WO2018095450A1 - Vorrichtung und verfahren zum einbringen von hochspannung in ein substrat, das biologisches material aufweist - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum einbringen von hochspannung in ein substrat, das biologisches material aufweist Download PDF

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WO2018095450A1
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WO
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applicators
applicator
high voltage
substrate
plant
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PCT/DE2017/000403
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Matthias Eberius
Sergio DE ANDRADE COUTINHO FILHO
Dirk Vandenhirtz
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Zasso Gmbh
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    • A01M21/04—Apparatus for destruction by steam, chemicals, burning, or electricity
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    • A01B69/007—Steering or guiding of agricultural vehicles, e.g. steering of the tractor to keep the plough in the furrow
    • A01B69/008—Steering or guiding of agricultural vehicles, e.g. steering of the tractor to keep the plough in the furrow automatic

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and method for introducing high voltage into a substrate comprising biological material.
  • This objective which differs according to the invention, requires a novel type of applicator and a metered-system control system which has the following basic properties and is then geometrically constructed differently in accordance with the respective individual applications in order to achieve the targeted flow of electrical high voltage.
  • the paired or multiple applicator units must be defined and usually close to each other to act only in the desired range, which is often not in the well-absorbing leaf area, but very often on the better insulating trunks and / or fresh branches occurring there. An unspecific return of the current through the soil is in most cases not possible, since in most cases the roots must not be hit.
  • the applicators must be well insulated with each other. The performance of the individual applicator units must be dosed and limited and accordingly must not be influenced by contacts and resistances of other objects that are in contact with the overall system. A large number of individual applicators must be operated in parallel so that the system can have correspondingly high total surface area
  • the device serves as an electro-physical replacement method for increasingly unauthorized non-systemic leaf herbicides and other non-systemic herbicides and antiproliferative agents and as an electro-physical replacement for mechanical processes that fail to provide adequate performance or are too expensive and energy intensive.
  • one control and transformation module is used per applicator unit, which is two applicators or multiple applicators, on a mounting unit with closely adjacent individual applicators, which high voltage in a range of 1,000 to 40,000 V and a power of 10 to 10,000 W. should deliver.
  • the respective work area automatically adjusts itself according to an implemented work characteristic as a function of the substrate resistance, whereby processor-controlled performance optimization as far as possible does not select a single operating point but a work area with the highest possible power.
  • the processor control also allows sensor-based or otherwise data-based control influences up to pattern recognition and artificial intelligence in parameter optimization.
  • a basic applicator is used, which consists of two or more juxtaposed, simultaneously oppositely poled single applicators. These applicator units can be charged with alternating current (phase versus 0 or two phases against each other) or direct current (+, -, where one pole has near-earth absolute potential).
  • the respective oppositely poled applicator units are separated by an insulating intermediate layer of 0.5 to 10 cm in width.
  • This intermediate layer may have similar mechanical properties z. B. in terms of flexibility and durability as the applicators have.
  • the purpose of the intermediate layer is to avoid direct flashovers between the applicators by labyrinthine separation and to keep out plant parts from the intermediate area, so that no bridging shorts occur within the applicator.
  • dense plastic bristles, plastic loops, plastic combs or elastic plastic plates are used, which have the same shape and size, which is also used in the metallic applicators.
  • the units can then be expanded by adding additional applicators with alternating polarity.
  • layered round brushes with and without drive can also be used and the orientation of the units is adapted to the respective plants. Only if the substrate thickness is well defined, the adjacent poles are replaced by opposite poles.
  • the aim of the device is to significantly improve the state of the art in a number of applications. This will replace more expensive and time-consuming and energy-intensive mechanical processes. In particular, however, chemical processes which result in partial destructuring of individual plant parts will be replaced without residue by a non-chemical and non-toxic process.
  • a first field of application is the whole plant drying and the conversion to biogas. If biomass is to be converted into process gas, a water content of 10 - 15% is necessary, as it directly reaches straw, while all other biomass materials have to be predried with considerable energy expenditure separately or at the beginning of the gasification process. This process greatly reduces the efficiency of the processes. At the same time, the high moisture content also leads to storage problems and unwanted biomass degradation. So far, the material has to be cut off, is then denser and dries badly, especially in unstable weather conditions, or begins to fade. len. Since, accordingly, drying of biomass in the field is technically not feasible, the material is hitherto used in biogas plants with liquid gasification by bacteria, but this raises considerable problems and requires, for example, pulping of the cellulose and its overall efficiency is also lower.
  • the ElektroBioMod method offers the possibility, at relatively low energy input without an additional medium or agents to induce internal cell disruption by the introduction of targeted energy, the subsequent mechanical or other digestion steps considerably simplifies and makes more effective and because of its cellular action, the bacterial accessibility and strongly promotes hydrolysis.
  • the advantages of the ElektroBioMod method lie in an interruption of contamination chains with a reduction in the use of herbicides, fungicides and an increased carbon bond in the soil.
  • a long bristle brush (100-400 mm bristle length) with smooth or only slightly roughened loosely distributed electrically conductive bristles (preferably polymer) is preferably guided along the trunk at least at an angle of 90 °.
  • the brush turns from bottom to top on the stem side, so the water veins are not torn off.
  • the water travelers are touched with only one pole.
  • the highly volume-limited stream flows through the much thicker stem non-destructive.
  • the brush with the middle of the trunk is led up / along.
  • the lower end of the water circuit is acted upon with the opposite polarity as the upper area. This reduces the current flow in the main trunk to an absolute minimum.
  • a further field of application relates to a targeted stressing and a root reduction:
  • pruning of roots and shoots to redirect an increasing proportion of the photosynthetic power of plants into the harvest constituents. Normally, this is done by a mostly mechanical assessment of roots to reduce shoot growth and to increase the fruit content.
  • Root scarcation triggers a stress response in the plant that directly triggers a mild drought stress or infestation stress reaction, or is interpreted indirectly by the plant. This is especially true for declarations of roots without sprout reduction. But also a sprout reduction leads to an increased investment in the fruit of many plants.
  • the invention in the intermediate regions of the crops on the surface or by means of depth electrodes, current is introduced in such a way that part of the root of the crop dies or is at least damaged.
  • This is interpreted by many plants as stress, which inhibits cellulose production (more branches, leaves) and results in increased investment in fruits and sugars in general.
  • the sugar content in sugarcane is increased or the length growth of branches in fruit trees is limited in favor of fruit and water consumption.
  • the method according to the invention requires no or at least substantially less interference with the soil structure and often reduces the weed competition at the same time. All biological and technical disadvantages caused by soil disruption are avoided. Thus, e.g. Also, damage to irrigation systems will be much easier to avoid as the floor area is less or not mechanically attacked.
  • Another field of use is the killing of harmful organisms stages in plant parts: In commercial cultivation, the pathogens can often be combated with systemic insecticides. However, this is associated with considerable effort and in the private sector and in the public sector (street trees, etc.) inadmissible or very heavily regulated. Therefore, it is often only possible to collect and dispose of the fallen leaves, which contain the overwintering organisms stages, as separately as possible. burn. Other forms of waste disposal from normal household waste to composting very often lead to a further carryover of the pests.
  • the fallen leaves are treated electrophysically immediately after collection and the parasitic stages are thus dying off.
  • the sheets can be acted upon by a continuous or discontinuous conveyor system between the two electrodes for a certain residence time with high-frequency high voltage.
  • applicator units from the side and from the side just above the ground with both applicator polarities contact the plants for water flow interruption in the trunk.
  • a contacting or abrasive applicator metal brush (stationary or rotating), scraping metal sheet ends or cutting metal) is necessary if the vascular bundles can only be reached directly from the outside and are extensively damaged should (woody structures).
