ab- schattung der UV- und VIS-Strahlung auf der Anbauebene E.
Oberhalb der Strahlerzone Z weist die erfindungsgemäße Bestrahlungsvorrichtung einen Bauraum B auf. In diesem Bauraum sind eine Vielzahl von Bauteilen angeordnet, die für den Betrieb der Bestrahlungsvorrichtung benötigt werden, beispielsweise Elektroleitungen oder Montageelemente für die Infrarotstrahler oder weitere Strahlungsquellen. Es ist daher grundsätzlich wünschenswert, eine übermäßige Erwärmung der Bauteile des Bauraumes durch Infrarot- /Wärmestrahlung zu vermeiden.
Neben einer Verringerung der Ausbreitung der emittierten Infrarotstrahlung in Richtung des Bauraumes spielt die Abstrahlcharakteristik der Infrarotstrahler eine wichtige Rolle. Sie soll dafür sorgen, dass die Infrarotstrahlung nicht einfach nur nach unten reflektiert, sondern auf einen breiten Bestrahlungsbereich verteilt wird.
Hierzu sind die Halteleisten in der Strahlerzone Z derart angeordnet, dass sich die Bestrahlungsbereiche benachbarter Infrarotstrahler auf der Anbauebene E überlappen, wobei die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E zwi- sehen 10 Watt/m2 und 100 Watt/m2 beträgt. Um eine gleichmäßige Bestrahlung der Anbauebene zu erreichen, ist es darüber hinaus erforderlich, dass die mittlere Bestrahlungsstärke eine geringe Schwankungsbreite aufweist. Unter der Schwankungsbreite wird die maximale Abweichung der tatsächlichen Bestrahlungsstärke in einem Punkt der Anbauebene E von der mittleren Bestrahlungsstärke verstan- den. Gemäß der Erfindung weicht die tatsächliche Bestrahlungsstärke um höchstens ± 50% von der mittleren Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E ab. Die Abweichung von der mittleren Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene beträgt vorzugsweise 20%, besonders bevorzugt 10%.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bestrahlungs- Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Lampenkolben aus einem Glas gefertigt ist, das für Strahlung mit einer Wellenlängen im Bereich von 2.000 nm bis 4.500 nm eine Transmission von mindestens 70%, vorzugsweise eine Transmission von mindestens 80%, aufweist.
Die Transmission ist ein Maß für die Durchlässigkeit eines Mediums für elektro- magnetische Wellen. Die Angaben zur Transmission beziehen sich auf die reine Transmission; etwaige Reflektionen an der Oberfläche des Glases werden bei der Ermittlung der Transmission nicht berücksichtigt. Ein Lampenkolben mit einer hohen Transmission ist für Strahlung mit Wellenlängen im oben genannten Bereich weist im Emissionsbereich des Heizfilaments eine gute Durchlässigkeit auf, so dass die von dem Heizfilament emittierte Strahlung in großen Teilen den Lampenkolben ungehindert passieren kann und für eine Bestrahlung der Pflanzen zur Verfügung steht. Gleichzeitig wird eine Erwärmung des Lampenkolbens durch Strahlungsabsorption im Lampenkolben verringert. Vorzugsweise ist der Lampenkolben aus einem speziellen Aluminiumsilikatglas oder aus einem Borosilikatglas gefertigt. Der Einsatz von Aluminiumsilikatglas oder Borosilikatglas geht im Vergleich zum Einsatz Quarzglas mit niedrigen Herstellungskosten einher.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E 10 Watt/m2 bis 50 Watt/m2 beträgt. Die notwendige mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene hängt von der zu kultivierenden Pflanzenart sowie weiteren Umgebungsbedingungen ab. Es hat sich gezeigt, dass für viele Pflanzenarten eine Bestrahlungsstärke im Bereich von 10 Watt/m2 bis 50 Watt/m2 zu einem beschleunigten Wachstum und somit zu einer kürzeren mittleren Verweildauer der Pflanzen in der Aufzuchtkammer führt. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung sind die Infrarotstrahler für eine Nennspannung im Bereich von 6 V bis 24 V ausgelegt.