  • the applicator units in the individual rows run guided by a main transport module or autonomously with its own drive and its own power supply.
  • a main transport module or autonomously with its own drive and its own power supply.
  • Straight unit (brush / bar): The unit rotates after the start signal to the obstacle actively and quickly around the obstacle, as far as possible with obstacle contact, to after the entire area around the obstacle to the starting position with outward forward directed tip to return.
  • Three-wing unit This unit also rotates around the object as described in the straight unit, but with the advantage that less rotation is necessary, so that the device can be driven faster overall.
  • Two brushes arranged above one another with a horizontal axis of rotation and horizontal movement also detect the trunk in the lower area under sensor control.
  • a sensor-controlled brush each with a pole in the middle and the opposite pole in the edge area drives sensor controlled on the trunk and contacted so that water veins and other better conductive small branches on a well-insulated trunk with power around it to soil.
  • a partial damage of the roots makes sense in order to trigger certain reactions in the plants.
  • the same applicators are used as in the device described above with the only difference that the trunk is contacted only by a pole and a smaller area and this affects only a part of the water-bearing structures.
  • a surface or topsoil soil applicator may be used or the circuit closed by a nearby plant. In this case, the performance must be limited specifically to the plant, especially through the use of individually controlled power supply units.
  • FIG. 1 shows different applicator modules on applicator carriers
  • FIG. 2 schematically shows a single applicator module
  • FIG. 3 schematically shows a single autonomously moving applicator module
  • FIG. 4 schematically shows an arrangement of the individual applicators
  • FIG. 5 schematically statically mounted applicators in cross section
  • FIG. 6 schematically shows the dynamic movement of an applicator set with three arms
  • FIG. 7 schematically shows the dynamic movement of an applicator set with two arms
  • FIG. 9 schematically shows the treatment of a plant with water travelers
  • FIG. 10 schematically shows one of the similar embodiments shown in FIG.
  • FIG. 11 schematically shows one of the similar embodiments shown in FIG.
  • FIG. 12 shows a reel-like applicator
  • FIG. 13 schematically shows a reel-like applicator in use
  • FIG. 14 schematically shows an applicator set with alternating polarities in use
  • FIG. 15 schematically shows an applicator acting from above with adjacently arranged abrasive applicators in use
  • FIG. 16 schematically shows an applicator acting from above with abrasive applicators arranged behind one another in use
  • FIG. 17 schematically shows a side-acting applicator with side-by-side grinding applicators in use
  • FIG. 18 schematically shows a strip feeding system
  • Figure 19 schematically another embodiment of a tape feed system
  • FIG. 20 schematically shows an applicator set for thick, stationary substrate layers.
  • FIG. 1 schematically shows the smallest unit of an applicator module 1 with two simultaneously oppositely poled applicators 2, 3 (shown here as +/-) with an insulating intermediate layer 4 on an applicator carrier 5.
  • FIG. 2 schematically shows a single applicator module 10 in a preferred embodiment with a built-in high-voltage transformation unit 11 which travels or grinds on the floor 12 between two rows of plants 13, 14.
  • the module 10 is guided by a strut 15 guided over the field on a mobile unit (eg tractor) with a pull and power supply cable 16 (preferably normal voltage).
  • a mobile unit eg tractor
  • a pull and power supply cable 16 preferably normal voltage
  • the plants are contacted with two or more (here two) closely spaced applicators 17, 18 of different polarity, which conduct high voltage through a short piece of plant and change it structurally.
  • the applicators 17, 18 may be shaped differently and fixed statically or dynamically.
  • FIG. 3 schematically shows a single autonomously traveling applicator module 20, preferably with built-in high-voltage transformation unit 21, energy storage 22 and navigation unit 23, which travels on the floor 24 between two rows of plants 25, 26.
  • the module 20 is mechanically guided in the series and superordinate by GPS.
  • the plants are contacted with two or more (shown here two) closely spaced applicators 27, 28 and 29, 30 of different polarity, which conduct high voltage through a short piece of plant and change it structurally. This line is symbolically indicated as half-bow 31, 32.
  • the applicators can be shaped differently and fixed statically or dynamically.
  • FIG. 4 schematically shows an arrangement of the individual applicators in an applicator set 40 shown here of two different superimposed applicators in the plan view.
  • the individual grazing applicators consist of elastic sheets or elastic plastic / rubber / metal composite units 41 flexible and conductive on the contact side loops 42 or brush units 43. Between the Applikatorpolen 44, 45 each have an insulating region 46 of geometrically similar materials is installed as insulation.
  • FIG. 5 schematically shows statically mounted applicators in cross-section and from the front.
  • the individual plant-engaging applicators 50, 51 may consist of brushes, rows of flat wires, straight, curved or fanned metal sheets, or passively or actively rotating round brushes.
  • an insulating region 52 of geometrically similar materials is installed in each case as insulation.
  • FIG. 6 schematically shows the dynamic movement of an applicator set 60 in a plan view along a row of plants which are to be touched on the trunk as comprehensively as possible.
  • a three-bladed applicator set 61 which is attached to a cantilever arm 62, passively or actively tracked, rotates around the stem 63 and strips it almost completely.
  • the applicators are attached to both sides of all arms. If a bottom applicator is attached to the underside of the arms, it can also control soil weeds in one go.
  • FIG. 7 schematically shows the dynamic movement of an applicator set 70 along a row of plants, each with a stem 71, which are intended to be contacted as extensively as possible on the trunk.
  • a two-bladed applicator set 72 which is attached to a cantilever arm 73, actively rotates around the stem 71 and brushes it almost completely.
  • the applicators 74, 75 are attached to both sides of the arm 76. If a bottom applicator is attached to the underside of the arms, it can also control ground weeds in one go.
  • FIG. 8 schematically shows the dynamic movement of an applicator set 80 along a row of plants 81, 82 which are to be touched on the trunk as comprehensively as possible.
  • an applicator set 80 consisting of soft horizontally rotating brushes 83, which is attached to a cantilever arm 84, actively rotates around the trunk of the plants 81, 82 and almost completely wipes it.
  • the applicators 85, 86 are attached to one side of the arm 87.
  • FIG. 9 schematically shows a plant 90 with water veins 92 to be sclerosed at any position on the trunk 91. These are contacted by means of a brush 93, guided mechanically or sensory, in the outward and near-stemmed region in the upward or downward movement.
  • the brush 93 has a near-earth polarized pole 94 in the region close to the trunk, while the trunk-distant region 95 has the opposite polarity 96 after an intermediate layer consisting of insulating bristles 96.
  • FIG. 10 shows one of the similar embodiment 100 shown in FIG. 2, in which the applicators 101, 102 may have the same or different polarity and guide the high voltage through a short piece 103 of the plant 104 and structurally change it or over the ground 106 after a short distance to root 105 follow.
  • FIG. 11 shows one of the similar embodiments 110 shown in FIG. 3, in which the applicators 111, 112 can have the same or different polarity and guide the high voltage through a short piece 113 of the plant 1 14 and structurally change it or via the Ground 116 after a short distance to the root 115 follow.
  • FIG. 12 shows a reel-like applicator which touches heavily matted plants from above with both poles at intervals for water flow reduction in the shoot area, where also harvested crops are to be found, which may be touched and shaken as little as possible so that e.g. even mature seeds do not fall to the ground and thus get lost.
  • the current flow takes place in the matted shoot parts.
  • a reel and star-like fixed bristles can be used with flexible ends. Isolation is omitted here due to the high distances of the applicators.
  • the reel applicator 120 has a different polarity 122, 123 on pendant individual contacts 121. These individual contacts 121 are bent in the embodiment shown and weighted at the upper end 124 or by spring force in a favorable starting position for the deep and low-friction piercing in the felted plant location brought. The reel applicator 120 is actively rotated during the crossing.