Infrarotstrahler mit einer Nennleistung von maximal 30 W können bei einer Nennspannung im oben genannten Bereich betrieben werden. Hierdurch stellt sich ein gut handhabbarer Betriebsstrom von weniger als 5 A ein. Es hat sich bewährt, mehrere Infrarotstrahler in Reihe zu schalten. Sind die Infrarotstrahler einer Halteleiste in Reihe geschaltet, muss im Fehlerfall nur diese Leiste überprüft werden. Darüber hinaus addieren sich bei Wechselspannung die einzelnen Lam- penteilspannungen, so dass in der Regel eine Gesamtspannung oberhalb von 24 V erreicht werden wird. Bei Abwägung der Aufwände für Wartung ist eine Reihenschaltung von ausreichend vielen Strahlern zum Erreichen von Netzspannung möglich. Dies trägt dazu bei, dass nur eine geringe Anzahl an Transformatoren benötigt wird, so dass beispielsweise Transformator-bedingte Wärmeverluste gering gehalten werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in der Strahlerzone Z mehrere, äqui- distant verlaufende Halteleisten angeordnet sind. In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn benachbarte Halteleisten einen Abstand im Bereich von 0,5 m bis 1 ,5 m aufweisen.
Um eine gleichmäßige Bestrahlung der Anbauebene E mit Infrarotstrahlung mög- lichst kostengünstig zu gewährleisten, ist grundsätzlich ist eine geringe Strahlerdichte der Miniaturstrahler wünschenswert. Ein Abstand benachbarter Halteleisten von weniger als 0,5 m führt jedoch zu einer vergleichsweise hohen Strahlerdichte, einhergehend mit einer geringen Nennleistung pro Strahler und hohen Installations- und Betriebskosten. Weisen benachbarte Halteleisten einen Abstand von mehr als 1 ,5 m auf, ist eine gleichmäßige Bestrahlung der Anbauebene E mit Infrarotstrahlung nur aufwendig zu erreichen.
Vorteilhafterweise ist die Halteleiste aus wärmebeständigem, elektrisch isolierendem und Infrarotstrahlung reflektierenden Material gefertigt. Vorzugsweise ist die Halteleiste aus weiß oder metallisch eingefärbtem Kunststoff gefertigt. Eine derartige Halteleiste ist einfach und kostengünstig in verschiedenen Formen zu fertigen; sie weist darüber hinaus ein geringes Gewicht auf.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung ist vorgesehen, dass die Halteleiste eine Aussparung für die Miniaturstrahler- Aufnahme aufweist.
Die Halterung eines oder mehrerer Miniaturstrahler in einer oder mehreren Aussparungen trägt zu einer kompakten Bauform der Halteleisten bei. Ein in einer Aussparung angeordneter Miniaturstrahler ist in gewissem Maße vor mechanischen Einwirkungen geschützt. Darüber hinaus wird durch diese Anordnung eine Abstrahlung von Strahlung in den Bauraum entgegengewirkt. Die vom Miniaturstrahler emittierte Strahlung steht dabei im Wesentlichen für eine Bestrahlung der Pflanzen und der Anbauebene E zur Verfügung.
Es hat sich bewährt, wenn die Aussparung eine konische, parabolische oder hyperbolische Grundform aufweist. Die Aussparung ist in eine Halteleiste eingelassen, die eine Längsachse aufweist. Unter der Grundform der Aussparung wird die zweidimensionale Form der Aussparung in einer Schnittebene verstanden, deren Normalenvektor in Richtung der Längsachse verläuft. Die Aussparung weist daher im Querschnitt zur Längsachse der Halteleiste einen konischen, parabel- oder hyperbelförmigen Verlauf auf. Eine derartige Form der Aussparung trägt dazu bei, dass die von dem Infrarotstrahler emittierte Infrarotstrahlung in Richtung der Anbauebene E reflektiert wird und auf die Anbauebene E gerichtet wird, so dass dieses - abgesehen von Verlusten, beispielsweise durch Absorption - für eine Bestrahlung der Pflanzen zur Verfü- gung steht.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung ist vorgesehen, dass die Aussparung in eine Basisfläche der Halteleiste eingelassen ist, und dass der in der Aussparung angeordnete Miniaturstrahler die Basisfläche in Richtung der Anbauebene E nicht überragt. Ein die Basisfläche in Richtung der Anbauebene E nicht überragender Miniaturstrahler ist in der Aussparung vor mechanischen Einwirkungen geschützt angeordnet. Darüber hinaus kann die von dem Miniaturstrahler seitlich und in Richtung des Bauraums emittierte Strahlung über die Wandung der Aussparung effektiv in Richtung der Anbauebene E umgelenkt werden. Auf diese Weise wird eine be- sonders energieeffiziente Bestrahlungsvorrichtung erhalten.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Aussparung in der Basisfläche eine kreisförmige oder ovale Öffnung hat.
Durch eine kreisförmige oder ovale Öffnung der Aussparung kann emittierte und reflektierte Strahlung in Richtung auf die Anbauebene E gleichmäßig abgestrahlt werden. Eine solche Form der Öffnung trägt zu einer gleichmäßigen Bestrahlungsstärke-Verteilung auf der Anbauebene bei.
Vorzugsweise weisen benachbarte Miniaturstrahler einen Abstand zueinander im Bereich von 0,5 m bis 1 ,5 m auf.
Um eine gleichmäßige Bestrahlung der Anbauebene E sowohl mit ultraviolet- ter/sichtbarer Strahlung als auch mit Infrarotstrahlung möglichst kostengünstig zu gewährleisten, sind zueinander im Widerstreit stehende oder sich gegenseitig beeinflussende Eigenschaften zu optimieren, wie etwa die Strahlerleistung, Strahlergröße und Strahler-Belegungsdichte. Grundsätzlich ist eine geringe Strahlerdichte der Miniaturstrahler wünschenswert. Ein Abstand benachbarter Miniaturstrahler von weniger als 0,5 m führt jedoch zu einer vergleichsweise hohen Strahlerdichte, einhergehend mit einer geringen Nennleistung pro Strahler und hohen Installations- und Betriebskosten. Weisen benachbarte Miniaturstrahler in Richtung ihrer Längsachsen einen Abstand von mehr als 1 ,5 m auf, ist eine gleichmäßige Bestrahlung der Anbauebene mit Infrarotstrahlung nur aufwendig zu erreichen.
Bei einer bevorzugten Modifikation der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung weisen die Miniaturstrahler von der Anbauebene E einen Abstand im Bereich von 1 ,0 m ± 0,5 m auf.
Der Abstand der Miniaturstrahler von der Anbauebene E beeinflusst die Bestrahlungsstärke und deren Verteilung auf der Anbauebene E. Je nach Pflanzenart hat sich ein Abstand der Miniaturstrahler von der Anbauebene von 0,5 m bis 1 ,5 m bewährt. Bei einem Abstand von weniger als 0,5 m können nur Pflanzen bis zu einer geringen Wuchshöhe bestrahlt werden. Ein Abstand der Miniaturstrahler von mehr als 1 ,5 m beeinträchtigt eine kompakte Bauform der Bestrahlungsvorrichtung.
Es hat sich bewährt, wenn mit der Halteleiste Infrarotstrahlung reflektierende Seitenflügel verbunden sind, wobei die Seitenflügel mit der Horizontalen jeweils ei- nen Winkel α im Bereich zwischen 20° bis 50° einschließen.
Die Seitenflügel weisen nach außen und verringern so insbesondere eine Ab- strahlung von Infrarotstrahlung in Richtung des Bauraums. Darüber hinaus können die Seitenflügel auch eine seitliche Abstrahlung von Infrarotstrahlung in Richtung der UV-A/IS-Strahlungsquellen in der Strahlerzone verringern. Sie tragen daher zu einer hohen Energieeffizienz der Bestrahlungsvorrichtung bei.
Bei einer weiteren bevorzugten Modifikation der Bestrahlungsvorrichtung ist den Infrarotstrahlern jeweils ein Reflektor zugeordnet, der an der Halteleiste gehaltert ist. Ein Reflektor trägt dazu bei, die emittierte Strahlung in Richtung der Anbauebene E umzulenken. Die emittierte Strahlung steht somit weitestgehend für eine Bestrahlung der Pflanzen zur Verfügung.
Es hat sich bewährt, wenn der Reflektor ein segmentierter Reflektor ist. Ein segmentierter Reflektor ermöglicht insbesondere eine homogene Beleuchtung eines runden Bereichs auf der Anbauebene; er ist daher für eine gleichmäßige Bestrahlung der Anbauebene E mit einer geringen Schwankungsbreite der Be- strahlungsintensität geeignet.