  • FIG. 13 schematically shows a coiled-optical applicator 130 with a central axis of rotation 131, rigid inner bristle carriers 132 firmly attached to the axis of rotation and flexible connected long bristles 133 of good electrically conductive surface material with alternating polarity 134, 135.
  • These flexible bristles 133 dip into the plant substrate 136 and create cross-contacts, which change the plant material and allow it to dry faster. This leads to a better maturation of the plant seeds by slow drying of the upper Halm Suitee.
  • two or more quasi-linear applicators of different polarity touch the same plant at as many points of the aerial plant part as possible to cause the structural destruction of many cells without inducing current into the roots or other subterranean organs .
  • the application can be done both from above and from the side.
  • FIG. 14 schematically shows an applicator set 140 with alternating polarities 141, 142 and insulator regions 143 therebetween, which apply a high voltage current to an entire plant in full height with short conduction paths.
  • FIG. 15 schematically shows an applicator 150 acting from above, with polarities 151, 152, which vary in small-space, transversely to the direction of travel, for the treatment of leaf masses from above.
  • FIG. 16 schematically shows a top-acting applicator 160 with polarities 161, 162 alternating in the direction of travel for treating leaf masses from above if the root organs are not allowed to be damaged (eg potatoes).
  • abrasive applicators 163 of different polarity 161, 162 one behind the other brushes or Schleifapplikatoren with different polarity in the direction of movement can be used side by side.
  • FIG. 17 schematically shows an applicator module 170 acting from the side, with applicators 172, 173 arranged laterally above and beside the plant 171.
  • the applicator 172, 173 attaching to the side of the plants may, if necessary, also contact the topsoil, which is not a problem.
  • the high voltage is introduced into separated plant parts of diseased plants or as an attraction for harmful organisms applied plants. This is done by means of rollers, conveyor belts, etc., to destroy the highly conductive structures in the plant parts structurally very quickly.
  • the highly conductive structures to be destroyed may be plant constituents, fungi, eggs, caterpillars, snails, nematodes or bacteria.
  • the horizontal feed with a conveyor belt either serves as an abutment for the two applicator rollers or the conveyor belt is used as an applicator. When fed vertically, the two applicator rollers face each other. In all cases, the narrowest areas between the applicators are permanently (horizontal double roller) or, in the absence of a substrate in the device, separated with an elastic and brush-like insulator layer to prevent flashovers.
  • the applicators are pulled through the substrate in alternating polarity as cutting blades and the gap in the region chen, in which no substrate is kept separated with a brush-like insulator.
  • FIG. 18 schematically shows a strip feed system 180 with a cut-off substrate 181, which is guided with the insulating conveyor belt 182 as an abutment under two applicator rolls 183, 184.
  • the gap 185 between the applicator rollers 183, 184 is provided with a broom-like insulating curtain 186.
  • the conveyor belt 187 can be used as a second applicator. Then, the gap between the two applicators conveyor belt 187 and ApplikatorroUe 188 each with an isolation brush (not shown) should be closed, as long as no substrate 189 is present, but the system is running.
  • FIG. 1 shows schematically a strip feed system 190 with a cut-off substrate 191 which is passed between two applicator rolls 192, 193.
  • the gap 194 between the applicator rollers 192, 193 is provided with a broom-like insulating curtain 195.
  • the view of the gap in FIG. 19 shows broom bristles 196 expanded on the right-hand side and bending broom bristles 197 at substrate throughput 191 on the left.
  • FIG. 20 schematically shows an applicator set 200 for thick, resting substrate layers through which it is pulled.
  • the applicators 201, 202 in alternating polarity 203, 204 serve as a cutting blade 205 and the gap 206 is kept separated in the areas in which there is no substrate with a brush-like insulator 207.
  • the result is a complete structural destruction of the separated, treated plant material, a better control of plant diseases by deactivating the pathogens, an increase in vulnerability to rapid biodegradation in the soil, in composting but also in biogas plants and a better extractability of ingredients.

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Abstract

Bei einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Einbringen von Hochspannung in ein Substrat, das biologisches Material aufweist, wird ein Applikatormodul mit zwei oder mehr zeitglich unterschiedlich gepolten Applikatoren verwendet, durch die dosierte elektrische Hochspannung fließt, um das Substrat zu verändern. Unterschiedliche Ausführungsvarianten ermöglichen es, die Hochspannung geregelt und zielgerichtet in das Substrat einzubringen.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Einbringen von Hochspannung in ein Substrat, das biologisches Material aufweist
[01] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zum Einbringen von Hochspannung in ein Substrat, das biologisches Material aufweist.
[02] Das vielfach in Patenten dargelegte Standardverfahren zur Nutzung von elektrischer Hochspannung (Spannung mit mindestens 1.000 V) besteht in der Abtötung von als Unkraut definierten Pflanzen. Dabei wird mit einem Applikator Strom in die Blätter des Unkrauts eingeleitet mit dem Ziel diese einschließlich der Wurzeln abzutöten. Zur Schließung des Stromkreises durch Blatt, Wurzel und Boden wird mit einem zweiten Applikator der Boden zu kontaktiert. Darüber hinaus können auch beide Applikatoren Blätter verschiedener Pflanzen kontaktieren und die Zerstörung beider Pflanzen erfolgt dann durch das Schließen des Stromkreises über die Wurzeln.
[03] Im Unterscheid dazu werden im hier beschriebenen Verfahren, das im Folgenden auch als ElektroBioMod- Verfahren bezeichnet wird, unter Einsatz zielspezifischer Applikatoren zur Übertragung der elektrischen Hochspannung und Energie keine Pflanzen als Unkraut abgetötet, sondern Nutzpflanzen, Teile von Nutzpflanzen, andere Organismen oder Teile von Organismen gezielt an bestimmten Teilen des Organismus mit Hochspannung kontaktiert um verfahrensgemäß gewünschte Effekte zu erzielen, die nicht die Abtötung von Unkraut zum Ziel haben, sondern eine spezifische strukturelle Veränderung in den mit Hochspannung beaufschlagten oder mit ihnen funktional verbundenen Teilen hervorrufen. Die Folge dieser Strukturveränderung im Substrat ist die agronomische Förderung der Nutzpflanzen, ihres Ertrages, ihrer Erntequalität, der Qualität der agrarischen Nebenprodukte oder die Nutzbarkeit behandelter Materialien in nachfolgenden Verfahrensschritten.
[04] Diese sich erfindungsgemäß unterscheidende Zielsetzung erfordert einen neuartige Applikatortyp und eine Möglichkeit zur dosierten Systemsteuerung, der folgende Grundeigenschaften hat und dann den jeweiligen einzelnen Anwendungen entsprechend unterschiedlich geometrisch konstruiert ist, um die zielgemäße Durchströmung mit elektrischer Hochspannung zu erreichen.
Bestätigungskopiel [05] Die jeweils paarweisen oder multiplen Applikatoreinheiten müssen definiert und zumeist nahe nebeneinander liegen, um nur im gewünschten Bereich zu wirken, der oft nicht im gut stromaufnehmenden Blattbereich liegt, sondern sehr häufig an den besser isolierenden Stämmen und/oder dort auftretenden frischen Zweigen. Eine unspezifische Rückleitung des Stromes durch den Boden ist in den meisten Fällen nicht möglich, da in den meisten Fällen die Wurzeln nicht getroffen werden dürfen. Die Applikatoren müssen untereinander gut isoliert sein. Die Leistung der einzelnen Applikatoreinheiten muss dosierbar und begrenzt sein und darf dementsprechend nicht von Kontakten und Widerständen anderer Objekte, die in Berührung mit dem Gesamtsystem stehen, beeinflusst werden. Es muss eine Vielzahl von Einzelapplikatoren parallel betrieben werden können, damit das System über entsprechend hohe Gesamtflächenleistungen verfügen kann
[06] Während bei gut leitendem Stamm die Gesamtpflanze im applizierten Bereich strukturell verändert wird, werden bei verholzten Stämmen nur die frischen, nicht verholzten Wasserreiser, Seitenäste oder andere Pflanzen in gleicher Position direkt am Stamm von Strom durchflössen und verändert, solange der besser isolierte Stamm nicht absichtlich mit abrasiven Applikatoren in seiner Oberflächenleitfähigkeit verändert wird.
[07] Die Vorrichtung dient als elektro-physikalisches Ersatzverfahren für zunehmend nicht mehr zugelassene, nichtsystemische Blattherbizide und nichtsystemisch eingesetzte andere Herbizide und sprossungshemmende Agenzien und als elektro-physikalischer Ersatz für mechanische Verfahren, die funktionsbedingt nicht ausreichende Ergebnisse liefern oder zu teuer und energieaufwändig sind.
[08] Zur Leistungsbereitstellung wird pro Applikatoreinheit, das sind zwei Applikatoren oder multiple Applikatoren, auf einer Montageeinheit mit eng benachbarten Einzelapplikatoren je ein Steuerungs- und Transformationsmodul eingesetzt, welches Hochspannung in einem Bereich von 1.000 bis 40.000 V und einer Leistung von 10 bis 10.000 W liefern soll. Der jeweilige Arbeitsbereich stellt sich automatisch entsprechend einer implementierten Arbeitskennlinie in Abhängigkeit vom Substratwiderstand ein, wobei durch prozessorgesteuerte Leistungsoptimierung soweit wie möglich nicht ein einzelner Arbeitspunkt, sondern ein Arbeitsbereich mit möglichst hoher Leistung ausgewählt wird. Die Prozessorsteuerung erlaubt auch sensorbasierte oder anderweitig datenbasierte Steuerungseinflüsse bis hin zur Mustererkennung und künstlichen Intelligenz bei der Parameteroptimierung. [09] Zur Lösung der Aufgabe wird ein Grundapplikator eingesetzt, der aus zwei oder mehr nebeneinanderliegenden, zeitgleich gegensätzlich gepolten Einzelapplikatoren besteht. Diese Applikatoreinheiten können mit Wechselstrom (Phase gegen 0 oder zwei Phasen gegeneinander) oder Gleichstrom (+, -, wobei ein Pol erdnahes Absolutpotential hat) beaufschlagt werden.
[010] Die jeweils entgegengesetzt gepolten Applikatoreinheiten sind durch eine isolierende Zwischenschicht von 0,5 bis 10 cm Breite getrennt. Diese Zwischenschicht kann ähnlichen mechanischen Eigenschaften z. B. hinsichtlich Flexibilität und Dauerhaftigkeit wie die Applikatoren aufweisen. Die Aufgabe der Zwischenschicht ist es, direkte Überschläge zwischen den Applikatoren durch labyrinthartige Trennung zu vermeiden und Pflanzenteile aus dem Zwischenbereich herauszuhalten, sodass keine überbrückenden Kurzschlüsse innerhalb des Applikators entstehen. Hierzu werden dicht stehende Kunststoffborsten, Kunststoffschlaufen, Kunststoffkämme oder elastische Kunststoffplatten eingesetzt, welche die gleiche Form und Größe haben, die auch bei den metallischen Applikatoren eigesetzt wird. Die Einheiten können dann durch Hinzufügung weiterer Applikatoren mit alternierender Polung erweitert werden. Je nach Anwendung können auch geschichtete Rundbürsten mit und ohne Antrieb genutzt werden und die Orientierung der Einheiten wird den jeweiligen Pflanzen angepasst. Nur bei gut definierter Substratdicke werden die nebeneinanderliegenden Pole durch gegenüberliegende Pole ersetzt.
[011] Ziel der Vorrichtung ist es, den Stand der Technik bei einer Reihe von Anwendungen deutlich zu verbessern. Dabei werden teurere und zeit- und energieaufwändigere mechanische Verfahren ersetzt. Insbesondere werden jedoch chemische Verfahren, welche zu einer partiellen Destrukturierung einzelner Pflanzenteile führen, durch ein nichtchemisches und ungiftiges Verfahren rückstandsfrei ersetzt werden.
[012] Ein erstes Einsatzgebiet ist die Ganzpflanzentrocknung und die Umwandlung zu Biogas. Wenn Biomasse zu Prozessgas umgewandelt werden soll, ist ein Wassergehalt von 10 - 15 % notwendig, wie ihn Stroh direkt erreicht, während alle anderen Biomassematerialien mit erheblichem Energieaufwand separat oder zu Beginn des Vergasungsprozesses vorgetrocknet werden müssen. Dieser Vorgang verringert den Wirkungsgrad der Verfahren stark. Gleichzeitig führt der hohe Feuchtigkeitsgehalt auch zu Lagerproblemen und zu einem dort unerwünschten Biomasseabbau. Bisher muss das Material abgeschnitten werden, liegt dann dichter und trocknet besonders bei instabilen Wetterverhältnissen schlecht ab oder beginnt zu fau- len. Da dementsprechend oft eine Trocknung von Biomasse auf dem Feld technisch nicht umsetzbar ist, wird das Material bisher in Biogasanlagen mit Flüssigvergasung durch Bakterien eingesetzt, was aber erhebliche Probleme aufwirft und z.B. einen Aufschluss der Zellulose erfordert und in seiner Gesamteffizienz auch niedriger ist.
[013] Stand der Technik zur gezielten Abreife: Für die Ernte sehr vieler Arten von Feldfrüchten ist eine gleichmäßige Reifung, ein möglichst hoher Trocknungsgrad der Früchte und eine weitgehende Abtrocknung der grünen Pflanzenanteile der Feldfrucht und des ggf. vorhandenen Unkrauts wichtig. Wenn dies nicht vorliegt, wird die Ernte massiv erschwert, teurer, führt zu weniger Ertrag, die Lagerfähigkeit der Feldfrucht sinkt und der Erntevorgang dauert länger. Dieses oft auch wetterabhängige Problem wird bisher zumeist dadurch gelöst, dass chemische Wirkstoffe zur Abtrocknung der Pflanzen (Sikkationsherbizide) versprüht werden. Die eingesetzten Wirkstoffe können Rückstände im Erntegut und der Umwelt zurücklassen und sind in einigen Anwendungsfällen zunehmend verboten oder stark reglementiert.
[014] Damit die Pflanzen besser mikrobiell verwertet werden können, steht eine Vielzahl von Aufschlussverfahren zur Verfügung, bei denen die Pflanzen mechanisch zerkleinert oder in der flüssigen Phase durch enzymatische oder physikalische Methoden (mahlen, Ultraschall...) besser verwertbar gemacht werden sollen. Andere Optionen sind die aufwändige Extraktion von Hauptkomponenten, Fermentation, mikrobielle Entfernung von Nebenkomponenten z. B. zur Fasergewinnung (Flachs, Hanf...), Vergärungsoptimierung.
[015] Das ElektroBioMod- Verfahren bietet die Möglichkeit, bei relativ geringem Energieeinsatz ohne ein zusätzliches Medium oder Wirkstoffe einen inneren Zellaufschluss durch das Einbringen zielgerichteter Energie herbeizuführen, der nachfolgende mechanische oder andere Aufschlussschritte erheblich vereinfacht und effektiver macht und aufgrund seiner zellulären Wirkung die bakterielle Zugänglichkeit und Hydrolyse stark fördert.