Vorzugsweise weist die Halteleiste eine Fassung zur Miniaturstrahler-Aufnahme auf, wobei der Reflektor derart in die Halteleiste eingelassen ist, dass er zwischen der Halteleiste und der Fassung verläuft.
Durch einen Reflektor, der die Fassung zumindest teilweise umgreift, wird einer übermäßigen Erwärmung der Fassung und des Lampensockels entgegengewirkt. Eine solche Anordnung geht mit einer geringen thermischen Beanspruchung der Miniaturstrahler einher und trägt zu einer hohen Lebensdauer der Miniaturstrahler bei.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Bestrahlungsvorrichtung ein Gehäuse mit Seitenwänden umfasst, wobei auf mindestens eine der Seitenwände eine Reflektorfolie, beispielsweise aus Aluminium, aufgebracht ist. Eine reflektierende Innenauskleidung durch eine auf die Seitenwände der Bestrahlungsvorrichtung aufgebrachte Reflektorfolie verringert in erster Linie Bestrahlungsverluste und kann zu einer gleichmäßigen Verteilung der Bestrahlungs- intensität bezogen auf die Anbauebene beitragen. Eine besonders symmetrische, homogene Strahlungsverteilung wird erhalten, wenn auf zwei gegenüberliegen- den beziehungsweise auf allen vier Seitenwänden eine Reflektorfolie aufgebracht ist.
Bei Verwendung einer reflektierenden Innenauskleidung können insbesondere Halteleisten mit Miniaturstrahlern verwendet werden, bei denen ein Teil der emit- tierten Infrarotstrahlung in einem auf die Horizontale bezogenen flachen Winkel nach unten, in weiter von der Halteleiste entfernte Bereiche abgestrahlt wird, was zu einem Überlappen der Bestrahlungsbereiche, auch mit über den nächsten Nachbarn hinausgehenden, parallel angeordneten Halteleisten, und einer gleich- mäßigen Verteilung der BeStrahlungsintensität bezogen auf die Anbauebene E beiträgt.
Wird keine reflektierende Innenauskleidung verwendet, können insbesondere Halteleisten verwendet werden, die so gestaltet sind, dass der überwiegende Teil der Strahlung in Bereiche unterhalb der Halteleiste abgestrahlt wird, so dass eine Überlappung der Bestrahlungsbereiche hauptsächlich mit der nächsten, parallel dazu angeordneten Halteleiste gegeben ist.
Ausführungsbeispiel Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Im Einzelnen zeigt in schematischer Darstellung:
Figur 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen mit einer Halteleiste zur Aufnahme und Halterung der Miniaturstrahler, Figur 2 eine erste Ausführungsform eines Miniaturstrahlers zum Einsatz in eine Halteleiste der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung gemäß Figur 1 ,
Figur 3 eine erste Ausführungsform einer Halteleiste zum Einsatz in einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung in einem Längsschnitt, Figur 4 eine zweite Ausführungsform einer Halteleiste zum Einsatz in einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung in einer perspektivischen Darstellung,
Figur 5 eine dritte Ausführungsform einer Halteleiste zum Einsatz in einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung in einem Längsschnitt
Figur 6 eine vierte Ausführungsform einer Halteleiste zum Einsatz in einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung in einer Ansicht von unten, und
Figur 7 die Halteleiste gemäß Figur 6 in einer Seitenansicht. Figur 1 zeigt eine Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen, der insgesamt die Bezugsziffer 1 zugeordnet ist. Die Bestrahlungsvorrichtung 1 ist für den Etagenanbau vorgesehen und umfasst ein Gehäuse 15 mit fünf darin übereinander angeordneten Pflanzmodulen (Etagen) zum Anbau von Pflanzen, von denen in Figur 1 zum Zwecke der Vereinfachung nur zwei Pflanzmodule 10, 20 dar- gestellt sind. Die nicht dargestellten Pflanzmodule sind identisch zu den Pflanzmodulen 10, 20 ausgebildet. Auf beide Seitenwände 16, 17 des Gehäuses ist jeweils eine Reflektorfolie 18a, 18b aufgebracht.