[016] Der Einsatz großer Mengen an Fungiziden und Kupferpräparaten zur Minimierung von Pflanzenkrankheiten wie Pilzinfektionen stellt einen massiven Einfluss auf die Umwelt dar, der aber oft zur Bekämpfung von falschem Mehltau notwendig ist. Das befallene Weinlaub und abgeschnittene Äste bleiben im Weinberg und die den Winter überdauernden Sporen können insbesondere durch Hochspritzen und Staubverteilung von freiem Boden (Unkrautbekämpfung und Unterarbeiten von Weinlaub) zu schnellen Rückinfektionen führen. [017] Eine Behandlung des abgeschnittenen Weinlaubs direkt nach dem Schnitt während und nach der Saison reduziert die Bildung von Dauersporen, da einerseits die Blätter durch Zellzerstörung infolge des ElektroBioMod-Verfahrens schnell noch vorhandene Weinsäure abgeben und aus dem gleichen Grund auch schneller zerfallen und abgebaut werden, also als Träger für den Pilz weniger zur Verfügung stehen und mehr Antagonisten mit dem Pilz auf den Blättern oder im Humussubstrat in Berührung kommen.
[018] Die Vorteile des ElektroBioMod-Verfahrens liegen in einer Unterbrechung von Kontaminationsketten mit einer Verringerung des Einsatzes von Herbiziden, Fungiziden und einer erhöhten Kohlenstoffbindung im Boden.
[019] Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Wasserreiserentfernung. Verholzende Pflanzen und Bäume, insbesondere auch gepfropfte Pflanzen wie z. B. viele Weinreben, aber auch Straßenbäume haben ein erhebliches Wachstum an unerwünschten Seitentrieben, zumeist Wasserreiser genannt. Diese müssen am besten einfach schonend und mit minimaler Pflanzenverletzung entfernt werden. Neben der mechanischen Beschneidung, gibt es Verfahren mit Bürsten und chemische Verfahrung mit niederkonzentrierten Entlaubungsmitteln. Die chemischen Verfahren erfordern viel Erfahrung und eine genaue Dosierung, was oft schwierig ist, immer mehr chemische Mittel werden eingeschränkt oder verboten, mechanisches Schneiden ist zeitauf- wändig und teuer, die mechanische Entfernung der Wasserreiser mit Bürsten führt zu unerwünschten Verletzungen, an denen dann Infektionen entstehen.
[020] Bei dem ElektroBioMod- Verfahren wird eine langborstige Bürste (100 - 400 mm Borstenlänge) mit glatten oder nur leicht angerauten locker verteilten elektrisch leitenden Borsten (bevorzugt Polymer) am Stamm vorzugsweise mindestens in einem Winkel von 90° entlang geführt. Die Bürste dreht sich von unten nach oben an der Stammseite, sodass die Wasserreiser nicht abgerissen werden. In der einfachen Version werden die Wasserreiser mit nur einem Pol berührt. Der stark mengenbegrenzte Strom fließt durch den viel dickeren Stamm zerstörungsfrei ab. In der zweipoligen Version wird die Bürste mit der Mitte am Stamm hochgeführt/entlanggeführt. Das untere Ende der Wasserreiser wird dabei mit der entgegengesetzten Polarität beaufschlagt wie der obere Bereich. Dadurch wird der Stromfluss im Hauptstamm auf ein absolutes Minimum reduziert.
[021] Die Wasserreiser verbleiben am Stamm und trocknen ein. Es entstehen keine offenen Wunden am Stamm und es muss keine Chemie eingesetzt werden. Das Verfahren ist automa- tisierbar und auch mit autonomen Geräten effizient durchzuführen. Je nach Ausprägung der Wasserreiser wird auch eine Unterstockbürste unverändert verwendet und muss sich nur weiter nach oben bewegen können.
[022] Ein weiteres Einsatzgebiet betrifft ein gezieltes Stressen und eine Wurzelreduktion: In vielen Fällen ist es möglich, durch Beschneidung von Wurzeln und Spross, einen zunehmenden Anteil der Fotosyntheseleistung von Pflanzen in die Erntebestandteile umzuleiten. Im Normalfall erfolgt dies durch eine zumeist mechanische Bescheidung von Wurzeln, um das Sprosswachstum zur reduzieren und den Fruchtanteil zu erhöhen. Durch die Wurzelverknappung wird eine Stressreaktion in der Pflanze ausgelöst, die direkt eine milde Trockenstressoder Befallsstress-Reaktion auslöst oder indirekt von der Pflanze so interpretiert wird. Dies gilt insbesondere für Bescheidungen der Wurzeln ohne Sprossreduktion. Aber auch eine Sprossreduktion führt bei vielen Pflanzen zu einer erhöhten Investition in die Frucht.
[023] Erfindungsgemäß wird in den Zwischenbereichen der Nutzpflanzen an der Oberfläche oder durch Tiefenelektroden Strom derart eingeleitet, dass ein Teil der Wurzel der Nutzpflanze abstirbt oder zumindest geschädigt wird. Dies interpretieren viele Pflanzen als Stress, der die Zelluloseproduktion (mehr Äste, Blätter) hemmt und eine verstärkte Investition in Früchte und Zucker generell zur Folge hat. So kann z.B. der Zuckeranteil in Zuckerrohr gesteigert werden oder das Längenwachstum von Zweigen bei Obstbäumen zugunsten der Früchte und des Wasserverbrauches begrenzt werden.
[024] Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert keine oder zumindest einen wesentlich geringeren Eingriff in die Bodenstruktur und verringert oft in gleichem Zug die Unkrautkonkurrenz. Alle biologischen und technischen Nachteile durch Bodenaufbruch werden vermieden. So können z.B. auch Schäden an Bewässerungssystemen viel einfacher vermeiden werden, da die Bodenfläche weniger oder gar nicht mechanisch angegriffen wird.
[025] Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Abtötung von schädlichen Organismenstadien in Pflanzenteilen: Im gewerblichen Anbau können die Schaderreger oft mit systemischen Insektiziden bekämpft werden. Dies ist jedoch mit erheblichem Aufwand verbunden und im Privatbereich und im öffentlichen Bereich (Straßenbäume etc.) unzulässig oder sehr stark reglementiert. Es bleibt deshalb oft nur die Möglichkeit, die abgefallenen Blätter, welche die überwinternden Organismenstadien enthalten, möglichst separiert einzusammeln und zu ver- brennen. Andere Formen der Müllentsorgung vom normalen Hausmüll bis zur Kompostierung führen sehr häufig zu einer weiteren Verschleppung der Schaderreger.
[026] Erfindungsgemäß werden die abgefallenen Blätter sofort nach dem Einsammeln elekt- rophysikalisch behandelt und die Schaderregerstadien damit zum Absterben gebracht. Dazu können die Blätter über ein kontinuierliches oder diskontinuierliches Fördersystem zwischen den beiden Elektroden für eine bestimmte Verweilzeit mit hochfrequenter Hochspannung beaufschlagt werden.
[027] Diese Behandlung vor Ort erlaubt es, die befallenen Blätter sortenrein und damit effizient zu behandeln und dann für die weitere Verwertung keine Sonderwege mehr gehen zu müssen, was die Logistik- und Entsorgungskosten verringert. Es können somit auch Privatleute oder andere Eigentümer der befallenen Blätter diese deutlich kostengünstiger durch Nutzung der Elektroherbtechnologie unschädlich machen lassen, als dies durch die Zuführung zum Hausmüll oder spezielle Verbrennung möglich wäre. Das Blattmaterial kann dann sogar vor Ort verbleiben und als normaler Dünger eingesetzt werden.
[028] In einer ersten Ausführungsform berühren Applikatoreinheiten von der Seite und von der Seite kurz über Boden mit beiden Applikatorpolaritäten die Pflanzen zur Wasserflussunterbrechung im Stamm. Je nach Pflanze reicht eine einseitige Berührung oder eine möglichst stammumgreifende Berührung mit einem kontaktierend oder abrasiv wirkenden Applikator (Metallbürste (stillstehend oder rotierend), kratzende Metallblechenden oder schneidendes Metall) ist nötig, wenn die Leitbündel nur direkt von außen erreicht werden können und umfassend geschädigt werden sollen (verholzte Strukturen).
[029] Die Applikatoreinheiten in den einzelnen Reihen fahren geführt durch ein Haupttransportmodul oder autonom mit eigenem Antrieb und eigener Energieversorgung. Zusätzlich zu den hier beschriebenen Applikatoren können insbesondere im Bodenbereich noch weitre andersartige Applikatoren oder Geräte mit physikalischen/mechanischen Wirkprinzipien angebracht sein.
[030] Neben statischen, d.h. nur durch Federkraft oder Materialelastizität (Gummi, Kunststoff, Metall als Basis) flexiblen aber ansonsten unbeweglichen Einheiten können auch folgende aktiv bewegliche Applikatoreinheiten verwendet werden: [031] Gerade Einheit (Bürste/Leiste): Die Einheit dreht sich nach dem Anfahrsignal an das Hindernis aktiv und schnell um das Hindernis herum, soweit möglich mit Hinderniskontakt, um nach Bestreichung des gesamten Bereichs um das Hindernis in die Ausgangsposition mit nach außen vorne gerichteter Spitze zurückzukehren.
[032] Dreiflügeleinheit: Auch diese Einheit dreht sich, wie bei der geraden Einheit beschrieben, um das Objekt herum, aber mit dem Vorteil, dass eine geringere Drehung nötig ist, die Vorrichtung also insgesamt schneller gefahren werden kann.
[033] Zwei übereinander angeordnete Bürsten mit horizontaler Drehachse und horizontaler Bewegung erfassen den Stamm auch sensorgesteuert im unteren Bereich.
[034] Eine sensorgesteuerte Bürste mit jeweils einem Pol in der Mitte und dem Gegenpol im Randbereich fährt sensorgesteuert am Stamm hoch und kontaktiert damit Wasserreiser und andere besser leitende kleine Zweige an einem gut isolierenden Stamm mit Strom um sie damit zu veröden.
[035] Je nach Anwendungsfall ist eine Teilschädigung der Wurzeln sinnvoll, um in den Pflanzen bestimmte Reaktionen auszulösen. Dann werden die gleichen Applikatoren wie bei der zuvor beschriebenen Vorrichtung eingesetzt mit dem einzigen Unterschied, dass der Stamm nur von einem Pol und an einem kleineren Bereich kontaktiert wird und dies nur einen Teil der wasserführenden Strukturen beeinträchtigt. Ggf. kann ein oberflächlicher oder den Oberboden schneidender Bodenapplikator eingesetzt oder der Stromkreis wird durch eine nahegelegene Pflanzen geschlossen. Die Leistung muss hier pflanzenspezifisch besonders durch den Einsatz einzeln gesteuerter Stromversorgungseinheiten beschränkt werden.
[036] Verschiedene Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt
Figur 1 unterschiedliche Applikatormodule auf Applikatorträgern,
Figur 2 schematisch ein einzelnes Applikatormodul,
Figur 3 schematisch ein einzelnes autonom fahrendes Applikatormodul,
Figur 4 schematisch eine Anordnung der einzelnen Applikatoren,
Figur 5 schematisch statisch angebrachte Applikatoren im Querschnitt, Figur 6 schematisch die dynamische Bewegung eines Applikatorsatzes mit drei Armen,
Figur 7 schematisch die dynamische Bewegung eines Applikatorsatzes mit zwei Armen,
Figur 8 schematisch die dynamische Bewegung eines Applikatorsatzes mit Bürsten,
Figur 9 schematisch die Behandlung einer Pflanze mit Wasserreisern,
Figur 10 schematisch eine der in Figur 2 gezeigten ähnliche Ausführungsform,
Figur 1 1 schematisch eine der in Figur 3 gezeigten ähnliche Ausfuhrungsform,
Figur 12 einen haspelartigen Applikator,
Figur 13 schematisch einen haspelanalogen Applikator im Einsatz,
Figur 14 schematisch einen Applikatorsatz mit alternierenden Polaritäten im Einsatz,
Figur 15 schematisch einen von oben wirkenden Applikator mit nebeneinander angeordneten Schleifapplikatoren im Einsatz,
Figur 16 schematisch einen von oben wirkenden Applikator mit hintereinander angeordneten Schleifapplikatoren im Einsatz,
Figur 17 schematisch einen von der Seite wirkenden Applikator mit nebeneinander angeordneten Schleifapplikatoren im Einsatz,
Figur 18 schematisch ein Bandzuführungssystem,
Figur 19 schematisch eine andere Ausführungsform eines Bandzuführungssystems und
Figur 20 schematisch einen Applikatorsatz für dicke ruhende Substratschichten.
[037] Die Figur 1 zeigt schematisch die kleinste Einheit eines Applikatormoduls 1 mit zwei gleichzeitig entgegengesetzt gepolten Applikatoren 2, 3 (hier als +/-) dargestellt mit einer isolierenden Zwischenschicht 4 auf einem Applikatorträger 5. Daneben sind eine alternierende Fortsetzung einer längeren Applikatorreihe 6 und Anordnungsvarianten mit um eine senkrechte Achse 7 und eine horizontale Achse 8 drehbaren Applikatoren gezeigt. [038] Die Figur 2 zeigt schematisch ein einzelnes Applikatormodul 10 in einer bevorzugten Ausführungsvariante mit eingebauter Hochspannungstransformationseinheit 11 , welches auf dem Boden 12 zwischen zwei Pflanzenreihen 13, 14 fährt bzw. schleift. Das Modul 10 wird geführt von einem an einer an einer mobilen Einheit (z. B. Traktor) über das Feld geführten Verstrebung 15 mit einem Zug- und Stromversorgungskabel 16 (bevorzugt Normalspannung). Auf jeder Seite werden die Pflanzen mit zwei oder mehr (hier zwei) dicht übereinanderliegenden Applikatoren 17, 18 unterschiedlicher Polarität berührt, welche Hochspannung durch ein kurzes Stück Pflanze leiten und diese dort strukturell verändern. Die Applikatoren 17, 18 können unterschiedlich geformt und statisch oder dynamisch befestigt sein.
[039] Die Figur 3 zeigt schematisch ein einzelnes autonom fahrendes Applikatormodul 20 bevorzugt mit eingebauter Hochspannungstransformationseinheit 21, Energiespeicher 22 und Navigationseinheit 23, welches auf dem Boden 24 zwischen zwei Pflanzenreihen 25, 26 fährt. Das Modul 20 wird mechanisch in der Reihe und übergeordnet per GPS geführt. Auf jeder Seite werden die Pflanzen mit zwei oder mehr (hier gezeigt zwei) dicht übereinanderliegenden Applikatoren 27, 28 und 29, 30 unterschiedlicher Polarität berührt, welche Hochspannung durch ein kurzes Stück Pflanze leiten und diese dort strukturell verändern. Diese Leitung ist symbolisch als Halbbogen 31, 32 angedeutet. Die Applikatoren können unterschiedlich geformt und statisch oder dynamisch befestigt sein.