Die Pflanzmodule 10, 20 umfassen ein Trägerelement 2 sowie einen oberhalb des Trägerelements 2 angeordneten Bauraum B, der Elektroleitungen und Monta- geelemente aufweist, sowie die unterhalb des Bauraums angeordnete Strahlerzone Z. Das Trägerelement 2 ist mit Erde gefüllt und mit mehreren Pflanzen 3 bepflanzt. In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) sind die Pflanzen jeweils in einzelnen Pflanztöpfen auf dem Trägerelement 2 angeordnet. Die Oberfläche des bepflanzten Trägerelements legt eine Anbauebene E fest. Die Strah- lerzone Z befindet sich oberhalb der Anbauebene E. In der Strahlerzone Z sind LED-Leisten 4a, 4b, 4c angeordnet, die im Wesentlichen optische Strahlung 5 mit Wellenlängen im sichtbaren und im ultravioletten Bereich emittieren. In der Strahlerzone Z sind ebenfalls mehrere Halteleisten 7 zur Aufnahme und Halterung von Infrarotstrahlern 8 vorgesehen, die Pflanzen 3 mit Infrarotstrahlung 6 bestrahlen. Die Halteleisten 7 sind aus wärmebeständigem, elektrisch isolierendem, Infrarotstrahlung reflektierendem Material in Form von metallisch eingefärbtem Kunststoff gefertigt. Jedem Infrarotstrahler 8 ist ein Bestrahlungsbereich F auf der Anbauebene E zugeordnet, der durch gestrichelt eingezeichnete Linien 6 angedeutet ist, welche die Infrarot-Bestrahlung symbolisieren.
Die Infrarotstrahler 8 sind Miniaturstrahler. Sie weisen einen gasdicht verschlossenen Lampenkolben aus Aluminiumsilikatglas sowie ein darin angeordnetes Heizfilament in Form einer Glühwendel auf. Das Innere des Lampenkolbens ist evakuiert. Darüber hinaus ist innerhalb des Lampenkolbens ein Triphosphorpen- tanitrid (P3N5)-Getter angeordnet. Die Miniaturstrahler sind für eine elektrische Nennleistung von 24 W bei einer Nennspannung von 6 V ausgelegt. Die Nenntemperatur des Heizfilaments beträft 1 .220 °C.
In die Halteleiste 7 sind Fassungen (nicht dargestellt) eingelassen, in die die Miniaturstrahler eingesetzt werden können. Die Fassungen sind gemäß IEC 60061 - 2 ausgeführt. Diese weisen lange Kriechstrecken auf und stellen einen geringen Übergangswiderstand sicher. Hierdurch wird auch ein Eindringen von Schmutz oder Feuchte in die Fassung reduziert.
Auf der der Anbauebene E zugewandten Seite der Halteleisten 7 ist den Miniaturstrahlern jeweils ein in die Halteleiste eingelassener Reflektor 9 aus Aluminium- Blech mit einer Schutzschicht aus SiO2 zugeordnet, der die Ausbreitung der vom jeweiligen Infrarotstrahler s emittierten Infrarotstrahlung 10 nach oben in Richtung des Bauraums B und seitlich in Richtung der LED-Leisten 4a, 4b, 4c verringert. Der Reflektor 9 schließt mit der Horizontalen jeweils einen Winkel von 45° ein. Die Oberfläche des Reflektors 9 ist aus so genanntem gehämmertem Aluminium gefertigt; sie wirkt diffus reflektierend.
In Richtung der Längsachsen der Halteleisten 7 sind acht baugleiche Infrarotstrahler 8 hintereinander angeordnet (nicht dargestellt). Benachbarte Infrarotstrahler 8 weisen in Richtung der Längsachse einen Abstand zueinander von 0,75 m auf. Der Abstand parallel zueinander angeordneter, benachbarter Infrarotstrah- ler senkrecht zur Richtung ihrer Längsachsen beträgt ebenfalls 0,75 m. Zur Anbauebene E weisen die Infrarotstrahler einen Abstand von 1 ,0 m auf.