[040] Die Figur 4 zeigt schematisch eine Anordnung der einzelnen Applikatoren in einem Applikatorsatz 40 aus hier dargestellt zwei unterschiedlichen übereinander angeordneten Applikatoren in der Aufsicht. Die einzelnen streifenden Applikatoren bestehen aus elastischen Blechen oder elastischen Kunststoff/Gummi/Metallverbundeinheiten 41 flexiblen und auf der Kontaktseite leitenden Schlaufen 42 oder Bürsteneinheiten 43. Zwischen den Applikatorpolen 44, 45 ist jeweils ein isolierender Bereich 46 aus geometrisch ähnlichen Materialien als Isolation eingebaut.
[041] Die Figur 5 zeigt schematisch statisch angebrachte Applikatoren im Querschnitt und von vorne. Die einzelnen, an der Pflanze entlangstreifenden Applikatoren 50, 51 können aus Bürsten, Flachdrahtreihen, geraden, gebogenen oder aufgefächerten Metallblechen oder passiv oder aktiv drehenden Rundbürsten bestehen. Zwischen den Applikatorpolen ist jeweils ein isolierender Bereich 52 aus geometrisch ähnlichen Materialien als Isolation eingebaut. [042] Die Figur 6 zeigt schematisch die dynamische Bewegung eines Applikatorsatzes 60 in der Aufsicht entlang einer Reihe von Pflanzen, die möglichst umfassend am Stamm berührt werden sollen. In diesem Fall dreht sich ein dreiflügeliger Applikatorsatz 61 der an einem Auslegerarm 62 befestigt ist, passiv oder aktiv nachgeführt um den Stamm 63 herum und streift ihn fast vollumfänglich. Die Applikatoren sind an beiden Seiten aller Arme befestigt. Wenn an der Unterseite der Arme noch ein Bodenapplikator angebracht ist, kann dieser gleichzeitig auch Bodenunkraut in einem Arbeitsgang kontrollieren.
[043] Die Figur 7 zeigt schematisch die dynamische Bewegung eines Applikatorsatzes 70 entlang einer Reihe von Pflanzen mit jeweils einem Stamm 71, die möglichst umfassend am Stamm berührt werden sollen. In diesem Fall dreht sich ein zweiflügeliger Applikatorsatz 72, der an einem Auslegerarm 73 befestigt ist, aktiv nachgeführt um den Stamm 71 herum und streift ihn fast vollumfänglich. Die Applikatoren 74, 75 sind an beiden Seiten des Armes 76 befestigt. Wenn an der Unterseite der Arme noch ein Bodenapplikator angebracht ist, kann dieser gleichzeitig auch Bodenunkraut in einem Arbeitsgang kontrolliert werden.
[044] Die Figur 8 zeigt schematisch die dynamische Bewegung eines Applikatorsatzes 80 entlang einer Reihe von Pflanzen 81, 82, die möglichst umfassend am Stamm berührt werden sollen. In diesem Fall dreht sich ein Applikatorsatz 80 bestehend aus weichen horizontal drehenden Bürsten 83, der an einem Auslegerarm 84 befestigt ist, aktiv nachgeführt um den Stamm der Pflanzen 81, 82 herum und streift ihn fast vollumfänglich. Die Applikatoren 85, 86 sind an einer Seite des Armes 87 befestigt.
[045] Die Figur 9 zeigt schematisch eine Pflanze 90 mit an beliebiger Position am Stamm 91 angesetzten zu verödenden Wasserreisern 92. Diese werden mit Hilfe einer mechanisch oder sensorisch geführten Bürste 93 im außenliegenden und stammnahen Bereich in der Auf- oder Abwärtsbewegung kontaktiert. Die Bürste 93 hat im stammnahen Bereich einen erdnah polarisierten Pol 94, während der stammferne Bereich 95 nach einer aus isolierenden Borsten 96 bestehenden Zwischenschicht die entgegengesetzte Polung 96 hat. Dadurch fließt nur Strom durch die Wasserreiser.
[046] Die Figur 10 zeigt eine der in Figur 2 gezeigten ähnliche Ausführungsform 100, bei der die Applikatoren 101 , 102 gleiche oder unterschiedliche Polarität aufweisen können und die Hochspannung durch ein kurzes Stück 103 der Pflanze 104 leiten und diese strukturell verändern oder über den Boden 106 nach einem kurzen Stück zur Wurzel 105 folgen. [047] Die Figur 11 zeigt eine der in Figur 3 gezeigten ähnliche Ausführungsform 110, bei der die Applikatoren 111, 112 gleiche oder unterschiedliche Polarität aufweisen können und die Hochspannung durch ein kurzes Stück 113 der Pflanze 1 14 leiten und diese strukturell verändern oder über den Boden 116 nach einem kurzen Stück zur Wurzel 115 folgen.
[048] Die Figur 12 zeigt einen haspelartigen Applikator, der stark verfilzte Pflanzen oben von oben mit beiden Polen in Abständen zur Wasserflussreduktion im Sprossbereich berührt, wo auch abzureifendes Erntegut zu finden ist, welches möglichst wenig berührt und gerüttelt werden darf, damit z.B. schon reife Samenanteile nicht auf den Boden fallen und damit verloren gehen. Der Stromfluss findet in den verfilzten Sprossanteilen statt. Statt einer Haspel können auch sternartige feststehende Borsten mit flexiblen Enden eingesetzt werden. Auf Isolation wird hier aufgrund der hohen Abstände der Applikatoren verzichtet.
[049] Der Haspelapplikator 120 hat eine unterschiedliche Polung 122, 123 an herunterhängenden Einzelkontakten 121. Diese Einzelkontakte 121 sind bei der gezeigten Ausführungsform gebogen und am oberen Ende 124 beschwert oder durch Federkraft in eine günstige Ausgangslage für das tiefe und reibungsarme Einstechen in die verfilze Pflanzenlage gebracht. Der Haspelapplikator 120 wird bei der Überfahrt aktiv gedreht.
[050] Abbildung 13 zeigt schematisch einen haspelanalogen Applikator 130 mit zentraler Rotationsachse 131 , steifen, fest an der Rotationsachse aufgesetzten inneren Borstenträgern 132 und flexiblen angeschlossenen Langborsten 133 aus gut elektrisch leitendem Flachmaterial zur Seitenstabilisierung mit alternierender Polarität 134, 135. Diese flexiblen Borsten 133 tauchen in das Pflanzensubstrat 136 ein und stellen Querkontakte her, welche das Pflanzenmaterial verändern und schneller abtrocknen lassen. Dies führt zu einer besseren Abreifung der Pflanzensamen durch langsames Eintrocknen der oberen Halmbereiche.
[051] Bei einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung berühren zwei oder mehr quasilineare Applikatoren unterschiedlicher bzw. alternierender Polarität die gleiche Pflanze an möglichst vielen Stellen des oberirdischen Pflanzenteils, um die strukturelle Zerstörung vieler Zellen zu verursachen, ohne Strom in die Wurzeln oder andere unterirdische Organe einzuleiten. Die Applikation kann dabei sowohl von oben als auch von der Seite erfolgen.
[052] Die Figur 14 zeigt schematisch einen Applikatorsatz 140 mit alternierenden Polaritäten 141 , 142 und dazwischen liegenden Isolatorbereichen 143, welche eine ganze Pflanze in voller Höhe mit kurzen Leitungswegen mit hochgespanntem Strom beaufschlagen. [053] Die Figur 15 zeigt schematisch einen von oben wirkenden Applikator 150 mit klein- räumig sich quer zur Fahrtrichtung abwechselnden Polaritäten 151, 152 zur Behandlung von Blattmassen von oben.