Die Miniaturstrahler 8 einer Halteleiste 7 sind in Reihe geschaltet; sie werden mit einer Wechselspannung von 48 V bei einem Nennstrom von 4 A betrieben. Im Fehlerfall muss genau eine Leiste überprüft werden. Ferner ist eine Regelung für die Lampenparameter Spannung und Strom vorgesehen. Diese umfasst einen Betriebsstundenzähler für jede Halteleiste 7. In Abhängigkeit von der ermittelten Betriebsdauer wird von der Regelung ein Austausch einzelner oder aller Lampen einer Halteleiste 7 vorgeschlagen. Die Miniaturstrahler 8 in der Strahlerzone Z so angeordnet, dass sich ihre Be- strahlungsbereiche F seitlich so überlappen, dass die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene 30 Watt/m2 beträgt. Die Schwankungsbreite der Bestrahlungsstärke beträgt weniger als 50%.
Figur 2A zeigt eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines Minia- turstrahlers zum Einsatz in eine Halteleiste der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung gemäß Figur 1 , dem insgesamt die Bezugsziffer 200 zugeordnet ist. In Figur 2B ist der Miniaturstrahler 200 in einer Draufsicht dargestellt.
Der Miniaturstrahler 200 ist einseitig gesockelt und umfasst einen Lampenkolben 202, der durch eine Quetschung 203 des Lampenkolbens 202 gasdicht ver- schlössen ist. Innerhalb des Lampenkolbens 202 sind ein Filament 201 , eine Stromzuführung 204a, 204b für das Filament 201 sowie ein Stützelement 205 angeordnet. Auf dem Stützelement 205 ist ein Getter (nicht dargestellt) aus Triphos- phorpentanitrid (P3N5) aufgebracht.
Der Miniaturstrahler 200 ist für eine Nennleistung von 24 W bei 6V Nennspan- nung ausgelegt; das Filament 201 weist bei Nennspannung eine Nenntemperatur von 1 .220 °C auf. Die Länge des Filaments beträgt 30 mm.
Die Strahlertemperatur hängt von den Betriebsbedingungen des Strahlers sowie von dessen Konstruktion, insbesondere der des Heizfilaments ab. In der nachfol- genden Tabelle sind ermittelte Betriebsbedingungen für konstruktiv verschiedene Miniaturstrahler zusammengefasst.
Versuchsergebnisse
Die Ministrahler weisen ein Filament aus Wolfram mit einer Filamentlänge von 30 mm auf; sie wurden jeweils mit einer Spannung von 6 Volt und einem Strom von 4 A betrieben (Nennleistung 24 Watt; Widerstand 1 ,5 Ω). Die Ministrahler unterscheiden sich beispielsweise in der Drahtdicke des Heizfilaments, der Dicke des Dorns auf den das Heizfilament aufgewickelt wurde, der Wicklungsanzahl und der Steigung der Wicklung. In der nachfolgenden Tabelle sind die Ergebnisse zu- sammengefasst:
Tabelle 1
Nr. d Filament dDorn Steigung Leistung P Filament-
[mm] [mm] [mm] [W] Temperatur [°C]
1 0,3 0,60 0,38 24 1 . 481
2 0,3 0,70 0,39 23 1 . 432
3 0,32 0,70 0,40 26 1 . 462
4 0,32 0,81 0,38 24 1 . 371
5 0,32 0,90 0,41 24 1 . 371
6 0,35 1 ,40 0,43 24 1 . 221
7 0,37 2,00 0,48 24 1 . 130
8 0,37 2,20 0,47 23 1 . 084
9 0,38 2,00 0,48 25 1 . 131 ln Figur 3 ist einen Miniaturstrahler 200 gemäß Figur 2 dargestellt, der in erste Ausführungsform einer Halteleiste 300 eingesetzt ist. Die Halteleiste 300 ist aus weißem Kunststoff gefertigt und zum Einsatz in der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung gemäß Figur 1 geeignet. Die Halteleiste 300 ist mit einer Fassung 302 versehen, die zur Aufnahme des Infrarotstrahler-Sockels 301 geeignet ist. Um die Fassung 302 ist ein Reflektor 303 aus Aluminiumblech eingelassen. Der Reflektor 303 weist eine konische Form auf, die sich nach unten, also in Richtung auf die Anbauebene E, verbreitert. Der Reflektor 303 reflektiert die vom Infrarotstrahler 200 emittierte Infrarot- Strahlung auf die Anbauebene E. In einer alternativen Ausführungsform der Halteleiste 300 (nicht dargestellt) weist der Reflektor 303 eine parabolische, elliptische oder hyperbolische Geometrie auf. Darüber hinaus können einem Reflektor 303 ein oder mehrere Infrarotstrahler 200 zugeordnet sein.
Figur 4 zeigt in perspektivischer Darstellung eine zweite Ausführungsform einer Halteleiste für Miniaturstrahler 401 , der insgesamt die Bezugsziffer 400 zugeordnet ist. Die Halteleiste 400 ist aus einem wärmbeständigen, elektrisch isolierenden Kunststoff gefertigt; sie ist mit mehreren Fassungen (nicht dargestellt) für die Aufnahme von Miniaturstrahlern 401 versehen. Hierdurch wird eine einfache Montage und ein einfacher Austausch von Miniaturstrahlern ermöglicht. Die Fassungen sind von einem Reflektor 402 umgeben, der in die Halteleiste 400 eingelassen ist. Der Reflektor 402 ist aus Aluminiumblech gefertigt und mit einer Schutzschicht aus SiO2 versehen. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn der Reflektor 402 eine konische Grundform aufweist, die sich in Richtung auf die Anbauebene E gesehen erweitert. In einer alternativen Ausführungsform (nicht darge- stellt) ist vorgesehen, dass der Reflektor 402 eine Grundform aufweist, die in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Halteleisten-Längsachse eine parabolische elliptische oder hyperbolische Form aufweist. Hierdurch wird gewährleistet, dass ein möglichst großer Teil der vom Reflektor 402 reflektierten Infrarotstrahlung zur Bestrahlung eines Bestrahlungsbereichs auf der Anbauebene E zur Verfügung steht. Die Oberfläche des Reflektors 402 ist segmentiert ausgebildet. Eine derartige Oberflächenstruktur trägt dazu bei, dass eine homogene Beleuchtung eines runden Bereichs auf der Pflanzenebene ermöglicht wird.
In Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform einer Halteleiste 500 im Längsschnitt dargestellt. Die Halteleiste 500 weist eine Aussparung 502 auf, in der der ein Miniaturstrahler 501 angeordnet ist. Alternativ können in der Aussparung 502 auch mehrere Miniaturstrahler 501 angeordnet sein.
Die Aussparung 502 weist einen oberen ersten Abschnitt und einen unteren zweiten Abschnitt auf. Der erste Abschnitt ist unmittelbar in die Basisfläche 504 einge- lassen und weist einen konischen Verlauf auf. Der Konuswinkel α beträgt 45°. Der zweite Abschnitt weist einen zylinderförmigen Verlauf mit einem Durchmesser von 36 mm auf. Auf die Oberfläche der Aussparung 502 ist eine Infrarotstrahlung reflektierende Beschichtung aus Aluminium aufgebracht. Durch die in der Aussparung 502 versenkte Anordnung des Miniaturstrahlers 501 und die reflektierenden Eigenschaften der Halteleiste 500 kann auf den Einsatz externer Reflektoren verzichtet werden. Die emittierte Infrarotstrahlung wird durch die Geometrie der Aussparung 502 auf die Anbauebene E gelenkt.
In den Figuren 6 und 7 ist eine vierte Ausführungsform einer Halteleiste 600 dargestellt. Figur 6 zeigt die Halteleiste 600 in einer Ansicht von unten und Figur 7 zeigt die Halteleiste in einer Seitenansicht.
Die Halteleiste 600 ist aus metallisch eingefärbtem Kunststoff gefertigt; sie weist eine Basisplatte 602 auf, an der vier Reflektorbleche 603a, 603b, 603c, 603d angebracht sind. Die Basisplatte 602 weist eine Länge L von 1 .100 mm und eine Breite B von 100 mm auf. Die Reflektorbleche 603a, 603b, 603c, 603d sind ge- genüber der Basisplatte 602 um einen Winkel α von 45 °C abgewinkelt. Die Länge I der Reflektorbleche 603a-d beträgt 70,7 mm. An der Basisplatte 602 der Halteleiste 600 sind drei Miniaturstrahler 601 a, 601 b, 601 c über eine Steckverbindung befestigt. Die Miniaturstrahler 601 a, 601 b, 601 c sind identisch ausgebildet. Sie weisen jeweils ein Heizfilament 605a, 605b, 605c auf, das die Basisfläche 602 vollständig überragt. An den Enden ist das Heizfilament 605a, 605b, 605c zur elektrischen Kontaktierung mit Anschlusselementen 606 versehen. Die Heizfila- mente 605a, 605b, 605c weisen jeweils eine Filament-Länge von 40 mm auf. Der Abstand a benachbarter Miniaturstrahler 601 a-c beträgt 430 mm.