[054] Die Figur 16 zeigt schematisch einen von oben wirkenden Applikator 160 mit klein- räumig sich in Fahrtrichtung abwechselnden Polaritäten 161 , 162 zur Behandlung von Blattmassen von oben, wenn die Wurzelorgane nicht geschädigt werden dürfen (z. B. Kartoffeln). Statt Schleifapplikatoren 163 unterschiedlicher Polarität 161, 162 hintereinander können auch Bürsten oder Schleifapplikatoren mit unterschiedlicher Polarität in Bewegungsrichtung nebeneinander eingesetzt werden.
[055] Die Figur 17 zeigt schematisch ein von der Seite wirkendes Applikatormodul 170 mit seitlich oben und neben der Pflanze 171 angeordneten Applikatoren 172, 173. Bei hoher Leitfähigkeit kann der seitlich an den Pflanzen ansetzende Applikator 172, 173 notfalls auch den Oberboden kontaktieren, was unproblematisch ist.
[056] Dadurch entsteht eine bessere biologische Abbaubarkeit und Aufschlussfähigkeit durch Bakterien, Pilze und Enzyme auf dem Feld oder in biotechnologischen Verfahren ein schnelles Eintrocknen der Blattanteile wie z.B. bei Bodenfrüchten wie Kartoffeln, Getreide, Hülsenfrüchten.
[057] Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Hochspannung in abgetrennte Pflanzenteile kranker Pflanzen oder als Attraktion für Schadorganismen ausgebrachte Pflanzen eingeleitet. Dies geschieht mittels Walzen, Förderbändern etc., um die hochleitenden Strukturen in den Pflanzenteilen sehr schnell strukturell zu zerstören. Die hochleitenden zu zerstörenden Strukturen können Pflanzenbestandteile, Pilze, Eier, Raupen, Schnecken, Nematoden oder Bakterien sein. Die horizontale Zuführung mit einem Förderband dient entweder als Widerlager für die beiden Applikatorwalzen oder das Förderband wird als Applikator genutzt. Bei senkrechter Zuführung stehen sich die beiden Applikatorwalzen gegenüber. In allen Fällen werden die engsten Bereiche zwischen den Applikatoren dauerhaft (waagrechte Doppelwalze) oder im Fall, dass kein Substrat in der Vorrichtung ist, mit einer elastischen und bürstenartigen Isolatorschicht getrennt, um Überschläge zu verhindern.
[058] Im Falle dicker ruhender Substratschichten werden die Applikatoren in alternierender Polung als Schneidemesser durch das Substrat gezogen und der Zwischenraum in den Berei- chen, in denen sich kein Substrat befindet, mit einem bürstenartigen Isolator abgetrennt gehalten.
[059] Die Figur 18 zeigt schematisch ein Bandzuführungssystem 180 mit abgeschnittenem Substrat 181, welches mit dem isolierenden Förderband 182 als Widerlager unter zwei Applikatorrollen 183, 184 hindurchgeführt wird. Der Spalt 185 zwischen den Applikatorrollen 183, 184 ist mit einem besenartigen Isoliervorhang 186 versehen. Alternativ kann das Förderband 187 als zweiter Applikator genutzt werden. Dann sollte der Spalt zwischen den beiden Applikatoren Förderband 187 und ApplikatorroUe 188 jeweils mit einem Isolationsbesen (nicht gezeigt) verschlossen werden, solange kein Substrat 189 vorhanden ist, die Anlage jedoch läuft.
[060] Die Figur 1 zeigt schematisch ein Bandzuführungssystem 190 mit abgeschnittenem Substrat 191 welches zwischen zwei Applikatorrollen 192, 193 hindurchgeführt wird. Der Spalt 194 zwischen den Applikatorrollen 192, 193 ist mit einem besenartigen Isoliervorhang 195 versehen. Dies ermöglicht es, den Spalt 194 zwischen den beiden Applikatoren 192, 193 als Isoliervorhang 195 mit einem Isolationsbesen verschlossen zu halten, solange kein Substrat 191 vorhanden ist, die Anlage jedoch läuft. Die Ansicht des Spaltes in Figur 19 zeigt auf der rechten Seite expandierte Besenborsten 196 und links das Wegbiegen der Besenborsten 197 bei Substratdurchsatz 191.
[061] Die Figur 20 zeigt schematisch einen Applikatorsatz 200 für dicke ruhende Substratschichten durch die er hindurchgezogen wird. Die Applikatoren 201 , 202 in alternierender Polung 203, 204 dienen als Schneidemesser 205 und der Zwischenraum 206 wird in den Bereichen, in denen sich kein Substrat befindet, mit einem bürstenartigen Isolator 207 abgetrennt gehalten.
[062] Das Ergebnis ist eine umfassende strukturelle Zerstörung des abgetrennten, behandelten Pflanzenmaterials, eine bessere Kontrolle von Pflanzenkrankheiten durch Deaktivierung der Erreger, eine Erhöhung der Angreifbarkeit für schnellen biologischen Abbau im Boden, in Kompostierungsanlagen aber auch in Biogasanlagen und eine bessere Extrahierbarkeit von Inhaltsstoffen.

Claims

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Einbringen von Hochspannung in ein Substrat, das biologisches Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei oder mehrere zeitgleich unterschiedlich gepolte Applikatoren aufweist, durch die dosierte elektrische Hochspannung fließt, um das Substrat zu verändern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Applikatoren einen Zwischenraum mit einer Länge von 0,5 bis 20 cm bildet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum durch nichtleitende Elemente ausgefüllt ist, die vorzugsweise ähnliche mechanischen Eigenschaften wie die Applikatoren aufweisen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtleitenden Elemente elastisch sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtleitenden Elemente so dicht stehen, dass ein direkter Sichtkontakt zwischen den Applikatoren auch im Betrieb nicht möglich ist, um vorzugsweise Überschlagsfunken und die Ablagerung leitender Substratteile zu verhindern.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikatoren aus statischen, vorbei streifenden oder sich drehenden Metalllamellen, Bürsten, Kämmen oder Platten bestehen, die zweipolig über- und/oder nebeneinander angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikatoren sich drehende zwei- oder dreiflügelige Applikatorarme, klappende Applikatorarme oder Bürsten mit oder ohne horizontale oder vertikale Eigenrotation aufweisen, um runde Gegenstände möglichst vollumfänglich im Vorbeifahren zu umstreifen.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikatoren an Applikatorträgem angeordnet sind, an denen weitere Applikatoren oder mechanisch/physikalische Einrichtungen angebracht sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikatoren ein oder mehrere leistungsbegrenzte Einzelmodule mit jeweils unabhängiger Hochspannungserzeugung und Strom- und Spannungssteuerung aufweisen, um die Hochspannung und die damit verbundenen Stromflüsse einzeln zu dosieren und zu kontrollieren.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikatoren direkt an einem zentralen Transportmodul, wie vorzugsweise einem Traktor, angebracht sind, lose von einem zentralen Transportmodul geführt werden oder sich als Einzelfahrzeuge autonom bewegen.
11. Verfahren zur Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abgetrennte Pflanzenteile oder andere Substrate zwischen zwei beweglichen, eng benachbarten Applikatoren, die als Trommeln, Bürsten oder Bänder geformt sind, hindurchgeleitet werden.
12. Verfahren zur Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass statisch gelagerte abgetrennte Pflanzenteile oder andere Substrate zwischen zwei oder mehreren beweglichen, eng benachbarten tiefpflugartigen Applikatoren durchschnitten werden.
13. Verfahren zur Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der Pol, der näher am zu schützenden Pflanzenteil liegt, der Pol mit der erdnahen Bezugsspannung ist.
PCT/DE2017/000403 2016-11-25 2017-11-27 Vorrichtung und verfahren zum einbringen von hochspannung in ein substrat, das biologisches material aufweist WO2018095450A1 (de)

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