Claims

Patentansprüche
Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von Pflanzen, aufweisend ein eine Anbauebene E definierendes Trägerelement zur Kultivierung der Pflanzen, mehrere Strahlungsquellen zur Bestrahlung der Pflanzen mit sichtbarer und/oder ultravioletter Strahlung und mehrere Infrarotstrahler zur Bestrahlung der Pflanzen mit Infrarotstrahlung, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotstrahler Miniaturstrahler sind, die für eine Nennleistung von maximal 30 W ausgelegt sind, und die jeweils einen für Infrarotstrahlung durchlässigen Lampenkolben und innerhalb des Lampenkolbens einen Getter sowie ein Heizfilament aufweisen, das für eine Betriebstemperatur von 1 .000 °C bis 1 .500 °C ausgelegt ist, wobei mindestens eine Halteleiste zur Miniatur- strahler-Halterung vorgesehen ist, die sich in einer oberhalb der Anbauebene E gelegenen Strahlerzone Z erstreckt, so dass sich Bestrahlungsberei- che benachbarter Miniaturstrahler auf der Anbauebene E derart überlappen, dass die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E zwischen 10 Watt/m2 und 100 Watt/m2 mit einer Schwankungsbreite von maximal 50% um ihren Mittelwert beträgt.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Lampenkolben aus einem Glas gefertigt ist, das für Strahlung mit einer Wellenlängen im Bereich von 2.000 nm bis 4.500 nm eine Transmission von mindestens 70%, vorzugsweise eine Transmission von mindestens 80%, aufweist.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Bestrahlungsstärke auf der Anbauebene E 10 Watt/m2 bis 50 Watt/m2 beträgt.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Miniaturstrahler für eine Nennspannung im Bereich von 6 V bis 24 V ausgelegt sind.
5. Bestrahlungsvornchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Strahlerzone Z mehrere, äquidistant verlaufende Halteleisten angeordnet sind.
6. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Halteleisten einen Abstand im Bereich von 0,5 m bis 1 ,5 m aufweisen.
7. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteleiste aus wärmebeständigem, elektrisch isolierenden und Infrarotstrahlung reflektierenden Material gefer- tigt ist.
8. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteleiste eine Aussparung für die Miniaturstrahler-Aufnahme aufweist.
9. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung eine konische, parabolische oder hyperbolische Grundform aufweist.
10. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung in eine Basisfläche der Halteleiste eingelassen ist, und dass der in der Aussparung angeordnete Miniaturstrahler die Basisfläche in Richtung der Anbauebene E nicht überragt.
1 1 . Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung in der Basisfläche eine kreisförmige oder ovale Öffnung hat.
12. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Miniaturstrahler einen Abstand zueinander im Bereich von 0,5 m bis 1 ,5 m aufweisen.
13. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Miniaturstrahler von der Anbauebene E einen Abstand im Bereich von 1 ,0 m ± 0,5 m aufweisen.
14. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Halteleiste Infrarotstrahlung reflektierende
Seitenflügel verbunden sind, wobei die Seitenflügel mit der Horizontalen jeweils einen Winkel α im Bereich zwischen 20° bis 50° einschließen.
15. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schwankungsbreite maximal 20%, vor- zugsweise maximal 10%, der mittleren Bestrahlungsstärke beträgt.
16. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass den Miniaturstrahlern jeweils ein Reflektor zugeordnet ist, der an der Halteleiste gehaltert ist.
17. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor ein segmentierter Reflektor ist.
18. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteleiste eine Fassung zur Miniaturstrahler-Aufnahme aufweist, wobei der Reflektor derart in die Halteleiste eingelassen ist, dass er zwischen der Halteleiste und der Fassung verläuft.
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